]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
Vendor import of llvm trunk r306325:
[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/DebugInfo.h"
22 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
23 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
24 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
25 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
26 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
27 using namespace llvm;
28
29 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
30
31 STATISTIC(NumDeadStore,    "Number of dead stores eliminated");
32 STATISTIC(NumGlobalCopies, "Number of allocas copied from constant global");
33
34 /// pointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
35 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
36 /// constant expressions because we can't rewrite arbitrary instructions.
37 static bool pointsToConstantGlobal(Value *V) {
38   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
39     return GV->isConstant();
40
41   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
42     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
43         CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast ||
44         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
45       return pointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
46   }
47   return false;
48 }
49
50 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
51 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
52 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
53 /// track of whether it moves the pointer (with IsOffset) but otherwise traverse
54 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
55 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
56 /// can optimize this.
57 static bool
58 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
59                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
60   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
61   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
62   // eliminate the markers.
63
64   SmallVector<std::pair<Value *, bool>, 35> ValuesToInspect;
65   ValuesToInspect.emplace_back(V, false);
66   while (!ValuesToInspect.empty()) {
67     auto ValuePair = ValuesToInspect.pop_back_val();
68     const bool IsOffset = ValuePair.second;
69     for (auto &U : ValuePair.first->uses()) {
70       auto *I = cast<Instruction>(U.getUser());
71
72       if (auto *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
73         // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
74         if (!LI->isSimple()) return false;
75         continue;
76       }
77
78       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
79         // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
80         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset);
81         continue;
82       }
83       if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
84         // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer. If it
85         // doesn't, it does.
86         ValuesToInspect.emplace_back(I, IsOffset || !GEP->hasAllZeroIndices());
87         continue;
88       }
89
90       if (auto CS = CallSite(I)) {
91         // If this is the function being called then we treat it like a load and
92         // ignore it.
93         if (CS.isCallee(&U))
94           continue;
95
96         unsigned DataOpNo = CS.getDataOperandNo(&U);
97         bool IsArgOperand = CS.isArgOperand(&U);
98
99         // Inalloca arguments are clobbered by the call.
100         if (IsArgOperand && CS.isInAllocaArgument(DataOpNo))
101           return false;
102
103         // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
104         // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
105         // ignore it if we know that the value isn't captured.
106         if (CS.onlyReadsMemory() &&
107             (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(DataOpNo)))
108           continue;
109
110         // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
111         // copy, so it is only a read of the alloca.
112         if (IsArgOperand && CS.isByValArgument(DataOpNo))
113           continue;
114       }
115
116       // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
117       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
118         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
119             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
120           assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
121           ToDelete.push_back(II);
122           continue;
123         }
124       }
125
126       // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
127       // handle.
128       MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(I);
129       if (!MI)
130         return false;
131
132       // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
133       // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
134       if (U.getOperandNo() == 1) {
135         if (MI->isVolatile()) return false;
136         continue;
137       }
138
139       // If we already have seen a copy, reject the second one.
140       if (TheCopy) return false;
141
142       // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
143       // safely handle this.
144       if (IsOffset) return false;
145
146       // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
147       if (U.getOperandNo() != 0) return false;
148
149       // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
150       if (!pointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
151         return false;
152
153       // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
154       TheCopy = MI;
155     }
156   }
157   return true;
158 }
159
160 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
161 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
162 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
163 static MemTransferInst *
164 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
165                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
166   MemTransferInst *TheCopy = nullptr;
167   if (isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, ToDelete))
168     return TheCopy;
169   return nullptr;
170 }
171
172 /// Returns true if V is dereferenceable for size of alloca.
173 static bool isDereferenceableForAllocaSize(const Value *V, const AllocaInst *AI,
174                                            const DataLayout &DL) {
175   if (AI->isArrayAllocation())
176     return false;
177   uint64_t AllocaSize = DL.getTypeStoreSize(AI->getAllocatedType());
178   if (!AllocaSize)
179     return false;
180   return isDereferenceableAndAlignedPointer(V, AI->getAlignment(),
181                                             APInt(64, AllocaSize), DL);
182 }
183
184 static Instruction *simplifyAllocaArraySize(InstCombiner &IC, AllocaInst &AI) {
185   // Check for array size of 1 (scalar allocation).
186   if (!AI.isArrayAllocation()) {
187     // i32 1 is the canonical array size for scalar allocations.
188     if (AI.getArraySize()->getType()->isIntegerTy(32))
189       return nullptr;
190
191     // Canonicalize it.
192     Value *V = IC.Builder->getInt32(1);
193     AI.setOperand(0, V);
194     return &AI;
195   }
196
197   // Convert: alloca Ty, C - where C is a constant != 1 into: alloca [C x Ty], 1
198   if (const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(AI.getArraySize())) {
199     Type *NewTy = ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getZExtValue());
200     AllocaInst *New = IC.Builder->CreateAlloca(NewTy, nullptr, AI.getName());
201     New->setAlignment(AI.getAlignment());
202
203     // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
204     // allocas if possible...also skip interleaved debug info
205     //
206     BasicBlock::iterator It(New);
207     while (isa<AllocaInst>(*It) || isa<DbgInfoIntrinsic>(*It))
208       ++It;
209
210     // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
211     // insert our getelementptr instruction...
212     //
213     Type *IdxTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
214     Value *NullIdx = Constant::getNullValue(IdxTy);
215     Value *Idx[2] = {NullIdx, NullIdx};
216     Instruction *GEP =
217         GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, New->getName() + ".sub");
218     IC.InsertNewInstBefore(GEP, *It);
219
220     // Now make everything use the getelementptr instead of the original
221     // allocation.
