]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
Vendor import of llvm trunk r321017:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
1 //===- InstCombineLoadStoreAlloca.cpp -------------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the visit functions for load, store and alloca.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "InstCombineInternal.h"
15 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
16 #include "llvm/ADT/SmallString.h"
17 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
18 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
19 #include "llvm/IR/ConstantRange.h"
20 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
21 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
22 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
23 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
24 #include "llvm/IR/PatternMatch.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
27 using namespace llvm;
28 using namespace PatternMatch;
29
30 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
31
32 STATISTIC(NumDeadStore,    "Number of dead stores eliminated");
33 STATISTIC(NumGlobalCopies, "Number of allocas copied from constant global");
34
35 /// pointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
36 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
37 /// constant expressions because we can't rewrite arbitrary instructions.
38 static bool pointsToConstantGlobal(Value *V) {
39   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
40     return GV->isConstant();
41
42   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
43     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
44         CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast ||
45         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
46       return pointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
47   }
48   return false;
49 }
50
51 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
52 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
53 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
54 /// track of whether it moves the pointer (with IsOffset) but otherwise traverse
55 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
56 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
57 /// can optimize this.
58 static bool
59 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
60                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
61   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
62   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
63   // eliminate the markers.
64
65   SmallVector<std::pair<Value *, bool>, 35> ValuesToInspect;
66   ValuesToInspect.emplace_back(V, false);
67   while (!ValuesToInspect.empty()) {
68     auto ValuePair = ValuesToInspect.pop_back_val();
69     const bool IsOffset = ValuePair.second;
70     for (auto &U : ValuePair.first->uses()) {
71       auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
72
73       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
74         // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
75         if (!LI->isSimple()) return false;
76         continue;
77       }
78
79       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
80         // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
81         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset);
82         continue;
83       }
84       if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
85         // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer. If it
86         // doesn't, it does.
87         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset || !GEP->hasAllZeroIndices());
88         continue;
89       }
90
91       if (auto CS = CallSite(I)) {
92         // If this is the function being called then we treat it like a load and
93         // ignore it.
94         if (CS.isCallee(&U))
95           continue;
96
97         unsigned DataOpNo = CS.getDataOperandNo(&U);
98         bool IsArgOperand = CS.isArgOperand(&U);
99
100         // Inalloca arguments are clobbered by the call.
101         if (IsArgOperand && CS.isInAllocaArgument(DataOpNo))
102           return false;
103
104         // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
105         // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
106         // ignore it if we know that the value isn't captured.
107         if (CS.onlyReadsMemory() &&
108             (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(DataOpNo)))
109           continue;
110
111         // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
112         // copy, so it is only a read of the alloca.
113         if (IsArgOperand && CS.isByValArgument(DataOpNo))
114           continue;
115       }
116
117       // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
118       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
119         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
120             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
121           assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
122           ToDelete.push_back(II);
123           continue;
124         }
125       }
126
127       // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
128       // handle.
129       MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(I);
130       if (!MI)
131         return false;
132
133       // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
134       // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
135       if (U.getOperandNo() == 1) {
136         if (MI->isVolatile()) return false;
137         continue;
138       }
139
140       // If we already have seen a copy, reject the second one.
141       if (TheCopy) return false;
142
143       // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
144       // safely handle this.
145       if (IsOffset) return false;
146
147       // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
148       if (U.getOperandNo() != 0) return false;
149
150       // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
151       if (!pointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
152         return false;
153
154       // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
155       TheCopy = MI;
156     }
157   }
158   return true;
159 }
160
161 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
162 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
163 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
164 static MemTransferInst *
165 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
166                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
167   MemTransferInst *TheCopy = nullptr;
168   if (isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, ToDelete))
169     return TheCopy;
170   return nullptr;
171 }
172
173 /// Returns true if V is dereferenceable for size of alloca.
174 static bool isDereferenceableForAllocaSize(const Value *V, const AllocaInst *AI,
175                                            const DataLayout &DL) {
176   if (AI->isArrayAllocation())
177     return false;
178   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeStoreSize(AI->getAllocatedType());
179   if (!AllocaSize)
180     return false;
181   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, AI->getAlignment(),
182                                             APInt(64, AllocaSize), DL);
183 }
184
185 static Instruction *simplifyAllocaArraySize(InstCombiner &IC, AllocaInst &AI) {
186   // Check for array size of 1 (scalar allocation).
187   if (!AI.isArrayAllocation()) {
188     // i32 1 is the canonical array size for scalar allocations.
189     if (AI.getArraySize()->getType()->isIntegerTy(32))
190       return nullptr;
191
192     // Canonicalize it.
193     Value *V = IC.Builder.getInt32(1);
194     AI.setOperand(0, V);
195     return &AI;
196   }
197
198   // Convert: alloca Ty, C - where C is a constant != 1 into: alloca [C x Ty], 1
199   if (const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(AI.getArraySize())) {
200     Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getZExtValue());
201     AllocaInst *New = IC.Builder.CreateAlloca(NewTy, nullptr, AI.getName());
202     New->setAlignment(AI.getAlignment());
203
204     // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
205     // allocas if possible...also skip interleaved debug info
206     //
207     BasicBlock::iterator It(New);
208     while (isa<AllocaInst>(*It) || isa<DbgInfoIntrinsic>(*It))
209       ++It;
210
211     // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
212     // insert our getelementptr instruction...
213     //
214     Type *IdxTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
215     Value *NullIdx = Constant::getNullValue(IdxTy);
216     Value *Idx[2] = {NullIdx, NullIdx};
217     Instruction *GEP =
218         GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, New->getName() + ".sub");
219     IC.InsertNewInstBefore(GEP, *It);
220
221     // Now make everything use the getelementptr instead of the original
222     // allocation.
223     return IC.replaceInstUsesWith(AI, GEP);
224   }
225
226   if (isa<UndefValue>(AI.getArraySize()))
227     return IC.replaceInstUsesWith(AI, Constant::getNullValue(AI.getType()));
228
229   // Ensure that the alloca array size argument has type intptr_t, so that
230   // any casting is exposed early.
