]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - lib/Transforms/InstCombine/InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
Vendor import of llvm trunk r306956:
[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       AAMDNodes AAMD;
665       LI.getAAMetadata(AAMD);
666       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
667       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder->CreateInsertValue(
668         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
669     }
670
671     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
672     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
673     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
674     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
675     if (SL->hasPadding())
676       return nullptr;
677
678     auto Align = LI.getAlignment();
679     if (!Align)
680       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
681
682     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
683     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(T->getContext());
684     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
685
686     Value *V = UndefValue::get(T);
687     for (unsigned i = 0; i < NumElements; i++) {
688       Value *Indices[2] = {
689         Zero,
690         ConstantInt::get(IdxType, i),
691       };
692       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
693                                                 Name + ".elt");
694       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
695       auto *L = IC.Builder->CreateAlignedLoad(Ptr, EltAlign, Name + ".unpack");
696       // Propagate AA metadata. It'll still be valid on the narrowed load.
697       AAMDNodes AAMD;
698       LI.getAAMetadata(AAMD);
699       L->setAAMetadata(AAMD);
700       V = IC.Builder->CreateInsertValue(V, L, i);
701     }
702
703     V->setName(Name);
704     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
705   }
706
707   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
708     auto *ET = AT->getElementType();
709     auto NumElements = AT->getNumElements();
710     if (NumElements == 1) {
711       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, ET, ".unpack");
712       AAMDNodes AAMD;
713       LI.getAAMetadata(AAMD);
714       NewLoad->setAAMetadata(AAMD);
715       return IC.replaceInstUsesWith(LI, IC.Builder->CreateInsertValue(
716         UndefValue::get(T), NewLoad, 0, Name));
717     }
718
719     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
720     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
721     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
722     // tuning.
723     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
724       return nullptr;
725
726     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
727     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(ET);
728     auto Align = LI.getAlignment();
729     if (!Align)
730       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
731
732     auto *Addr = LI.getPointerOperand();
733     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
734     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
735
736     Value *V = UndefValue::get(T);
737     uint64_t Offset = 0;
738     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
739       Value *Indices[2] = {
740         Zero,
741         ConstantInt::get(IdxType, i),
742       };
743       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
744                                                 Name + ".elt");
745       auto *L = IC.Builder->CreateAlignedLoad(Ptr, MinAlign(Align, Offset),
746                                               Name + ".unpack");
747       AAMDNodes AAMD;
748       LI.getAAMetadata(AAMD);
749       L->setAAMetadata(AAMD);
750       V = IC.Builder->CreateInsertValue(V, L, i);
751       Offset += EltSize;
752     }
753
754     V->setName(Name);
755     return IC.replaceInstUsesWith(LI, V);
756   }
757
758   return nullptr;
759 }
760
761 // If we can determine that all possible objects pointed to by the provided
762 // pointer value are, not only dereferenceable, but also definitively less than
763 // or equal to the provided maximum size, then return true. Otherwise, return
764 // false (constant global values and allocas fall into this category).
765 //
766 // FIXME: This should probably live in ValueTracking (or similar).
767 static bool isObjectSizeLessThanOrEq(Value *V, uint64_t MaxSize,
768                                      const DataLayout &DL) {
769   SmallPtrSet<Value *, 4> Visited;
770   SmallVector<Value *, 4> Worklist(1, V);
771
772   do {
773     Value *P = Worklist.pop_back_val();
774     P = P->stripPointerCasts();
775
776     if (!Visited.insert(P).second)
777       continue;
778
779     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(P)) {
780       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
781       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
782       continue;
783     }
784
785     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(P)) {
786       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
787         Worklist.push_back(IncValue);
788       continue;
789     }
790
791     if (GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(P)) {
792       if (GA->isInterposable())
793         return false;
794       Worklist.push_back(GA->getAliasee());
795       continue;
796     }
797
798     // If we know how big this object is, and it is less than MaxSize, continue
799     // searching. Otherwise, return false.
800     if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(P)) {
801       if (!AI->getAllocatedType()->isSized())
802         return false;
803
804       ConstantInt *CS = dyn_cast<ConstantInt>(AI->getArraySize());
805       if (!CS)
806         return false;
807
808       uint64_t TypeSize = DL.getTypeAllocSize(AI->getAllocatedType());
809       // Make sure that, even if the multiplication below would wrap as an
810       // uint64_t, we still do the right thing.