222     return IC.replaceInstUsesWith(AI, GEP);
223   }
224
225   if (isa<UndefValue>(AI.getArraySize()))
226     return IC.replaceInstUsesWith(AI, Constant::getNullValue(AI.getType()));
227
228   // Ensure that the alloca array size argument has type intptr_t, so that
229   // any casting is exposed early.
230   Type *IntPtrTy = IC.getDataLayout().getIntPtrType(AI.getType());
231   if (AI.getArraySize()->getType() != IntPtrTy) {
232     Value *V = IC.Builder->CreateIntCast(AI.getArraySize(), IntPtrTy, false);
233     AI.setOperand(0, V);
234     return &AI;
235   }
236
237   return nullptr;
238 }
239
240 namespace {
241 // If I and V are pointers in different address space, it is not allowed to
242 // use replaceAllUsesWith since I and V have different types. A
243 // non-target-specific transformation should not use addrspacecast on V since
244 // the two address space may be disjoint depending on target.
245 //
246 // This class chases down uses of the old pointer until reaching the load
247 // instructions, then replaces the old pointer in the load instructions with
248 // the new pointer. If during the chasing it sees bitcast or GEP, it will
249 // create new bitcast or GEP with the new pointer and use them in the load
250 // instruction.
251 class PointerReplacer {
252 public:
253   PointerReplacer(InstCombiner &IC) : IC(IC) {}
254   void replacePointer(Instruction &I, Value *V);
255
256 private:
257   void findLoadAndReplace(Instruction &I);
258   void replace(Instruction *I);
259   Value *getReplacement(Value *I);
260
261   SmallVector<Instruction *, 4> Path;
262   MapVector<Value *, Value *> WorkMap;
263   InstCombiner &IC;
264 };
265 } // end anonymous namespace
266
267 void PointerReplacer::findLoadAndReplace(Instruction &I) {
268   for (auto U : I.users()) {
269     auto *Inst = dyn_cast<Instruction>(&*U);
270     if (!Inst)
271       return;
272     DEBUG(dbgs() << "Found pointer user: " << *U << '\n');
273     if (isa<LoadInst>(Inst)) {
274       for (auto P : Path)
275         replace(P);
276       replace(Inst);
277     } else if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) || isa<BitCastInst>(Inst)) {
278       Path.push_back(Inst);
279       findLoadAndReplace(*Inst);
280       Path.pop_back();
281     } else {
282       return;
283     }
284   }
285 }
286
287 Value *PointerReplacer::getReplacement(Value *V) {
288   auto Loc = WorkMap.find(V);
289   if (Loc != WorkMap.end())
290     return Loc->second;
291   return nullptr;
292 }
293
294 void PointerReplacer::replace(Instruction *I) {
295   if (getReplacement(I))
296     return;
297
298   if (auto *LT = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
299     auto *V = getReplacement(LT->getPointerOperand());
300     assert(V && "Operand not replaced");
301     auto *NewI = new LoadInst(V);
302     NewI->takeName(LT);
303     IC.InsertNewInstWith(NewI, *LT);
304     IC.replaceInstUsesWith(*LT, NewI);
305     WorkMap[LT] = NewI;
306   } else if (auto *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
307     auto *V = getReplacement(GEP->getPointerOperand());
308     assert(V && "Operand not replaced");
309     SmallVector<Value *, 8> Indices;
310     Indices.append(GEP->idx_begin(), GEP->idx_end());
311     auto *NewI = GetElementPtrInst::Create(
312         V->getType()->getPointerElementType(), V, Indices);
313     IC.InsertNewInstWith(NewI, *GEP);
314     NewI->takeName(GEP);
315     WorkMap[GEP] = NewI;
316   } else if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(I)) {
317     auto *V = getReplacement(BC->getOperand(0));
318     assert(V && "Operand not replaced");
319     auto *NewT = PointerType::get(BC->getType()->getPointerElementType(),
320                                   V->getType()->getPointerAddressSpace());
321     auto *NewI = new BitCastInst(V, NewT);
322     IC.InsertNewInstWith(NewI, *BC);
323     NewI->takeName(BC);
324     WorkMap[BC] = NewI;
325   } else {
326     llvm_unreachable("should never reach here");
327   }
328 }
329
330 void PointerReplacer::replacePointer(Instruction &I, Value *V) {
331 #ifndef NDEBUG
332   auto *PT = cast<PointerType>(I.getType());
333   auto *NT = cast<PointerType>(V->getType());
334   assert(PT != NT && PT->getElementType() == NT->getElementType() &&
335          "Invalid usage");
336 #endif
337   WorkMap[&I] = V;
338   findLoadAndReplace(I);
339 }
340
341 Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
342   if (auto *I = simplifyAllocaArraySize(*this, AI))
343     return I;
344
345   if (AI.getAllocatedType()->isSized()) {
346     // If the alignment is 0 (unspecified), assign it the preferred alignment.
347     if (AI.getAlignment() == 0)
348       AI.setAlignment(DL.getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
349
350     // Move all alloca's of zero byte objects to the entry block and merge them
351     // together.  Note that we only do this for alloca's, because malloc should
352     // allocate and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
353     if (DL.getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0) {
354       // For a zero sized alloca there is no point in doing an array allocation.
355       // This is helpful if the array size is a complicated expression not used
356       // elsewhere.
357       if (AI.isArrayAllocation()) {
358         AI.setOperand(0, ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), 1));
359         return &AI;
360       }
361
362       // Get the first instruction in the entry block.
363       BasicBlock &EntryBlock = AI.getParent()->getParent()->getEntryBlock();
364       Instruction *FirstInst = EntryBlock.getFirstNonPHIOrDbg();
365       if (FirstInst != &AI) {
366         // If the entry block doesn't start with a zero-size alloca then move
367         // this one to the start of the entry block.  There is no problem with
368         // dominance as the array size was forced to a constant earlier already.