231   Type *IntPtrTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
232   if (AI.getArraySize()->getType() != IntPtrTy) {
233     Value *V = IC.Builder.CreateIntCast(AI.getArraySize(), IntPtrTy, false);
234     AI.setOperand(0, V);
235     return &AI;
236   }
237
238   return nullptr;
239 }
240
241 namespace {
242 // If I and V are pointers in different address space, it is not allowed to
243 // use replaceAllUsesWith since I and V have different types. A
244 // non-target-specific transformation should not use addrspacecast on V since
245 // the two address space may be disjoint depending on target.
246 //
247 // This class chases down uses of the old pointer until reaching the load
248 // instructions, then replaces the old pointer in the load instructions with
249 // the new pointer. If during the chasing it sees bitcast or GEP, it will
250 // create new bitcast or GEP with the new pointer and use them in the load
251 // instruction.
252 class PointerReplacer {
253 public:
254   PointerReplacer(InstCombiner &IC) : IC(IC) {}
255   void replacePointer(Instruction &I, Value *V);
256
257 private:
258   void findLoadAndReplace(Instruction &I);
259   void replace(Instruction *I);
260   Value *getReplacement(Value *I);
261
262   SmallVector<Instruction *, 4> Path;
263   MapVector<Value *, Value *> WorkMap;
264   InstCombiner &IC;
265 };
266 } // end anonymous namespace
267
268 void PointerReplacer::findLoadAndReplace(Instruction &I) {
269   for (auto U : I.users()) {
270     auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(&*U);
271     if (!Inst)
272       return;
273     DEBUG(dbgs() << "Found pointer user: " << *U << '\n');
274     if (isa<LoadInst>(Inst)) {
275       for (auto P : Path)
276         replace(P);
277       replace(Inst);
278     } else if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) || isa<BitCastInst>(Inst)) {
279       Path.push_back(Inst);
280       findLoadAndReplace(*Inst);
281       Path.pop_back();
282     } else {
283       return;
284     }
285   }
286 }
287
288 Value *PointerReplacer::getReplacement(Value *V) {
289   auto Loc = WorkMap.find(V);
290   if (Loc != WorkMap.end())
291     return Loc->second;
292   return nullptr;
293 }
294
295 void PointerReplacer::replace(Instruction *I) {
296   if (getReplacement(I))
297     return;
298
299   if (auto *LT = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
300     auto *V = getReplacement(LT->getPointerOperand());
301     assert(V && "Operand not replaced");
302     auto *NewI = new LoadInst(V);
303     NewI->takeName(LT);
304     IC.InsertNewInstWith(NewI, *LT);
305     IC.replaceInstUsesWith(*LT, NewI);
306     WorkMap[LT] = NewI;
307   } else if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
308     auto *V = getReplacement(GEP->getPointerOperand());
309     assert(V && "Operand not replaced");
310     SmallVector<Value *, 8> Indices;
311     Indices.append(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end());
312     auto *NewI = GetElementPtrInst::Create(
313         V->getType()->getPointerElementType(), V, Indices);
314     IC.InsertNewInstWith(NewI, *GEP);
315     NewI->takeName(GEP);
316     WorkMap[GEP] = NewI;
317   } else if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
318     auto *V = getReplacement(BC->getOperand(0));
319     assert(V && "Operand not replaced");
320     auto *NewT = PointerType::get(BC->getType()->getPointerElementType(),
321                                   V->getType()->getPointerAddressSpace());
322     auto *NewI = new BitCastInst(V, NewT);
323     IC.InsertNewInstWith(NewI, *BC);
324     NewI->takeName(BC);
325     WorkMap[BC] = NewI;
326   } else {
327     llvm_unreachable("should never reach here");
328   }
329 }
330
331 void PointerReplacer::replacePointer(Instruction &I, Value *V) {
332 #ifndef NDEBUG
333   auto *PT = cast<PointerType>(I.getType());
334   auto *NT = cast<PointerType>(V->getType());
335   assert(PT != NT && PT->getElementType() == NT->getElementType() &&
336          "Invalid usage");
337 #endif
338   WorkMap[&I] = V;
339   findLoadAndReplace(I);
340 }
341
342 Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
343   if (auto *I = simplifyAllocaArraySize(*this, AI))
344     return I;
345
346   if (AI.getAllocatedType()->isSized()) {
347     // If the alignment is 0 (unspecified), assign it the preferred alignment.
348     if (AI.getAlignment() == 0)
349       AI.setAlignment(DL.getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
350
351     // Move all alloca's of zero byte objects to the entry block and merge them
352     // together.  Note that we only do this for alloca's, because malloc should
353     // allocate and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
354     if (DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0) {
355       // For a zero sized alloca there is no point in doing an array allocation.
356       // This is helpful if the array size is a complicated expression not used
357       // elsewhere.
358       if (AI.isArrayAllocation()) {
359         AI.setOperand(0, ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), 1));
360         return &AI;
361       }
362
363       // Get the first instruction in the entry block.
364       BasicBlock &EntryBlock = AI.getParent()->getParent()->getEntryBlock();
365       Instruction *FirstInst = EntryBlock.getFirstNonPHIOrDbg();
366       if (FirstInst != &AI) {
367         // If the entry block doesn't start with a zero-size alloca then move
368         // this one to the start of the entry block.  There is no problem with
369         // dominance as the array size was forced to a constant earlier already.
370         AllocaInst *EntryAI = dyn_cast<AllocaInst>(FirstInst);
371         if (!EntryAI || !EntryAI->getAllocatedType()->isSized() ||
372             DL.getTypeAllocSize(EntryAI->getAllocatedType()) != 0) {
373           AI.moveBefore(FirstInst);
374           return &AI;
375         }
376
377         // If the alignment of the entry block alloca is 0 (unspecified),
378         // assign it the preferred alignment.
379         if (EntryAI->getAlignment() == 0)
380           EntryAI->setAlignment(
381               DL.getPrefTypeAlignment(EntryAI->getAllocatedType()));
382         // Replace this zero-sized alloca with the one at the start of the entry
383         // block after ensuring that the address will be aligned enough for both
384         // types.
385         unsigned MaxAlign = std::max(EntryAI->getAlignment(),
386                                      AI.getAlignment());
387         EntryAI->setAlignment(MaxAlign);
388         if (AI.getType() != EntryAI->getType())
389           return new BitCastInst(EntryAI, AI.getType());
390         return replaceInstUsesWith(AI, EntryAI);
391       }
392     }
393   }
394
395   if (AI.getAlignment()) {
396     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
397     // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
398     // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
399     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
400     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
401     // is only subsequently read.