811       if ((CS->getValue().zextOrSelf(128)*APInt(128, TypeSize)).ugt(MaxSize))
812         return false;
813       continue;
814     }
815
816     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
817       if (!GV->hasDefinitiveInitializer() || !GV->isConstant())
818         return false;
819
820       uint64_t InitSize = DL.getTypeAllocSize(GV->getValueType());
821       if (InitSize > MaxSize)
822         return false;
823       continue;
824     }
825
826     return false;
827   } while (!Worklist.empty());
828
829   return true;
830 }
831
832 // If we're indexing into an object of a known size, and the outer index is
833 // not a constant, but having any value but zero would lead to undefined
834 // behavior, replace it with zero.
835 //
836 // For example, if we have:
837 // @f.a = private unnamed_addr constant [1 x i32] [i32 12], align 4
838 // ...
839 // %arrayidx = getelementptr inbounds [1 x i32]* @f.a, i64 0, i64 %x
840 // ... = load i32* %arrayidx, align 4
841 // Then we know that we can replace %x in the GEP with i64 0.
842 //
843 // FIXME: We could fold any GEP index to zero that would cause UB if it were
844 // not zero. Currently, we only handle the first such index. Also, we could
845 // also search through non-zero constant indices if we kept track of the
846 // offsets those indices implied.
847 static bool canReplaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, GetElementPtrInst *GEPI,
848                                      Instruction *MemI, unsigned &Idx) {
849   if (GEPI->getNumOperands() < 2)
850     return false;
851
852   // Find the first non-zero index of a GEP. If all indices are zero, return
853   // one past the last index.
854   auto FirstNZIdx = [](const GetElementPtrInst *GEPI) {
855     unsigned I = 1;
856     for (unsigned IE = GEPI->getNumOperands(); I != IE; ++I) {
857       Value *V = GEPI->getOperand(I);
858       if (const ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(V))
859         if (CI->isZero())
860           continue;
861
862       break;
863     }
864
865     return I;
866   };
867
868   // Skip through initial 'zero' indices, and find the corresponding pointer
869   // type. See if the next index is not a constant.
870   Idx = FirstNZIdx(GEPI);
871   if (Idx == GEPI->getNumOperands())
872     return false;
873   if (isa<Constant>(GEPI->getOperand(Idx)))
874     return false;
875
876   SmallVector<Value *, 4> Ops(GEPI->idx_begin(), GEPI->idx_begin() + Idx);
877   Type *AllocTy =
878     GetElementPtrInst::getIndexedType(GEPI->getSourceElementType(), Ops);
879   if (!AllocTy || !AllocTy->isSized())
880     return false;
881   const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
882   uint64_t TyAllocSize = DL.getTypeAllocSize(AllocTy);
883
884   // If there are more indices after the one we might replace with a zero, make
885   // sure they're all non-negative. If any of them are negative, the overall
886   // address being computed might be before the base address determined by the
887   // first non-zero index.
888   auto IsAllNonNegative = [&]() {
889     for (unsigned i = Idx+1, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
890       KnownBits Known = IC.computeKnownBits(GEPI->getOperand(i), 0, MemI);
891       if (Known.isNonNegative())
892         continue;
893       return false;
894     }
895
896     return true;
897   };
898
899   // FIXME: If the GEP is not inbounds, and there are extra indices after the
900   // one we'll replace, those could cause the address computation to wrap
901   // (rendering the IsAllNonNegative() check below insufficient). We can do
902   // better, ignoring zero indices (and other indices we can prove small
903   // enough not to wrap).
904   if (Idx+1 != GEPI->getNumOperands() && !GEPI->isInBounds())
905     return false;
906
907   // Note that isObjectSizeLessThanOrEq will return true only if the pointer is
908   // also known to be dereferenceable.
909   return isObjectSizeLessThanOrEq(GEPI->getOperand(0), TyAllocSize, DL) &&
910          IsAllNonNegative();
911 }
912
913 // If we're indexing into an object with a variable index for the memory
914 // access, but the object has only one element, we can assume that the index
915 // will always be zero. If we replace the GEP, return it.