369         AllocaInst *EntryAI = dyn_cast<AllocaInst>(FirstInst);
370         if (!EntryAI || !EntryAI->getAllocatedType()->isSized() ||
371             DL.getTypeAllocSize(EntryAI->getAllocatedType()) != 0) {
372           AI.moveBefore(FirstInst);
373           return &AI;
374         }
375
376         // If the alignment of the entry block alloca is 0 (unspecified),
377         // assign it the preferred alignment.
378         if (EntryAI->getAlignment() == 0)
379           EntryAI->setAlignment(
380               DL.getPrefTypeAlignment(EntryAI->getAllocatedType()));
381         // Replace this zero-sized alloca with the one at the start of the entry
382         // block after ensuring that the address will be aligned enough for both
383         // types.
384         unsigned MaxAlign = std::max(EntryAI->getAlignment(),
385                                      AI.getAlignment());
386         EntryAI->setAlignment(MaxAlign);
387         if (AI.getType() != EntryAI->getType())
388           return new BitCastInst(EntryAI, AI.getType());
389         return replaceInstUsesWith(AI, EntryAI);
390       }
391     }
392   }
393
394   if (AI.getAlignment()) {
395     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
396     // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
397     // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
398     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
399     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
400     // is only subsequently read.
401     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
402     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(&AI, ToDelete)) {
403       unsigned SourceAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
404           Copy->getSource(), AI.getAlignment(), DL, &AI, &AC, &DT);
405       if (AI.getAlignment() <= SourceAlign &&
406           isDereferenceableForAllocaSize(Copy->getSource(), &AI, DL)) {
407         DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
408         DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
409         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
410           eraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
411         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
412         auto *SrcTy = TheSrc->getType();
413         auto *DestTy = PointerType::get(AI.getType()->getPointerElementType(),
414                                         SrcTy->getPointerAddressSpace());
415         Constant *Cast =
416             ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, DestTy);
417         if (AI.getType()->getPointerAddressSpace() ==
418             SrcTy->getPointerAddressSpace()) {
419           Instruction *NewI = replaceInstUsesWith(AI, Cast);
420           eraseInstFromFunction(*Copy);
421           ++NumGlobalCopies;
422           return NewI;
423         } else {
424           PointerReplacer PtrReplacer(*this);
425           PtrReplacer.replacePointer(AI, Cast);
426           ++NumGlobalCopies;
427         }
428       }
429     }
430   }
431
432   // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
433   // unused allocas.
434   return visitAllocSite(AI);
435 }
436
437 // Are we allowed to form a atomic load or store of this type?
438 static bool isSupportedAtomicType(Type *Ty) {
439   return Ty->isIntegerTy() || Ty->isPointerTy() || Ty->isFloatingPointTy();
440 }
441
442 /// \brief Helper to combine a load to a new type.
443 ///
444 /// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
445 /// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
446 /// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
447 /// that pointer type, load it, etc.
448 ///
449 /// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
450 /// point the \c InstCombiner currently is using.
451 static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy,
452                                       const Twine &Suffix = "") {
453   assert((!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(NewTy)) &&
454          "can't fold an atomic load to requested type");
455   
456   Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
457   unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
458   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
459   LI.getAllMetadata(MD);
460
461   LoadInst *NewLoad = IC.Builder->CreateAlignedLoad(
462       IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS)),
463       LI.getAlignment(), LI.isVolatile(), LI.getName() + Suffix);
464   NewLoad->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
465   MDBuilder MDB(NewLoad->getContext());
466   for (const auto &MDPair : MD) {
467     unsigned ID = MDPair.first;
468     MDNode *N = MDPair.second;
469     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
470     // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
471     // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
472     // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
473     // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
474     // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
475     // to loads, you almost certainly want to add it here.
476     switch (ID) {
477     case LLVMContext::MD_dbg:
478     case LLVMContext::MD_tbaa:
479     case LLVMContext::MD_prof:
480     case LLVMContext::MD_fpmath:
481     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
482     case LLVMContext::MD_invariant_load:
483     case LLVMContext::MD_alias_scope:
484     case LLVMContext::MD_noalias:
485     case LLVMContext::MD_nontemporal:
486     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
487       // All of these directly apply.
488       NewLoad->setMetadata(ID, N);
489       break;
490
491     case LLVMContext::MD_nonnull:
492       copyNonnullMetadata(LI, N, *NewLoad);
493       break;
494     case LLVMContext::MD_align:
495     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
496     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
497       // These only directly apply if the new type is also a pointer.
498       if (NewTy->isPointerTy())
499         NewLoad->setMetadata(ID, N);
500       break;
501     case LLVMContext::MD_range:
502       copyRangeMetadata(IC.getDataLayout(), LI, N, *NewLoad);
503       break;
504     }
505   }
506   return NewLoad;
507 }
508
509 /// \brief Combine a store to a new type.
510 ///
511 /// Returns the newly created store instruction.
512 static StoreInst *combineStoreToNewValue(InstCombiner &IC, StoreInst &SI, Value *V) {
513   assert((!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) &&
514          "can't fold an atomic store of requested type");
515   
516   Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
517   unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
518   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
519   SI.getAllMetadata(MD);
520
521   StoreInst *NewStore = IC.Builder->CreateAlignedStore(
522       V, IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, V->getType()->getPointerTo(AS)),
523       SI.getAlignment(), SI.isVolatile());
524   NewStore->setAtomic(SI.getOrdering(), SI.getSynchScope());
525   for (const auto &MDPair : MD) {
526     unsigned ID = MDPair.first;
527     MDNode *N = MDPair.second;
528     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
529     // routine is supposed to clone a store instruction changing *only its
530     // type*. The only metadata it makes sense to drop is metadata which is
531     // invalidated when the pointer type changes. This should essentially
532     // never be the case in LLVM, but we explicitly switch over only known
533     // metadata to be conservatively correct. If you are adding metadata to
534     // LLVM which pertains to stores, you almost certainly want to add it
535     // here.