402     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
403     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(&AI, ToDelete)) {
404       unsigned SourceAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
405           Copy->getSource(), AI.getAlignment(), DL, &AI, &AC, &DT);
406       if (AI.getAlignment() <= SourceAlign &&
407           isDereferenceableForAllocaSize(Copy->getSource(), &AI, DL)) {
408         DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
409         DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
410         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
411           eraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
412         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
413         auto *SrcTy = TheSrc->getType();
414         auto *DestTy = PointerType::get(AI.getType()->getPointerElementType(),
415                                         SrcTy->getPointerAddressSpace());
416         Constant *Cast =
417             ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, DestTy);
418         if (AI.getType()->getPointerAddressSpace() ==
419             SrcTy->getPointerAddressSpace()) {
420           Instruction *NewI = replaceInstUsesWith(AI, Cast);
421           eraseInstFromFunction(*Copy);
422           ++NumGlobalCopies;
423           return NewI;
424         } else {
425           PointerReplacer PtrReplacer(*this);
426           PtrReplacer.replacePointer(AI, Cast);
427           ++NumGlobalCopies;
428         }
429       }
430     }
431   }
432
433   // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
434   // unused allocas.
435   return visitAllocSite(AI);
436 }
437
438 // Are we allowed to form a atomic load or store of this type?
439 static bool isSupportedAtomicType(Type *Ty) {
440   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy() || Ty->isFloatingPointTy();
441 }
442
443 /// \brief Helper to combine a load to a new type.
444 ///
445 /// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
446 /// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
447 /// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
448 /// that pointer type, load it, etc.
449 ///
450 /// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
451 /// point the \c InstCombiner currently is using.
452 static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy,
453                                       const Twine &Suffix = "") {
454   assert((!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(NewTy)) &&
455          "can't fold an atomic load to requested type");
456   
457   Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
458   unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
459   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
460   LI.getAllMetadata(MD);
461
462   LoadInst *NewLoad = IC.Builder.CreateAlignedLoad(
463       IC.Builder.CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS)),
464       LI.getAlignment(), LI.isVolatile(), LI.getName() + Suffix);
465   NewLoad->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
466   MDBuilder MDB(NewLoad->getContext());
467   for (const auto &MDPair : MD) {
468     unsigned ID = MDPair.first;
469     MDNode *N = MDPair.second;
470     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
471     // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
472     // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
473     // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
474     // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
475     // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
476     // to loads, you almost certainly want to add it here.
477     switch (ID) {
478     case LLVMContext::MD_dbg:
479     case LLVMContext::MD_tbaa:
480     case LLVMContext::MD_prof:
481     case LLVMContext::MD_fpmath:
482     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
483     case LLVMContext::MD_invariant_load:
484     case LLVMContext::MD_alias_scope:
485     case LLVMContext::MD_noalias:
486     case LLVMContext::MD_nontemporal:
487     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
488       // All of these directly apply.
489       NewLoad->setMetadata(ID, N);
490       break;
491
492     case LLVMContext::MD_nonnull:
493       copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLoad);
494       break;
495     case LLVMContext::MD_align:
496     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
497     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
498       // These only directly apply if the new type is also a pointer.
499       if (NewTy->isPointerTy())
500         NewLoad->setMetadata(ID, N);
501       break;
502     case LLVMContext::MD_range:
503       copyRangeMetadata(IC.getDataLayout(), LI, N, *NewLoad);
504       break;
505     }
506   }
507   return NewLoad;
508 }
509
510 /// \brief Combine a store to a new type.
511 ///
512 /// Returns the newly created store instruction.
513 static StoreInst *combineStoreToNewValue(InstCombiner &IC, StoreInst &SI, Value *V) {
514   assert((!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) &&
515          "can't fold an atomic store of requested type");
516   
517   Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
518   unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
519   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
520   SI.getAllMetadata(MD);
521
522   StoreInst *NewStore = IC.Builder.CreateAlignedStore(
523       V, IC.Builder.CreateBitCast(Ptr, V->getType()->getPointerTo(AS)),
524       SI.getAlignment(), SI.isVolatile());
525   NewStore->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSyncScopeID());
526   for (const auto &MDPair : MD) {
527     unsigned ID = MDPair.first;
528     MDNode *N = MDPair.second;
529     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
530     // routine is supposed to clone a store instruction changing *only its
531     // type*. The only metadata it makes sense to drop is metadata which is
532     // invalidated when the pointer type changes. This should essentially
533     // never be the case in LLVM, but we explicitly switch over only known
534     // metadata to be conservatively correct. If you are adding metadata to
535     // LLVM which pertains to stores, you almost certainly want to add it
536     // here.
537     switch (ID) {
538     case LLVMContext::MD_dbg:
539     case LLVMContext::MD_tbaa:
540     case LLVMContext::MD_prof:
541     case LLVMContext::MD_fpmath:
542     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
543     case LLVMContext::MD_alias_scope:
544     case LLVMContext::MD_noalias:
545     case LLVMContext::MD_nontemporal:
546     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
547       // All of these directly apply.
548       NewStore->setMetadata(ID, N);
549       break;
550
551     case LLVMContext::MD_invariant_load:
552     case LLVMContext::MD_nonnull:
553     case LLVMContext::MD_range:
554     case LLVMContext::MD_align:
555     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
556     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
557       // These don't apply for stores.
558       break;
559     }
560   }
561
562   return NewStore;
563 }
564
565 /// Returns true if instruction represent minmax pattern like:
566 ///   select ((cmp load V1, load V2), V1, V2).
567 static bool isMinMaxWithLoads(Value *V) {
568   assert(V->getType()->isPointerTy() && "Expected pointer type.");
569   // Ignore possible ty* to ixx* bitcast.
570   V = peekThroughBitcast(V);
571   // Check that select is select ((cmp load V1, load V2), V1, V2) - minmax
572   // pattern.
573   CmpInst::Predicate Pred;
574   Instruction *L1;
575   Instruction *L2;
576   Value *LHS;
577   Value *RHS;
578   if (!match(V, m_Select(m_Cmp(Pred, m_Instruction(L1), m_Instruction(L2)),
579                          m_Value(LHS), m_Value(RHS))))
580     return false;
581   return (match(L1, m_Load(m_Specific(LHS))) &&
582           match(L2, m_Load(m_Specific(RHS)))) ||
583          (match(L1, m_Load(m_Specific(RHS))) &&
584           match(L2, m_Load(m_Specific(LHS))));
585 }
586
587 /// \brief Combine loads to match the type of their uses' value after looking
588 /// through intervening bitcasts.