916 template <typename T>
917 static Instruction *replaceGEPIdxWithZero(InstCombiner &IC, Value *Ptr,
918                                           T &MemI) {
919   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
920     unsigned Idx;
921     if (canReplaceGEPIdxWithZero(IC, GEPI, &MemI, Idx)) {
922       Instruction *NewGEPI = GEPI->clone();
923       NewGEPI->setOperand(Idx,
924         ConstantInt::get(GEPI->getOperand(Idx)->getType(), 0));
925       NewGEPI->insertBefore(GEPI);
926       MemI.setOperand(MemI.getPointerOperandIndex(), NewGEPI);
927       return NewGEPI;
928     }
929   }
930
931   return nullptr;
932 }
933
934 static bool canSimplifyNullLoadOrGEP(LoadInst &LI, Value *Op) {
935   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
936     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
937     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0)
938       return true;
939   }
940   if (isa<UndefValue>(Op) ||
941       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0))
942     return true;
943   return false;
944 }
945
946 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
947   Value *Op = LI.getOperand(0);
948
949   // Try to canonicalize the loaded type.
950   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
951     return Res;
952
953   // Attempt to improve the alignment.
954   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
955       Op, DL.getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, &LI, &AC, &DT);
956   unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
957   unsigned EffectiveLoadAlign =
958       LoadAlign != 0 ? LoadAlign : DL.getABITypeAlignment(LI.getType());
959
960   if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
961     LI.setAlignment(KnownAlign);
962   else if (LoadAlign == 0)
963     LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
964
965   // Replace GEP indices if possible.
966   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Op, LI)) {
967       Worklist.Add(NewGEPI);
968       return &LI;
969   }
970
971   if (Instruction *Res = unpackLoadToAggregate(*this, LI))
972     return Res;
973
974   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
975   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
976   // separated by a few arithmetic operations.
977   BasicBlock::iterator BBI(LI);
978   bool IsLoadCSE = false;
979   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(
980           &LI, LI.getParent(), BBI, DefMaxInstsToScan, AA, &IsLoadCSE)) {
981     if (IsLoadCSE)
982       combineMetadataForCSE(cast<LoadInst>(AvailableVal), &LI);
983
984     return replaceInstUsesWith(
985         LI, Builder->CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
986                                             LI.getName() + ".cast"));
987   }
988
989   // None of the following transforms are legal for volatile/ordered atomic
990   // loads.  Most of them do apply for unordered atomics.
991   if (!LI.isUnordered()) return nullptr;
992
993   // load(gep null, ...) -> unreachable
994   // load null/undef -> unreachable
995   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xforms.
996   if (canSimplifyNullLoadOrGEP(LI, Op)) {
997     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
998     // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
999     // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
1000     // CFG.
1001     new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
1002                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
1003     return replaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
1004   }
1005
1006   if (Op->hasOneUse()) {
1007     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
1008     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
1009     // exposes redundancy in the code.
1010     //
1011     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
1012     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
1013     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
1014     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
1015     // unconditionally.
1016     //
1017     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
1018       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
1019       unsigned Align = LI.getAlignment();
1020       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), Align, DL, SI) &&
1021           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), Align, DL, SI)) {
1022         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
1023                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
1024         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
1025                                            SI->getOperand(2)->getName()+".val");
1026         assert(LI.isUnordered() && "implied by above");
1027         V1->setAlignment(Align);
1028         V1->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
1029         V2->setAlignment(Align);
1030         V2->setAtomic(LI.getOrdering(), LI.getSynchScope());
1031         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
1032       }
1033
1034       // load (select (cond, null, P)) -> load P
1035       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) &&
1036           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1037         LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
1038         return &LI;
1039       }
1040
1041       // load (select (cond, P, null)) -> load P
1042       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
1043           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1044         LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
1045         return &LI;
1046       }
1047     }
1048   }
1049   return nullptr;
1050 }
1051
1052 /// \brief Look for extractelement/insertvalue sequence that acts like a bitcast.
1053 ///
1054 /// \returns underlying value that was "cast", or nullptr otherwise.
1055 ///
1056 /// For example, if we have:
1057 ///
1058 ///     %E0 = extractelement <2 x double> %U, i32 0
1059 ///     %V0 = insertvalue [2 x double] undef, double %E0, 0
1060 ///     %E1 = extractelement <2 x double> %U, i32 1
1061 ///     %V1 = insertvalue [2 x double] %V0, double %E1, 1
1062 ///
1063 /// and the layout of a <2 x double> is isomorphic to a [2 x double],
1064 /// then %V1 can be safely approximated by a conceptual "bitcast" of %U.
1065 /// Note that %U may contain non-undef values where %V1 has undef.