536     switch (ID) {
537     case LLVMContext::MD_dbg:
538     case LLVMContext::MD_tbaa:
539     case LLVMContext::MD_prof:
540     case LLVMContext::MD_fpmath:
541     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
542     case LLVMContext::MD_alias_scope:
543     case LLVMContext::MD_noalias:
544     case LLVMContext::MD_nontemporal:
545     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
546       // All of these directly apply.
547       NewStore->setMetadata(ID, N);
548       break;
549
550     case LLVMContext::MD_invariant_load:
551     case LLVMContext::MD_nonnull:
552     case LLVMContext::MD_range:
553     case LLVMContext::MD_align:
554     case LLVMContext::MD_dereferenceable:
555     case LLVMContext::MD_dereferenceable_or_null:
556       // These don't apply for stores.
557       break;
558     }
559   }
560
561   return NewStore;
562 }
563
564 /// \brief Combine loads to match the type of their uses' value after looking
565 /// through intervening bitcasts.
566 ///
567 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
568 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
569 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
570 /// instead directly load a pointer.
571 ///
572 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
573 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
574 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
575 /// of their consuming operations.
576 ///
577 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
578 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
579 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
580 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
581 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
582   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
583   // atomic loads here but it isn't clear that this is important.
584   if (!LI.isUnordered())
585     return nullptr;
586
587   if (LI.use_empty())
588     return nullptr;
589
590   // swifterror values can't be bitcasted.
591   if (LI.getPointerOperand()->isSwiftError())
592     return nullptr;
593
594   Type *Ty = LI.getType();
595   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
596
597   // Try to canonicalize loads which are only ever stored to operate over
598   // integers instead of any other type. We only do this when the loaded type
599   // is sized and has a size exactly the same as its store size and the store
600   // size is a legal integer type.
601   if (!Ty->isIntegerTy() && Ty->isSized() &&
602       DL.isLegalInteger(DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)) &&
603       DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty) == DL.getTypeSizeInBits(Ty) &&
604       !DL.isNonIntegralPointerType(Ty)) {
605     if (all_of(LI.users(), [&LI](User *U) {
606           auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
607           return SI && SI->getPointerOperand() != &LI &&
608                  !SI->getPointerOperand()->isSwiftError();
609         })) {
610       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(
611           IC, LI,
612           Type::getIntNTy(LI.getContext(), DL.getTypeStoreSizeInBits(Ty)));
613       // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
614       for (auto UI = LI.user_begin(), UE = LI.user_end(); UI != UE;) {
615         auto *SI = cast<StoreInst>(*UI++);
616         IC.Builder->SetInsertPoint(SI);
617         combineStoreToNewValue(IC, *SI, NewLoad);
618         IC.eraseInstFromFunction(*SI);
619       }
620       assert(LI.use_empty() && "Failed to remove all users of the load!");
621       // Return the old load so the combiner can delete it safely.
622       return &LI;
623     }
624   }
625
626   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
627   // We can do this for BitCastInsts as well as casts from and to pointer types,
628   // as long as those are noops (i.e., the source or dest type have the same
629   // bitwidth as the target's pointers).
630   if (LI.hasOneUse())
631     if (auto* CI = dyn_cast<CastInst>(LI.user_back()))
632       if (CI->isNoopCast(DL))
633         if (!LI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(CI->getDestTy())) {
634           LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, CI->getDestTy());
635           CI->replaceAllUsesWith(NewLoad);
636           IC.eraseInstFromFunction(*CI);
637           return &LI;
638         }
639
640   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
641   // cast to other types.
642   return nullptr;
643 }
644
645 static Instruction *unpackLoadToAggregate(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
646   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
647   // stores here but it isn't clear that this is important.
648   if (!LI.isSimple())
649     return nullptr;
650
651   Type *T = LI.getType();
652   if (!T->isAggregateType())
653     return nullptr;
654
655   StringRef Name = LI.getName();
656   assert(LI.getAlignment() && "Alignment must be set at this point");
657
658   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
659     // If the struct only have one element, we unpack.
660     auto NumElements = ST->getNumElements();
661     if (NumElements == 1) {
662       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ST->getTypeAtIndex(0U),
663                                                ".unpack");
664       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder->CreateInsertValue(
665         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
666     }
667
668     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
669     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
670     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
671     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
672     if (SL->hasPadding())
673       return nullptr;
674
675     auto Align = LI.getAlignment();
676     if (!Align)
677       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
678
679     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
680     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(T->getContext());
681     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
682
683     Value *V = UndefValue::get(T);
684     for (unsigned i = 0; i < NumElements; i++) {
685       Value *Indices[2] = {
686         Zero,
687         ConstantInt::get(IdxType, i),
688       };
689       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
690                                                 Name + ".elt");
691       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
692       auto *L = IC.Builder->CreateAlignedLoad(Ptr, EltAlign, Name + ".unpack");
693       V = IC.Builder->CreateInsertValue(V, L, i);
694     }
695
696     V->setName(Name);
697     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
698   }
699
700   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
701     auto *ET = AT->getElementType();
702     auto NumElements = AT->getNumElements();
703     if (NumElements == 1) {
704       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ET, ".unpack");
705       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder->CreateInsertValue(
706         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
707     }
708
709     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
710     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
711     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
712     // tuning.