589 ///
590 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
591 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
592 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
593 /// instead directly load a pointer.
594 ///
595 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
596 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
597 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
598 /// of their consuming operations.
599 ///
600 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
601 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
602 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
603 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
604 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
605   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
606   // atomic loads here but it isn't clear that this is important.
607   if (!LI.isUnordered())
608     return nullptr;
609
610   if (LI.use_empty())
611     return nullptr;
612
613   // swifterror values can't be bitcasted.
614   if (LI.getPointerOperand()->isSwiftError())
615     return nullptr;
616
617   Type *Ty = LI.getType();
618   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
619
620   // Try to canonicalize loads which are only ever stored to operate over
621   // integers instead of any other type. We only do this when the loaded type
622   // is sized and has a size exactly the same as its store size and the store
623   // size is a legal integer type.
624   // Do not perform canonicalization if minmax pattern is found (to avoid
625   // infinite loop).
626   if (!Ty->isIntegerTy() && Ty->isSized() &&
627       DL.isLegalInteger(DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)) &&
628       DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty) == DL.getTypeSizeInBits(Ty) &&
629       !DL.isNonIntegralPointerType(Ty) &&
630       !isMinMaxWithLoads(
631           peekThroughBitcast(LI.getPointerOperand(), /*OneUseOnly=*/true))) {
632     if (all_of(LI.users(), [&LI](User *U) {
633           auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
634           return SI && SI->getPointerOperand() != &LI &&
635                  !SI->getPointerOperand()->isSwiftError();
636         })) {
637       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(
638           IC, LI,
639           Type::getIntNTy(LI.getContext(), DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)));
640       // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
641       for (auto UI = LI.user_begin(), UE = LI.user_end(); UI != UE;) {
642         auto *SI = cast<StoreInst>(*UI++);
643         IC.Builder.SetInsertPoint(SI);
644         combineStoreToNewValue(IC, *SI, NewLoad);
645         IC.eraseInstFromFunction(*SI);
646       }
647       assert(LI.use_empty() && "Failed to remove all users of the load!");
648       // Return the old load so the combiner can delete it safely.
649       return &LI;
650     }
651   }
652
653   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
654   // We can do this for BitCastInsts as well as casts from and to pointer types,
655   // as long as those are noops (i.e., the source or dest type have the same
656   // bitwidth as the target's pointers).
657   if (LI.hasOneUse())
658     if (auto* CI = dyn_cast<CastInst>(LI.user_back()))
659       if (CI->isNoopCast(DL))
660         if (!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(CI->getDestTy())) {
661           LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, CI->getDestTy());
662           CI->replaceAllUsesWith(NewLoad);
663           IC.eraseInstFromFunction(*CI);
664           return &LI;
665         }
666
667   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
668   // cast to other types.
669   return nullptr;
670 }
671
672 static Instruction *unpackLoadToAggregate(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
673   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
674   // stores here but it isn't clear that this is important.
675   if (!LI.isSimple())
676     return nullptr;
677
678   Type *T = LI.getType();
679   if (!T->isAggregateType())
680     return nullptr;
681
682   StringRef Name = LI.getName();
683   assert(LI.getAlignment() && "Alignment must be set at this point");
684
685   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
686     // If the struct only have one element, we unpack.
687     auto NumElements = ST->getNumElements();
688     if (NumElements == 1) {
689       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ST->getTypeAtIndex(0U),
690                                                ".unpack");
691       AAMDNodes AAMD;
692       LI.getAAMetadata(AAMD);
693       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
694       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder.CreateInsertValue(
695         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
696     }
697
698     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
699     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
700     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
701     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
702     if (SL->hasPadding())
703       return nullptr;
704
705     auto Align = LI.getAlignment();
706     if (!Align)
707       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
708
709     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
710     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(T->getContext());
711     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
712
713     Value *V = UndefValue::get(T);
714     for (unsigned i = 0; i < NumElements; i++) {
715       Value *Indices[2] = {
716         Zero,
717         ConstantInt::get(IdxType, i),
718       };
719       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
720                                                Name + ".elt");
721       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
722       auto *L = IC.Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, EltAlign, Name + ".unpack");
723       // Propagate AA metadata. It'll still be valid on the narrowed load.
724       AAMDNodes AAMD;
725       LI.getAAMetadata(AAMD);
726       L->setAAMetadata(AAMD);
727       V = IC.Builder.CreateInsertValue(V, L, i);
728     }
729
730     V->setName(Name);
731     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
732   }
733
734   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
735     auto *ET = AT->getElementType();
736     auto NumElements = AT->getNumElements();
737     if (NumElements == 1) {
738       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ET, ".unpack");
739       AAMDNodes AAMD;
740       LI.getAAMetadata(AAMD);
741       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
742       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder.CreateInsertValue(
743         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
744     }
745
746     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
747     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
748     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
749     // tuning.
750     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
751       return nullptr;
752
753     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
754     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(ET);
755     auto Align = LI.getAlignment();
756     if (!Align)
757       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
758
759     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
760     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
761     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
762
763     Value *V = UndefValue::get(T);
764     uint64_t Offset = 0;
765     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
766       Value *Indices[2] = {
767         Zero,
768         ConstantInt::get(IdxType, i),
769       };
770       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
771                                                Name + ".elt");
772       auto *L = IC.Builder.CreateAlignedLoad(Ptr, MinAlign(Align, Offset),
773                                              Name + ".unpack");
774       AAMDNodes AAMD;
775       LI.getAAMetadata(AAMD);
776       L->setAAMetadata(AAMD);
777       V = IC.Builder.CreateInsertValue(V, L, i);
778       Offset += EltSize;
779     }
780
781     V->setName(Name);
782     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
783   }
784
785   return nullptr;
786 }
787
788 // If we can determine that all possible objects pointed to by the provided
789 // pointer value are, not only dereferenceable, but also definitively less than
790 // or equal to the provided maximum size, then return true. Otherwise, return
791 // false (constant global values and allocas fall into this category).
792 //
793 // FIXME: This should probably live in ValueTracking (or similar).