1066 static Value *likeBitCastFromVector(InstCombiner &IC, Value *V) {
1067   Value *U = nullptr;
1068   while (auto *IV = dyn_cast<InsertValueInst>(V)) {
1069     auto *E = dyn_cast<ExtractElementInst>(IV->getInsertedValueOperand());
1070     if (!E)
1071       return nullptr;
1072     auto *W = E->getVectorOperand();
1073     if (!U)
1074       U = W;
1075     else if (U != W)
1076       return nullptr;
1077     auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(E->getIndexOperand());
1078     if (!CI || IV->getNumIndices() != 1 || CI->getZExtValue() != *IV->idx_begin())
1079       return nullptr;
1080     V = IV->getAggregateOperand();
1081   }
1082   if (!isa<UndefValue>(V) ||!U)
1083     return nullptr;
1084
1085   auto *UT = cast<VectorType>(U->getType());
1086   auto *VT = V->getType();
1087   // Check that types UT and VT are bitwise isomorphic.
1088   const auto &DL = IC.getDataLayout();
1089   if (DL.getTypeStoreSizeInBits(UT) != DL.getTypeStoreSizeInBits(VT)) {
1090     return nullptr;
1091   }
1092   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(VT)) {
1093     if (AT->getNumElements() != UT->getNumElements())
1094       return nullptr;
1095   } else {
1096     auto *ST = cast<StructType>(VT);
1097     if (ST->getNumElements() != UT->getNumElements())
1098       return nullptr;
1099     for (const auto *EltT : ST->elements()) {
1100       if (EltT != UT->getElementType())
1101         return nullptr;
1102     }
1103   }
1104   return U;
1105 }
1106
1107 /// \brief Combine stores to match the type of value being stored.
1108 ///
1109 /// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
1110 /// where we can we should match the type of a store to the type of value being
1111 /// stored.
1112 ///
1113 /// However, this routine must never change the width of a store or the number of
1114 /// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
1115 /// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
1116 /// of their incoming values.
1117 ///
1118 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
1119 /// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
1120 /// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
1121 /// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
1122 ///
1123 /// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
1124 /// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
1125 /// the store instruction as otherwise there is no way to signal whether it was
1126 /// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
1127 static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1128   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and ordered
1129   // atomic stores here but it isn't clear that this is important.
1130   if (!SI.isUnordered())
1131     return false;
1132
1133   // swifterror values can't be bitcasted.
1134   if (SI.getPointerOperand()->isSwiftError())
1135     return false;
1136
1137   Value *V = SI.getValueOperand();
1138
1139   // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
1140   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
1141     V = BC->getOperand(0);
1142     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(V->getType())) {
1143       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1144       return true;
1145     }
1146   }
1147
1148   if (Value *U = likeBitCastFromVector(IC, V))
1149     if (!SI.isAtomic() || isSupportedAtomicType(U->getType())) {
1150       combineStoreToNewValue(IC, SI, U);
1151       return true;
1152     }
1153
1154   // FIXME: We should also canonicalize stores of vectors when their elements
1155   // are cast to other types.
1156   return false;
1157 }
1158
1159 static bool unpackStoreToAggregate(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
1160   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
1161   // stores here but it isn't clear that this is important.
1162   if (!SI.isSimple())
1163     return false;
1164
1165   Value *V = SI.getValueOperand();
1166   Type *T = V->getType();
1167
1168   if (!T->isAggregateType())
1169     return false;
1170
1171   if (auto *ST = dyn_cast<StructType>(T)) {
1172     // If the struct only have one element, we unpack.
1173     unsigned Count = ST->getNumElements();
1174     if (Count == 1) {
1175       V = IC.Builder->CreateExtractValue(V, 0);
1176       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1177       return true;
1178     }
1179
1180     // We don't want to break loads with padding here as we'd loose
1181     // the knowledge that padding exists for the rest of the pipeline.