713     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
714       return nullptr;
715
716     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
717     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(ET);
718     auto Align = LI.getAlignment();
719     if (!Align)
720       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
721
722     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
723     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
724     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
725
726     Value *V = UndefValue::get(T);
727     uint64_t Offset = 0;
728     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
729       Value *Indices[2] = {
730         Zero,
731         ConstantInt::get(IdxType, i),
732       };
733       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
734                                                 Name + ".elt");
735       auto *L = IC.Builder->CreateAlignedLoad(Ptr, MinAlign(Align, Offset),
736                                               Name + ".unpack");
737       V = IC.Builder->CreateInsertValue(V, L, i);
738       Offset += EltSize;
739     }
740
741     V->setName(Name);
742     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
743   }
744
745   return nullptr;
746 }
747
748 // If we can determine that all possible objects pointed to by the provided
749 // pointer value are, not only dereferenceable, but also definitively less than
750 // or equal to the provided maximum size, then return true. Otherwise, return
751 // false (constant global values and allocas fall into this category).
752 //
753 // FIXME: This should probably live in ValueTracking (or similar).
754 static bool isObjectSizeLessThanOrEq(Value *V, uint64_t MaxSize,
755                                      const DataLayout &DL) {
756   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
757   SmallVector<Value *, 4> Worklist(1, V);
758
759   do {
760     Value *P = Worklist.pop_back_val();
761     P = P->stripPointerCasts();
762
763     if (!Visited.insert(P).second)
764       continue;
765
766     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
767       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
768       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
769       continue;
770     }
771
772     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
773       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
774         Worklist.push_back(IncValue);
775       continue;
776     }
777
778     if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(P)) {
779       if (GA->isInterposable())
780         return false;
781       Worklist.push_back(GA->getAliasee());
782       continue;
783     }
784
785     // If we know how big this object is, and it is less than MaxSize, continue
786     // searching. Otherwise, return false.
787     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(P)) {
788       if (!AI->getAllocatedType()->isSized())
789         return false;
790
791       ConstantInt *CS = dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize());
792       if (!CS)
793         return false;
794
795       uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
796       // Make sure that, even if the multiplication below would wrap as an
797       // uint64_t, we still do the right thing.
798       if ((CS->getValue().zextOrSelf(128)*APInt(128, TypeSize)).ugt(MaxSize))
799         return false;
800       continue;
801     }
802
803     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
804       if (!GV->hasDefinitiveInitializer() || !GV->isConstant())
805         return false;
806
807       uint64_t InitSize = DL.getTypeAllocSize(GV->getValueType());
808       if (InitSize > MaxSize)
809         return false;
810       continue;
811     }
812
813     return false;
814   } while (!Worklist.empty());
815
816   return true;
817 }
818
819 // If we're indexing into an object of a known size, and the outer index is
820 // not a constant, but having any value but zero would lead to undefined
821 // behavior, replace it with zero.
822 //
823 // For example, if we have:
824 // @f.a = private unnamed_addr constant [1 x i32] [i32 12], align 4
825 // ...
826 // %arrayidx = getelementptr inbounds [1 x i32]* @f.a, i64 0, i64 %x
827 // ... = load i32* %arrayidx, align 4
828 // Then we know that we can replace %x in the GEP with i64 0.
829 //
830 // FIXME: We could fold any GEP index to zero that would cause UB if it were
831 // not zero. Currently, we only handle the first such index. Also, we could
832 // also search through non-zero constant indices if we kept track of the
833 // offsets those indices implied.
834 static bool canReplaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, GetElementPtrInst *GEPI,
835                                      Instruction *MemI, unsigned &Idx) {
836   if (GEPI->getNumOperands() < 2)
837     return false;
838
839   // Find the first non-zero index of a GEP. If all indices are zero, return
840   // one past the last index.
841   auto FirstNZIdx = [](const GetElementPtrInst *GEPI) {
842     unsigned I = 1;
843     for (unsigned IE = GEPI->getNumOperands(); I != IE; ++I) {
844       Value *V = GEPI->getOperand(I);
845       if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
846         if (CI->isZero())
847           continue;
848
849       break;
850     }
851
852     return I;
853   };
854
855   // Skip through initial 'zero' indices, and find the corresponding pointer
856   // type. See if the next index is not a constant.
857   Idx = FirstNZIdx(GEPI);
858   if (Idx == GEPI->getNumOperands())
859     return false;
860   if (isa<Constant>(GEPI->getOperand(Idx)))
861     return false;
862
863   SmallVector<Value *, 4> Ops(GEPI->idx_begin(), GEPI->idx_begin() + Idx);
864   Type *AllocTy =
865     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEPI->getSourceElementType(), Ops);
866   if (!AllocTy || !AllocTy->isSized())
867     return false;
868   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
869   uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(AllocTy);
870
871   // If there are more indices after the one we might replace with a zero, make
872   // sure they're all non-negative. If any of them are negative, the overall
873   // address being computed might be before the base address determined by the
874   // first non-zero index.
875   auto IsAllNonNegative = [&]() {
876     for (unsigned i = Idx+1, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
877       KnownBits Known = IC.computeKnownBits(GEPI->getOperand(i), 0, MemI);
878       if (Known.isNonNegative())
879         continue;
880       return false;
881     }
882
883     return true;
884   };
885
886   // FIXME: If the GEP is not inbounds, and there are extra indices after the
887   // one we'll replace, those could cause the address computation to wrap
888   // (rendering the IsAllNonNegative() check below insufficient). We can do
889   // better, ignoring zero indices (and other indices we can prove small
890   // enough not to wrap).
891   if (Idx+1 != GEPI->getNumOperands() && !GEPI->isInBounds())
892     return false;
893
894   // Note that isObjectSizeLessThanOrEq will return true only if the pointer is
895   // also known to be dereferenceable.