794 static bool isObjectSizeLessThanOrEq(Value *V, uint64_t MaxSize,
795                                      const DataLayout &DL) {
796   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
797   SmallVector<Value *, 4> Worklist(1, V);
798
799   do {
800     Value *P = Worklist.pop_back_val();
801     P = P->stripPointerCasts();
802
803     if (!Visited.insert(P).second)
804       continue;
805
806     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
807       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
808       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
809       continue;
810     }
811
812     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
813       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
814         Worklist.push_back(IncValue);
815       continue;
816     }
817
818     if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(P)) {
819       if (GA->isInterposable())
820         return false;
821       Worklist.push_back(GA->getAliasee());
822       continue;
823     }
824
825     // If we know how big this object is, and it is less than MaxSize, continue
826     // searching. Otherwise, return false.
827     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(P)) {
828       if (!AI->getAllocatedType()->isSized())
829         return false;
830
831       ConstantInt *CS = dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize());
832       if (!CS)
833         return false;
834
835       uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
836       // Make sure that, even if the multiplication below would wrap as an
837       // uint64_t, we still do the right thing.
838       if ((CS->getValue().zextOrSelf(128)*APInt(128, TypeSize)).ugt(MaxSize))
839         return false;
840       continue;
841     }
842
843     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
844       if (!GV->hasDefinitiveInitializer() || !GV->isConstant())
845         return false;
846
847       uint64_t InitSize = DL.getTypeAllocSize(GV->getValueType());
848       if (InitSize > MaxSize)
849         return false;
850       continue;
851     }
852
853     return false;
854   } while (!Worklist.empty());
855
856   return true;
857 }
858
859 // If we're indexing into an object of a known size, and the outer index is
860 // not a constant, but having any value but zero would lead to undefined
861 // behavior, replace it with zero.
862 //
863 // For example, if we have:
864 // @f.a = private unnamed_addr constant [1 x i32] [i32 12], align 4
865 // ...
866 // %arrayidx = getelementptr inbounds [1 x i32]* @f.a, i64 0, i64 %x
867 // ... = load i32* %arrayidx, align 4
868 // Then we know that we can replace %x in the GEP with i64 0.
869 //
870 // FIXME: We could fold any GEP index to zero that would cause UB if it were
871 // not zero. Currently, we only handle the first such index. Also, we could
872 // also search through non-zero constant indices if we kept track of the
873 // offsets those indices implied.
874 static bool canReplaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, GetElementPtrInst *GEPI,
875                                      Instruction *MemI, unsigned &Idx) {
876   if (GEPI->getNumOperands() < 2)
877     return false;
878
879   // Find the first non-zero index of a GEP. If all indices are zero, return
880   // one past the last index.
881   auto FirstNZIdx = [](const GetElementPtrInst *GEPI) {
882     unsigned I = 1;
883     for (unsigned IE = GEPI->getNumOperands(); I != IE; ++I) {
884       Value *V = GEPI->getOperand(I);
885       if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
886         if (CI->isZero())
887           continue;
888
889       break;
890     }
891
892     return I;
893   };
894
895   // Skip through initial 'zero' indices, and find the corresponding pointer
896   // type. See if the next index is not a constant.
897   Idx = FirstNZIdx(GEPI);
898   if (Idx == GEPI->getNumOperands())
899     return false;
900   if (isa<Constant>(GEPI->getOperand(Idx)))
901     return false;
902
903   SmallVector<Value *, 4> Ops(GEPI->idx_begin(), GEPI->idx_begin() + Idx);
904   Type *AllocTy =
905     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEPI->getSourceElementType(), Ops);
906   if (!AllocTy || !AllocTy->isSized())
907     return false;
908   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
909   uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(AllocTy);
910
911   // If there are more indices after the one we might replace with a zero, make
912   // sure they're all non-negative. If any of them are negative, the overall
913   // address being computed might be before the base address determined by the
914   // first non-zero index.
915   auto IsAllNonNegative = [&]() {
916     for (unsigned i = Idx+1, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
917       KnownBits Known = IC.computeKnownBits(GEPI->getOperand(i), 0, MemI);
918       if (Known.isNonNegative())
919         continue;
920       return false;
921     }
922
923     return true;
924   };
925
926   // FIXME: If the GEP is not inbounds, and there are extra indices after the
927   // one we'll replace, those could cause the address computation to wrap
928   // (rendering the IsAllNonNegative() check below insufficient). We can do
929   // better, ignoring zero indices (and other indices we can prove small
930   // enough not to wrap).
931   if (Idx+1 != GEPI->getNumOperands() && !GEPI->isInBounds())
932     return false;
933
934   // Note that isObjectSizeLessThanOrEq will return true only if the pointer is
935   // also known to be dereferenceable.
936   return isObjectSizeLessThanOrEq(GEPI->getOperand(0), TyAllocSize, DL) &&
937          IsAllNonNegative();
938 }
939
940 // If we're indexing into an object with a variable index for the memory
941 // access, but the object has only one element, we can assume that the index
942 // will always be zero. If we replace the GEP, return it.
943 template <typename T>
944 static Instruction *replaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, Value *Ptr,
945                                           T &MemI) {
946   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
947     unsigned Idx;
948     if (canReplaceGEPIdxWithZero(IC, GEPI, &MemI, Idx)) {
949       Instruction *NewGEPI = GEPI->clone();
950       NewGEPI->setOperand(Idx,
951         ConstantInt::get(GEPI->getOperand(Idx)->getType(), 0));
952       NewGEPI->insertBefore(GEPI);
953       MemI.setOperand(MemI.getPointerOperandIndex(), NewGEPI);
954       return NewGEPI;
955     }
956   }
957
958   return nullptr;
959 }
960
961 static bool canSimplifyNullStoreOrGEP(StoreInst &SI) {
962   if (SI.getPointerAddressSpace() != 0)
963     return false;
964
965   auto *Ptr = SI.getPointerOperand();
966   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr))
967     Ptr = GEPI->getOperand(0);
968   return isa<ConstantPointerNull>(Ptr);
969 }
970
971 static bool canSimplifyNullLoadOrGEP(LoadInst &LI, Value *Op) {
972   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
973     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
974     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0)
975       return true;
976   }
977   if (isa<UndefValue>(Op) ||
978       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0))
979     return true;
980   return false;
981 }
982
983 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
984   Value *Op = LI.getOperand(0);
985
986   // Try to canonicalize the loaded type.