1182     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1183     auto *SL = DL.getStructLayout(ST);
1184     if (SL->hasPadding())
1185       return false;
1186
1187     auto Align = SI.getAlignment();
1188     if (!Align)
1189       Align = DL.getABITypeAlignment(ST);
1190
1191     SmallString<16> EltName = V->getName();
1192     EltName += ".elt";
1193     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1194     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1195     AddrName += ".repack";
1196
1197     auto *IdxType = Type::getInt32Ty(ST->getContext());
1198     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1199     for (unsigned i = 0; i < Count; i++) {
1200       Value *Indices[2] = {
1201         Zero,
1202         ConstantInt::get(IdxType, i),
1203       };
1204       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(ST, Addr, makeArrayRef(Indices),
1205                                                 AddrName);
1206       auto *Val = IC.Builder->CreateExtractValue(V, i, EltName);
1207       auto EltAlign = MinAlign(Align, SL->getElementOffset(i));
1208       llvm::Instruction *NS =
1209           IC.Builder->CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1210       AAMDNodes AAMD;
1211       SI.getAAMetadata(AAMD);
1212       NS->setAAMetadata(AAMD);
1213     }
1214
1215     return true;
1216   }
1217
1218   if (auto *AT = dyn_cast<ArrayType>(T)) {
1219     // If the array only have one element, we unpack.
1220     auto NumElements = AT->getNumElements();
1221     if (NumElements == 1) {
1222       V = IC.Builder->CreateExtractValue(V, 0);
1223       combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
1224       return true;
1225     }
1226
1227     // Bail out if the array is too large. Ideally we would like to optimize
1228     // arrays of arbitrary size but this has a terrible impact on compile time.
1229     // The threshold here is chosen arbitrarily, maybe needs a little bit of
1230     // tuning.
1231     if (NumElements > IC.MaxArraySizeForCombine)
1232       return false;
1233
1234     const DataLayout &DL = IC.getDataLayout();
1235     auto EltSize = DL.getTypeAllocSize(AT->getElementType());
1236     auto Align = SI.getAlignment();
1237     if (!Align)
1238       Align = DL.getABITypeAlignment(T);
1239
1240     SmallString<16> EltName = V->getName();
1241     EltName += ".elt";
1242     auto *Addr = SI.getPointerOperand();
1243     SmallString<16> AddrName = Addr->getName();
1244     AddrName += ".repack";
1245
1246     auto *IdxType = Type::getInt64Ty(T->getContext());
1247     auto *Zero = ConstantInt::get(IdxType, 0);
1248
1249     uint64_t Offset = 0;
1250     for (uint64_t i = 0; i < NumElements; i++) {
1251       Value *Indices[2] = {
1252         Zero,
1253         ConstantInt::get(IdxType, i),
1254       };
1255       auto *Ptr = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(AT, Addr, makeArrayRef(Indices),
1256                                                 AddrName);
1257       auto *Val = IC.Builder->CreateExtractValue(V, i, EltName);
1258       auto EltAlign = MinAlign(Align, Offset);
1259       Instruction *NS = IC.Builder->CreateAlignedStore(Val, Ptr, EltAlign);
1260       AAMDNodes AAMD;
1261       SI.getAAMetadata(AAMD);
1262       NS->setAAMetadata(AAMD);
1263       Offset += EltSize;
1264     }
1265
1266     return true;
1267   }
1268
1269   return false;
1270 }
1271
1272 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
1273 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
1274 /// value in code like this:
1275 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
1276 ///   store i32 0, i32* %t0
1277 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
1278 ///   %t2 = load i32* %t1
1279 ///
1280 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
1281   // Test if the values are trivially equivalent.
1282   if (A == B) return true;
1283
1284   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
1285   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
1286   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
1287   // means that they'll always either have the same value or one of them
1288   // will have an undefined value.
1289   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
1290       isa<CastInst>(A) ||
1291       isa<PHINode>(A) ||
1292       isa<GetElementPtrInst>(A))
1293     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
1294       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
1295         return true;
1296
1297   // Otherwise they may not be equivalent.
1298   return false;
1299 }
1300
1301 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1302   Value *Val = SI.getOperand(0);
1303   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
1304
1305   // Try to canonicalize the stored type.
1306   if (combineStoreToValueType(*this, SI))
1307     return eraseInstFromFunction(SI);
1308
1309   // Attempt to improve the alignment.
1310   unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
1311       Ptr, DL.getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, &SI, &AC, &DT);
1312   unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
1313   unsigned EffectiveStoreAlign =
1314       StoreAlign != 0 ? StoreAlign : DL.getABITypeAlignment(Val->getType());
1315
1316   if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
1317     SI.setAlignment(KnownAlign);
1318   else if (StoreAlign == 0)
1319     SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
1320
1321   // Try to canonicalize the stored type.
1322   if (unpackStoreToAggregate(*this, SI))
1323     return eraseInstFromFunction(SI);
1324
1325   // Replace GEP indices if possible.