896   return isObjectSizeLessThanOrEq(GEPI->getOperand(0), TyAllocSize, DL) &&
897          IsAllNonNegative();
898 }
899
900 // If we're indexing into an object with a variable index for the memory
901 // access, but the object has only one element, we can assume that the index
902 // will always be zero. If we replace the GEP, return it.
903 template <typename T>
904 static Instruction *replaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, Value *Ptr,
905                                           T &MemI) {
906   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
907     unsigned Idx;
908     if (canReplaceGEPIdxWithZero(IC, GEPI, &MemI, Idx)) {
909       Instruction *NewGEPI = GEPI->clone();
910       NewGEPI->setOperand(Idx,
911         ConstantInt::get(GEPI->getOperand(Idx)->getType(), 0));
912       NewGEPI->insertBefore(GEPI);
913       MemI.setOperand(MemI.getPointerOperandIndex(), NewGEPI);
914       return NewGEPI;
915     }
916   }
917
918   return nullptr;
919 }
920
921 static bool canSimplifyNullLoadOrGEP(LoadInst &LI, Value *Op) {
922   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
923     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
924     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0)
925       return true;
926   }
927   if (isa<UndefValue>(Op) ||
928       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0))
929     return true;
930   return false;
931 }
932
933 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
934   Value *Op = LI.getOperand(0);
935
936   // Try to canonicalize the loaded type.
937   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
938     return Res;
939
940   // Attempt to improve the alignment.
941   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
942       Op, DL.getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, &LI, &AC, &DT);
943   unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
944   unsigned EffectiveLoadAlign =
945       LoadAlign != 0 ? LoadAlign : DL.getABITypeAlignment(LI.getType());
946
947   if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
948     LI.setAlignment(KnownAlign);
949   else if (LoadAlign == 0)
950     LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
951
952   // Replace GEP indices if possible.
953   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Op, LI)) {
954       Worklist.Add(NewGEPI);
955       return &LI;
956   }
957
958   if (Instruction *Res = unpackLoadToAggregate(*this, LI))
959     return Res;
960
961   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
962   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
963   // separated by a few arithmetic operations.
964   BasicBlock::iterator BBI(LI);
965   bool IsLoadCSE = false;
966   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(
967           &LI, LI.getParent(), BBI, DefMaxInstsToScan, AA, &IsLoadCSE)) {
968     if (IsLoadCSE)
969       combineMetadataForCSE(cast<LoadInst>(AvailableVal), &LI);
970
971     return replaceInstUsesWith(
972         LI, Builder->CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
973                                             LI.getName() + ".cast"));
974   }
975
976   // None of the following transforms are legal for volatile/ordered atomic
977   // loads.  Most of them do apply for unordered atomics.
978   if (!LI.isUnordered()) return nullptr;
979
980   // load(gep null, ...) -> unreachable
981   // load null/undef -> unreachable
982   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xforms.
983   if (canSimplifyNullLoadOrGEP(LI, Op)) {
984     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
985     // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
986     // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
987     // CFG.
988     new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
989                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
990     return replaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
991   }
992
993   if (Op->hasOneUse()) {
994     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
995     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
996     // exposes redundancy in the code.
997     //
998     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
999     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
1000     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
1001     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
1002     // unconditionally.
1003     //
1004     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
1005       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
1006       unsigned Align = LI.getAlignment();
1007       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), Align, DL, SI) &&
1008           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), Align, DL, SI)) {
1009         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
1010                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
1011         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
1012                                            SI->getOperand(2)->getName()+".val");
1013         assert(LI.isUnordered() && "implied by above");
1014         V1->setAlignment(Align);
1015         V1->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
1016         V2->setAlignment(Align);
1017         V2->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
1018         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
1019       }
1020
1021       // load (select (cond, null, P)) -> load P
1022       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) &&
1023           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1024         LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
1025         return &LI;
1026       }
1027
1028       // load (select (cond, P, null)) -> load P
1029       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
1030           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1031         LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
1032         return &LI;
1033       }
1034     }
1035   }
1036   return nullptr;
1037 }
1038
1039 /// \brief Look for extractelement/insertvalue sequence that acts like a bitcast.
1040 ///
1041 /// \returns underlying value that was "cast", or nullptr otherwise.
1042 ///
1043 /// For example, if we have:
1044 ///
1045 ///     %E0 = extractelement <2 x double> %U, i32 0
1046 ///     %V0 = insertvalue [2 x double] undef, double %E0, 0
1047 ///     %E1 = extractelement <2 x double> %U, i32 1
1048 ///     %V1 = insertvalue [2 x double] %V0, double %E1, 1
1049 ///
1050 /// and the layout of a <2 x double> is isomorphic to a [2 x double],
1051 /// then %V1 can be safely approximated by a conceptual "bitcast" of %U.
1052 /// Note that %U may contain non-undef values where %V1 has undef.
1053 static Value *likeBitCastFromVector(InstCombiner &IC, Value *V) {
1054   Value *U = nullptr;
1055   while (auto *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1056     auto *E = dyn_cast<ExtractElementInst>(IV->getInsertedValueOperand());
1057     if (!E)
1058       return nullptr;
1059     auto *W = E->getVectorOperand();
1060     if (!U)
1061       U = W;
1062     else if (U != W)
1063       return nullptr;
1064     auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getIndexOperand());
1065     if (!CI || IV->getNumIndices() != 1 || CI->getZExtValue() != *IV->idx_begin())
1066       return nullptr;
1067     V = IV->getAggregateOperand();
1068   }
1069   if (!isa<UndefValue>(V) ||!U)
1070     return nullptr;
1071
1072   auto *UT = cast<VectorType>(U->getType());
1073   auto *VT = V->getType();
1074   // Check that types UT and VT are bitwise isomorphic.