987   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
988     return Res;
989
990   // Attempt to improve the alignment.
991   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
992       Op, DL.getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, &LI, &AC, &DT);
993   unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
994   unsigned EffectiveLoadAlign =
995       LoadAlign != 0 ? LoadAlign : DL.getABITypeAlignment(LI.getType());
996
997   if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
998     LI.setAlignment(KnownAlign);
999   else if (LoadAlign == 0)
1000     LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
1001
1002   // Replace GEP indices if possible.
1003   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Op, LI)) {
1004       Worklist.Add(NewGEPI);
1005       return &LI;
1006   }
1007
1008   if (Instruction *Res = unpackLoadToAggregate(*this, LI))
1009     return Res;
1010
1011   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
1012   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
1013   // separated by a few arithmetic operations.
1014   BasicBlock::iterator BBI(LI);
1015   bool IsLoadCSE = false;
1016   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(
1017           &LI, LI.getParent(), BBI, DefMaxInstsToScan, AA, &IsLoadCSE)) {
1018     if (IsLoadCSE)
1019       combineMetadataForCSE(cast<LoadInst>(AvailableVal), &LI);
1020
1021     return replaceInstUsesWith(
1022         LI, Builder.CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
1023                                            LI.getName() + ".cast"));
1024   }
1025
1026   // None of the following transforms are legal for volatile/ordered atomic
1027   // loads.  Most of them do apply for unordered atomics.
1028   if (!LI.isUnordered()) return nullptr;
1029
1030   // load(gep null, ...) -> unreachable
1031   // load null/undef -> unreachable
1032   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xforms.
1033   if (canSimplifyNullLoadOrGEP(LI, Op)) {
1034     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
1035     // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
1036     // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
1037     // CFG.
1038     StoreInst *SI = new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
1039                                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
1040     SI->setDebugLoc(LI.getDebugLoc());
1041     return replaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
1042   }
1043
1044   if (Op->hasOneUse()) {
1045     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
1046     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
1047     // exposes redundancy in the code.
1048     //
1049     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
1050     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
1051     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
1052     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
1053     // unconditionally.
1054     //
1055     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
1056       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
1057       unsigned Align = LI.getAlignment();
1058       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), Align, DL, SI) &&
1059           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), Align, DL, SI)) {
1060         LoadInst *V1 = Builder.CreateLoad(SI->getOperand(1),
1061                                           SI->getOperand(1)->getName()+".val");
1062         LoadInst *V2 = Builder.CreateLoad(SI->getOperand(2),
1063                                           SI->getOperand(2)->getName()+".val");
1064         assert(LI.isUnordered() && "implied by above");
1065         V1->setAlignment(Align);
1066         V1->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
1067         V2->setAlignment(Align);
1068         V2->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSyncScopeID());
1069         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
1070       }
1071
1072       // load (select (cond, null, P)) -> load P
1073       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) &&
1074           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1075         LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
1076         return &LI;
1077       }
1078
1079       // load (select (cond, P, null)) -> load P
1080       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
1081           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1082         LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
1083         return &LI;
1084       }
1085     }
1086   }
1087   return nullptr;
1088 }
1089
1090 /// \brief Look for extractelement/insertvalue sequence that acts like a bitcast.
1091 ///
1092 /// \returns underlying value that was "cast", or nullptr otherwise.
1093 ///
1094 /// For example, if we have:
1095 ///
1096 ///     %E0 = extractelement <2 x double> %U, i32 0
1097 ///     %V0 = insertvalue [2 x double] undef, double %E0, 0
1098 ///     %E1 = extractelement <2 x double> %U, i32 1
1099 ///     %V1 = insertvalue [2 x double] %V0, double %E1, 1
1100 ///
1101 /// and the layout of a <2 x double> is isomorphic to a [2 x double],
1102 /// then %V1 can be safely approximated by a conceptual "bitcast" of %U.
1103 /// Note that %U may contain non-undef values where %V1 has undef.
1104 static Value *likeBitCastFromVector(InstCombiner &IC, Value *V) {
1105   Value *U = nullptr;
1106   while (auto *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1107     auto *E = dyn_cast<ExtractElementInst>(IV->getInsertedValueOperand());
1108     if (!E)
1109       return nullptr;
1110     auto *W = E->getVectorOperand();
1111     if (!U)
1112       U = W;
1113     else if (U != W)
1114       return nullptr;
1115     auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getIndexOperand());
1116     if (!CI || IV->getNumIndices() != 1 || CI->getZExtValue() != *IV->idx_begin())
1117       return nullptr;
1118     V = IV->getAggregateOperand();
1119   }
1120   if (!isa<UndefValue>(V) ||!U)
1121     return nullptr;
1122
1123   auto *UT = cast<VectorType>(U->getType());
1124   auto *VT = V->getType();
1125   // Check that types UT and VT are bitwise isomorphic.
1126   const auto &DL = IC.getDataLayout();
1127   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(UT) != DL.getTypeStoreSizeInBits(VT)) {
1128     return nullptr;
1129   }
1130   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(VT)) {
1131     if (AT->getNumElements() != UT->getNumElements())
1132       return nullptr;
1133   } else {
1134     auto *ST = cast<StructType>(VT);
1135     if (ST->getNumElements() != UT->getNumElements())
1136       return nullptr;
1137     for (const auto *EltT : ST->elements()) {
1138       if (EltT != UT->getElementType())
1139         return nullptr;
1140     }
1141   }
1142   return U;
1143 }
1144
1145 /// \brief Combine stores to match the type of value being stored.
1146 ///
1147 /// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
1148 /// where we can we should match the type of a store to the type of value being
1149 /// stored.
1150 ///
1151 /// However, this routine must never change the width of a store or the number of
1152 /// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
1153 /// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
1154 /// of their incoming values.
1155 ///
1156 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
1157 /// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
1158 /// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
1159 /// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
1160 ///
1161 /// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
1162 /// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
1163 /// the store instruction as otherwise there is no way to signal whether it was
1164 /// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
1165 static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1166   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
1167   // atomic stores here but it isn't clear that this is important.
1168   if (!SI.isUnordered())
1169     return false;
1170
1171   // swifterror values can't be bitcasted.
1172   if (SI.getPointerOperand()->isSwiftError())
1173     return false;
1174
1175   Value *V = SI.getValueOperand();
1176
1177   // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
1178   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1179     V = BC->getOperand(0);
1180     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) {
1181       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1182       return true;
1183     }
1184   }
1185
1186   if (Value *U = likeBitCastFromVector(IC, V))
1187     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(U->getType())) {
1188       combineStoreToNewValue(IC, SI, U);
1189       return true;
1190     }
1191
1192   // FIXME: We should also canonicalize stores of vectors when their elements
1193   // are cast to other types.
1194   return false;
1195 }
1196
1197 static bool unpackStoreToAggregate(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1198   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
1199   // stores here but it isn't clear that this is important.
1200   if (!SI.isSimple())
1201     return false;
1202
1203   Value *V = SI.getValueOperand();
1204   Type *T = V->getType();
1205
1206   if (!T->isAggregateType())
1207     return false;
1208
1209   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1210     // If the struct only have one element, we unpack.
1211     unsigned Count = ST->getNumElements();
1212     if (Count == 1) {
1213       V = IC.Builder.CreateExtractValue(V, 0);
1214       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1215       return true;
1216     }
1217
1218     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
1219     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
1220     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1221     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
1222     if (SL->hasPadding())
1223       return false;
1224
1225     auto Align = SI.getAlignment();
1226     if (!Align)
1227       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
1228
1229     SmallString<16> EltName = V->getName();
1230     EltName += ".elt";
1231     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1232     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1233     AddrName += ".repack";
1234
1235     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(ST->getContext());
1236     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1237     for (unsigned i = 0; i < Count; i++) {
1238       Value *Indices[2] = {
1239         Zero,
1240         ConstantInt::get(IdxType, i),
1241       };
1242       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
1243                                                AddrName);
1244       auto *Val = IC.Builder.CreateExtractValue(V, i, EltName);
1245       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
1246       llvm::Instruction *NS = IC.Builder.CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1247       AAMDNodes AAMD;
1248       SI.getAAMetadata(AAMD);
1249       NS->setAAMetadata(AAMD);
1250     }
1251
1252     return true;
1253   }
1254
1255   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1256     // If the array only have one element, we unpack.
1257     auto NumElements = AT->getNumElements();
1258     if (NumElements == 1) {
1259       V = IC.Builder.CreateExtractValue(V, 0);
1260       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1261       return true;
1262     }
1263
1264     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
1265     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
1266     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
1267     // tuning.
1268     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
1269       return false;
1270
1271     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1272     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1273     auto Align = SI.getAlignment();
1274     if (!Align)
1275       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
1276
1277     SmallString<16> EltName = V->getName();
1278     EltName += ".elt";
1279     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1280     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1281     AddrName += ".repack";
1282
1283     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1284     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1285
1286     uint64_t Offset = 0;
1287     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
1288       Value *Indices[2] = {
1289         Zero,
1290         ConstantInt::get(IdxType, i),
1291       };
1292       auto *Ptr = IC.Builder.CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
1293                                                AddrName);
1294       auto *Val = IC.Builder.CreateExtractValue(V, i, EltName);
1295       auto EltAlign = MinAlign(Align, Offset);
1296       Instruction *NS = IC.Builder.CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1297       AAMDNodes AAMD;
1298       SI.getAAMetadata(AAMD);
1299       NS->setAAMetadata(AAMD);
1300       Offset += EltSize;
1301     }
1302
1303     return true;
1304   }
1305
1306   return false;
1307 }
1308
1309 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
1310 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
1311 /// value in code like this:
1312 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
1313 ///   store i32 0, i32* %t0
1314 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
1315 ///   %t2 = load i32* %t1
1316 ///
1317 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
1318   // Test if the values are trivially equivalent.
1319   if (A == B) return true;
1320
1321   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
1322   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
1323   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
1324   // means that they'll always either have the same value or one of them
1325   // will have an undefined value.
1326   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
1327       isa<CastInst>(A) ||
1328       isa<PHINode>(A) ||
1329       isa<GetElementPtrInst>(A))
1330     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
1331       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
1332         return true;
1333
1334   // Otherwise they may not be equivalent.
1335   return false;
1336 }
1337
1338 /// Converts store (bitcast (load (bitcast (select ...)))) to
1339 /// store (load (select ...)), where select is minmax:
1340 /// select ((cmp load V1, load V2), V1, V2).
1341 static bool removeBitcastsFromLoadStoreOnMinMax(InstCombiner &IC,
1342                                                 StoreInst &SI) {
1343   // bitcast?
1344   if (!match(SI.getPointerOperand(), m_BitCast(m_Value())))
1345     return false;
1346   // load? integer?
1347   Value *LoadAddr;
1348   if (!match(SI.getValueOperand(), m_Load(m_BitCast(m_Value(LoadAddr)))))
1349     return false;
1350   auto *LI = cast<LoadInst>(SI.getValueOperand());
1351   if (!LI->getType()->isIntegerTy())
1352     return false;
1353   if (!isMinMaxWithLoads(LoadAddr))
1354     return false;
1355
1356   if (!all_of(LI->users(), [LI, LoadAddr](User *U) {
1357         auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
1358         return SI && SI->getPointerOperand() != LI &&
1359                peekThroughBitcast(SI->getPointerOperand()) != LoadAddr &&
1360                !SI->getPointerOperand()->isSwiftError();
1361       }))
1362     return false;
1363
1364   IC.Builder.SetInsertPoint(LI);
1365   LoadInst *NewLI = combineLoadToNewType(
1366       IC, *LI, LoadAddr->getType()->getPointerElementType());
1367   // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
1368   for (auto *UI : LI->users()) {
1369     auto *USI = cast<StoreInst>(UI);
1370     IC.Builder.SetInsertPoint(USI);
1371     combineStoreToNewValue(IC, *USI, NewLI);
1372   }
1373   IC.replaceInstUsesWith(*LI, UndefValue::get(LI->getType()));
1374   IC.eraseInstFromFunction(*LI);
1375   return true;
1376 }
1377
1378 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1379   Value *Val = SI.getOperand(0);
1380   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
1381
1382   // Try to canonicalize the stored type.
1383   if (combineStoreToValueType(*this, SI))
1384     return eraseInstFromFunction(SI);
1385
1386   // Attempt to improve the alignment.