1075   const auto &DL = IC.getDataLayout();
1076   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(UT) != DL.getTypeStoreSizeInBits(VT)) {
1077     return nullptr;
1078   }
1079   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(VT)) {
1080     if (AT->getNumElements() != UT->getNumElements())
1081       return nullptr;
1082   } else {
1083     auto *ST = cast<StructType>(VT);
1084     if (ST->getNumElements() != UT->getNumElements())
1085       return nullptr;
1086     for (const auto *EltT : ST->elements()) {
1087       if (EltT != UT->getElementType())
1088         return nullptr;
1089     }
1090   }
1091   return U;
1092 }
1093
1094 /// \brief Combine stores to match the type of value being stored.
1095 ///
1096 /// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
1097 /// where we can we should match the type of a store to the type of value being
1098 /// stored.
1099 ///
1100 /// However, this routine must never change the width of a store or the number of
1101 /// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
1102 /// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
1103 /// of their incoming values.
1104 ///
1105 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
1106 /// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
1107 /// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
1108 /// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
1109 ///
1110 /// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
1111 /// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
1112 /// the store instruction as otherwise there is no way to signal whether it was
1113 /// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
1114 static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1115   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
1116   // atomic stores here but it isn't clear that this is important.
1117   if (!SI.isUnordered())
1118     return false;
1119
1120   // swifterror values can't be bitcasted.
1121   if (SI.getPointerOperand()->isSwiftError())
1122     return false;
1123
1124   Value *V = SI.getValueOperand();
1125
1126   // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
1127   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1128     V = BC->getOperand(0);
1129     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) {
1130       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1131       return true;
1132     }
1133   }
1134
1135   if (Value *U = likeBitCastFromVector(IC, V))
1136     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(U->getType())) {
1137       combineStoreToNewValue(IC, SI, U);
1138       return true;
1139     }
1140
1141   // FIXME: We should also canonicalize stores of vectors when their elements
1142   // are cast to other types.
1143   return false;
1144 }
1145
1146 static bool unpackStoreToAggregate(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1147   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
1148   // stores here but it isn't clear that this is important.
1149   if (!SI.isSimple())
1150     return false;
1151
1152   Value *V = SI.getValueOperand();
1153   Type *T = V->getType();
1154
1155   if (!T->isAggregateType())
1156     return false;
1157
1158   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1159     // If the struct only have one element, we unpack.
1160     unsigned Count = ST->getNumElements();
1161     if (Count == 1) {
1162       V = IC.Builder->CreateExtractValue(V, 0);
1163       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1164       return true;
1165     }
1166
1167     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
1168     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
1169     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1170     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
1171     if (SL->hasPadding())
1172       return false;
1173
1174     auto Align = SI.getAlignment();
1175     if (!Align)
1176       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
1177
1178     SmallString<16> EltName = V->getName();
1179     EltName += ".elt";
1180     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1181     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1182     AddrName += ".repack";
1183
1184     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(ST->getContext());
1185     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1186     for (unsigned i = 0; i < Count; i++) {
1187       Value *Indices[2] = {
1188         Zero,
1189         ConstantInt::get(IdxType, i),
1190       };
1191       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
1192                                                 AddrName);
1193       auto *Val = IC.Builder->CreateExtractValue(V, i, EltName);
1194       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
1195       IC.Builder->CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1196     }
1197
1198     return true;
1199   }
1200
1201   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1202     // If the array only have one element, we unpack.
1203     auto NumElements = AT->getNumElements();
1204     if (NumElements == 1) {
1205       V = IC.Builder->CreateExtractValue(V, 0);
1206       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1207       return true;
1208     }
1209
1210     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
1211     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
1212     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
1213     // tuning.
1214     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
1215       return false;
1216
1217     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1218     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1219     auto Align = SI.getAlignment();
1220     if (!Align)
1221       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
1222
1223     SmallString<16> EltName = V->getName();
1224     EltName += ".elt";
1225     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1226     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1227     AddrName += ".repack";
1228
1229     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1230     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1231
1232     uint64_t Offset = 0;
1233     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
1234       Value *Indices[2] = {
1235         Zero,
1236         ConstantInt::get(IdxType, i),
1237       };
1238       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
1239                                                 AddrName);
1240       auto *Val = IC.Builder->CreateExtractValue(V, i, EltName);
1241       auto EltAlign = MinAlign(Align, Offset);
1242       IC.Builder->CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1243       Offset += EltSize;
1244     }
1245
1246     return true;
1247   }
1248
1249   return false;
1250 }
1251
1252 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
1253 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
1254 /// value in code like this:
1255 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
1256 ///   store i32 0, i32* %t0
1257 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
1258 ///   %t2 = load i32* %t1
1259 ///
1260 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
1261   // Test if the values are trivially equivalent.
1262   if (A == B) return true;
1263
1264   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
1265   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
1266   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
1267   // means that they'll always either have the same value or one of them
1268   // will have an undefined value.
1269   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
1270       isa<CastInst>(A) ||
1271       isa<PHINode>(A) ||
1272       isa<GetElementPtrInst>(A))
1273     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
1274       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
1275         return true;
1276
1277   // Otherwise they may not be equivalent.
1278   return false;
1279 }
1280
1281 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1282   Value *Val = SI.getOperand(0);
1283   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
1284
1285   // Try to canonicalize the stored type.
1286   if (combineStoreToValueType(*this, SI))
1287     return eraseInstFromFunction(SI);
1288
1289   // Attempt to improve the alignment.
1290   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
1291       Ptr, DL.getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, &SI, &AC, &DT);
1292   unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
1293   unsigned EffectiveStoreAlign =
1294       StoreAlign != 0 ? StoreAlign : DL.getABITypeAlignment(Val->getType());
1295
1296   if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
1297     SI.setAlignment(KnownAlign);
1298   else if (StoreAlign == 0)
1299     SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
1300
1301   // Try to canonicalize the stored type.