1387   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
1388       Ptr, DL.getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, &SI, &AC, &DT);
1389   unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
1390   unsigned EffectiveStoreAlign =
1391       StoreAlign != 0 ? StoreAlign : DL.getABITypeAlignment(Val->getType());
1392
1393   if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
1394     SI.setAlignment(KnownAlign);
1395   else if (StoreAlign == 0)
1396     SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
1397
1398   // Try to canonicalize the stored type.
1399   if (unpackStoreToAggregate(*this, SI))
1400     return eraseInstFromFunction(SI);
1401
1402   if (removeBitcastsFromLoadStoreOnMinMax(*this, SI))
1403     return eraseInstFromFunction(SI);
1404
1405   // Replace GEP indices if possible.
1406   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Ptr, SI)) {
1407       Worklist.Add(NewGEPI);
1408       return &SI;
1409   }
1410
1411   // Don't hack volatile/ordered stores.
1412   // FIXME: Some bits are legal for ordered atomic stores; needs refactoring.
1413   if (!SI.isUnordered()) return nullptr;
1414
1415   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
1416   // alloca dead.
1417   if (Ptr->hasOneUse()) {
1418     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
1419       return eraseInstFromFunction(SI);
1420     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
1421       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
1422         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
1423           return eraseInstFromFunction(SI);
1424       }
1425     }
1426   }
1427
1428   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
1429   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
1430   // situation often occurs with bitfield accesses.
1431   BasicBlock::iterator BBI(SI);
1432   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
1433        --ScanInsts) {
1434     --BBI;
1435     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
1436     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
1437     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1438         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1439       ScanInsts++;
1440       continue;
1441     }
1442
1443     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
1444       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
1445       if (PrevSI->isUnordered() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
1446                                                         SI.getOperand(1))) {
1447         ++NumDeadStore;
1448         ++BBI;
1449         eraseInstFromFunction(*PrevSI);
1450         continue;
1451       }
1452       break;
1453     }
1454
1455     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
1456     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
1457     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
1458     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
1459       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr)) {
1460         assert(SI.isUnordered() && "can't eliminate ordering operation");
1461         return eraseInstFromFunction(SI);
1462       }
1463
1464       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
1465       // may not be dead.
1466       break;
1467     }
1468
1469     // Don't skip over loads, throws or things that can modify memory.
1470     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow())
1471       break;
1472   }
1473
1474   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1475   // store X, GEP(null, Y) -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1476   if (canSimplifyNullStoreOrGEP(SI)) {
1477     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
1478       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
1479       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
1480         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
1481     }
1482     return nullptr;  // Do not modify these!
1483   }
1484
1485   // store undef, Ptr -> noop
1486   if (isa<UndefValue>(Val))
1487     return eraseInstFromFunction(SI);
1488
1489   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
1490   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
1491   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
1492   BBI = SI.getIterator();
1493   do {
1494     ++BBI;
1495   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1496            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
1497   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
1498     if (BI->isUnconditional())
1499       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
1500         return nullptr;  // xform done!
1501
1502   return nullptr;
1503 }
1504
1505 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
1506 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
1507 /// into a phi node with a store in the successor.
1508 ///
1509 /// Simplify things like:
1510 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
1511 /// into a phi node with a store in the successor.
1512 ///
1513 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
1514   assert(SI.isUnordered() &&
1515          "this code has not been auditted for volatile or ordered store case");
1516
1517   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
1518
1519   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
1520   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
1521   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
1522   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1523
1524   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
1525   // the other predecessor.
1526   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
1527   BasicBlock *P = *PI;
1528   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
1529
1530   if (P != StoreBB)
1531     OtherBB = P;
1532
1533   if (++PI == pred_end(DestBB))
1534     return false;
1535
1536   P = *PI;
1537   if (P != StoreBB) {
1538     if (OtherBB)
1539       return false;
1540     OtherBB = P;
1541   }
1542   if (++PI != pred_end(DestBB))
1543     return false;
1544
1545   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
1546   // for example, if SI is in an infinite loop)
1547   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
1548     return false;
1549
1550   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
1551   BasicBlock::iterator BBI(OtherBB->getTerminator());
1552   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
1553   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
1554     return false;
1555
1556   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
1557   // else' case.  there is an instruction before the branch.
1558   StoreInst *OtherStore = nullptr;
1559   if (OtherBr->isUnconditional()) {
1560     --BBI;
1561     // Skip over debugging info.
1562     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1563            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1564       if (BBI==OtherBB->begin())
1565         return false;
1566       --BBI;
1567     }
1568     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
1569     // right kind of store, bail out.
1570     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
1571     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1572         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1573       return false;
1574   } else {
1575     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
1576     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
1577     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
1578         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
1579       return false;
1580
1581     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
1582     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
1583     // lives in OtherBB.
1584     for (;; --BBI) {
1585       // Check to see if we find the matching store.
1586       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
1587         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1588             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1589           return false;
1590         break;
1591       }
1592       // If we find something that may be using or overwriting the stored
1593       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
1594       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow() ||
1595           BBI->mayWriteToMemory() || BBI == OtherBB->begin())
1596         return false;
1597     }
1598
1599     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
1600     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
1601     // StoreBB.
1602     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
1603       // FIXME: This should really be AA driven.
1604       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayThrow() || I->mayWriteToMemory())
1605         return false;
1606     }
1607   }
1608
1609   // Insert a PHI node now if we need it.
1610   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
1611   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
1612     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
1613     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
1614     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
1615     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
1616   }
1617
1618   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
1619   // insert it.
1620   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
1621   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
1622                                    SI.isVolatile(),
1623                                    SI.getAlignment(),
1624                                    SI.getOrdering(),
1625                                    SI.getSyncScopeID());
1626   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
1627   // The debug locations of the original instructions might differ; merge them.
1628   NewSI->applyMergedLocation(SI.getDebugLoc(), OtherStore->getDebugLoc());
1629
1630   // If the two stores had AA tags, merge them.
1631   AAMDNodes AATags;
1632   SI.getAAMetadata(AATags);
1633   if (AATags) {
1634     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
1635     NewSI->setAAMetadata(AATags);
1636   }
1637
1638   // Nuke the old stores.
1639   eraseInstFromFunction(SI);
1640   eraseInstFromFunction(*OtherStore);
1641   return true;
1642 }