1302   if (unpackStoreToAggregate(*this, SI))
1303     return eraseInstFromFunction(SI);
1304
1305   // Replace GEP indices if possible.
1306   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Ptr, SI)) {
1307       Worklist.Add(NewGEPI);
1308       return &SI;
1309   }
1310
1311   // Don't hack volatile/ordered stores.
1312   // FIXME: Some bits are legal for ordered atomic stores; needs refactoring.
1313   if (!SI.isUnordered()) return nullptr;
1314
1315   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
1316   // alloca dead.
1317   if (Ptr->hasOneUse()) {
1318     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
1319       return eraseInstFromFunction(SI);
1320     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
1321       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
1322         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
1323           return eraseInstFromFunction(SI);
1324       }
1325     }
1326   }
1327
1328   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
1329   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
1330   // situation often occurs with bitfield accesses.
1331   BasicBlock::iterator BBI(SI);
1332   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
1333        --ScanInsts) {
1334     --BBI;
1335     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
1336     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
1337     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1338         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1339       ScanInsts++;
1340       continue;
1341     }
1342
1343     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
1344       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
1345       if (PrevSI->isUnordered() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
1346                                                         SI.getOperand(1))) {
1347         ++NumDeadStore;
1348         ++BBI;
1349         eraseInstFromFunction(*PrevSI);
1350         continue;
1351       }
1352       break;
1353     }
1354
1355     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
1356     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
1357     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
1358     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
1359       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr)) {
1360         assert(SI.isUnordered() && "can't eliminate ordering operation");
1361         return eraseInstFromFunction(SI);
1362       }
1363
1364       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
1365       // may not be dead.
1366       break;
1367     }
1368
1369     // Don't skip over loads, throws or things that can modify memory.
1370     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow())
1371       break;
1372   }
1373
1374   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1375   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1376     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
1377       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
1378       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
1379         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
1380     }
1381     return nullptr;  // Do not modify these!
1382   }
1383
1384   // store undef, Ptr -> noop
1385   if (isa<UndefValue>(Val))
1386     return eraseInstFromFunction(SI);
1387
1388   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
1389   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
1390   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
1391   BBI = SI.getIterator();
1392   do {
1393     ++BBI;
1394   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1395            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
1396   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
1397     if (BI->isUnconditional())
1398       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
1399         return nullptr;  // xform done!
1400
1401   return nullptr;
1402 }
1403
1404 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
1405 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
1406 /// into a phi node with a store in the successor.
1407 ///
1408 /// Simplify things like:
1409 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
1410 /// into a phi node with a store in the successor.
1411 ///
1412 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
1413   assert(SI.isUnordered() &&
1414          "this code has not been auditted for volatile or ordered store case");
1415
1416   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
1417
1418   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
1419   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
1420   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
1421   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1422
1423   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
1424   // the other predecessor.
1425   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
1426   BasicBlock *P = *PI;
1427   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
1428
1429   if (P != StoreBB)
1430     OtherBB = P;
1431
1432   if (++PI == pred_end(DestBB))
1433     return false;
1434
1435   P = *PI;
1436   if (P != StoreBB) {
1437     if (OtherBB)
1438       return false;
1439     OtherBB = P;
1440   }
1441   if (++PI != pred_end(DestBB))
1442     return false;
1443
1444   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
1445   // for example, if SI is in an infinite loop)
1446   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
1447     return false;
1448
1449   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
1450   BasicBlock::iterator BBI(OtherBB->getTerminator());
1451   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
1452   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
1453     return false;
1454
1455   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
1456   // else' case.  there is an instruction before the branch.
1457   StoreInst *OtherStore = nullptr;
1458   if (OtherBr->isUnconditional()) {
1459     --BBI;
1460     // Skip over debugging info.
1461     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1462            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1463       if (BBI==OtherBB->begin())
1464         return false;
1465       --BBI;
1466     }
1467     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
1468     // right kind of store, bail out.
1469     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
1470     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1471         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1472       return false;
1473   } else {
1474     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
1475     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
1476     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
1477         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
1478       return false;
1479
1480     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
1481     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
1482     // lives in OtherBB.
1483     for (;; --BBI) {
1484       // Check to see if we find the matching store.
1485       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
1486         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1487             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1488           return false;
1489         break;
1490       }
1491       // If we find something that may be using or overwriting the stored
1492       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
1493       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow() ||
1494           BBI->mayWriteToMemory() || BBI == OtherBB->begin())
1495         return false;
1496     }
1497
1498     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
1499     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
1500     // StoreBB.
1501     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
1502       // FIXME: This should really be AA driven.
1503       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayThrow() || I->mayWriteToMemory())
1504         return false;
1505     }
1506   }
1507
1508   // Insert a PHI node now if we need it.
1509   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
1510   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
1511     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
1512     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
1513     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
1514     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
1515   }
1516
1517   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
1518   // insert it.
1519   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
1520   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
1521                                    SI.isVolatile(),
1522                                    SI.getAlignment(),
1523                                    SI.getOrdering(),
1524                                    SI.getSynchScope());
1525   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
1526   // The debug locations of the original instructions might differ; merge them.
1527   NewSI->setDebugLoc(DILocation::getMergedLocation(SI.getDebugLoc(),
1528                                                    OtherStore->getDebugLoc()));
1529
1530   // If the two stores had AA tags, merge them.
1531   AAMDNodes AATags;
1532   SI.getAAMetadata(AATags);
1533   if (AATags) {
1534     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
1535     NewSI->setAAMetadata(AATags);
1536   }
1537
1538   // Nuke the old stores.
1539   eraseInstFromFunction(SI);
1540   eraseInstFromFunction(*OtherStore);
1541   return true;
1542 }