1326   if (Instruction *NewGEPI = replaceGEPIdxWithZero(*this, Ptr, SI)) {
1327       Worklist.Add(NewGEPI);
1328       return &SI;
1329   }
1330
1331   // Don't hack volatile/ordered stores.
1332   // FIXME: Some bits are legal for ordered atomic stores; needs refactoring.
1333   if (!SI.isUnordered()) return nullptr;
1334
1335   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
1336   // alloca dead.
1337   if (Ptr->hasOneUse()) {
1338     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
1339       return eraseInstFromFunction(SI);
1340     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
1341       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
1342         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
1343           return eraseInstFromFunction(SI);
1344       }
1345     }
1346   }
1347
1348   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
1349   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
1350   // situation often occurs with bitfield accesses.
1351   BasicBlock::iterator BBI(SI);
1352   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
1353        --ScanInsts) {
1354     --BBI;
1355     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
1356     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
1357     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1358         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1359       ScanInsts++;
1360       continue;
1361     }
1362
1363     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
1364       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
1365       if (PrevSI->isUnordered() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
1366                                                         SI.getOperand(1))) {
1367         ++NumDeadStore;
1368         ++BBI;
1369         eraseInstFromFunction(*PrevSI);
1370         continue;
1371       }
1372       break;
1373     }
1374
1375     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
1376     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
1377     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
1378     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
1379       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr)) {
1380         assert(SI.isUnordered() && "can't eliminate ordering operation");
1381         return eraseInstFromFunction(SI);
1382       }
1383
1384       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
1385       // may not be dead.
1386       break;
1387     }
1388
1389     // Don't skip over loads, throws or things that can modify memory.
1390     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow())
1391       break;
1392   }
1393
1394   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
1395   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
1396     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
1397       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
1398       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
1399         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
1400     }
1401     return nullptr;  // Do not modify these!
1402   }
1403
1404   // store undef, Ptr -> noop
1405   if (isa<UndefValue>(Val))
1406     return eraseInstFromFunction(SI);
1407
1408   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
1409   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
1410   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
1411   BBI = SI.getIterator();
1412   do {
1413     ++BBI;
1414   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1415            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
1416   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
1417     if (BI->isUnconditional())
1418       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
1419         return nullptr;  // xform done!
1420
1421   return nullptr;
1422 }
1423
1424 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
1425 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
1426 /// into a phi node with a store in the successor.
1427 ///
1428 /// Simplify things like:
1429 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
1430 /// into a phi node with a store in the successor.
1431 ///
1432 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
1433   assert(SI.isUnordered() &&
1434          "this code has not been auditted for volatile or ordered store case");
1435
1436   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
1437
1438   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
1439   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
1440   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
1441   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
1442
1443   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
1444   // the other predecessor.
1445   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
1446   BasicBlock *P = *PI;
1447   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
1448
1449   if (P != StoreBB)
1450     OtherBB = P;
1451
1452   if (++PI == pred_end(DestBB))
1453     return false;
1454
1455   P = *PI;
1456   if (P != StoreBB) {
1457     if (OtherBB)
1458       return false;
1459     OtherBB = P;
1460   }
1461   if (++PI != pred_end(DestBB))
1462     return false;
1463
1464   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
1465   // for example, if SI is in an infinite loop)
1466   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
1467     return false;
1468
1469   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
1470   BasicBlock::iterator BBI(OtherBB->getTerminator());
1471   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
1472   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
1473     return false;
1474
1475   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
1476   // else' case.  there is an instruction before the branch.
1477   StoreInst *OtherStore = nullptr;
1478   if (OtherBr->isUnconditional()) {
1479     --BBI;
1480     // Skip over debugging info.
1481     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
1482            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
1483       if (BBI==OtherBB->begin())
1484         return false;
1485       --BBI;
1486     }
1487     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
1488     // right kind of store, bail out.
1489     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
1490     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1491         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1492       return false;
1493   } else {
1494     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
1495     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
1496     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
1497         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
1498       return false;
1499
1500     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
1501     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
1502     // lives in OtherBB.
1503     for (;; --BBI) {
1504       // Check to see if we find the matching store.
1505       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
1506         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
1507             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
1508           return false;
1509         break;
1510       }
1511       // If we find something that may be using or overwriting the stored
1512       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
1513       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayThrow() ||
1514           BBI->mayWriteToMemory() || BBI == OtherBB->begin())
1515         return false;
1516     }
1517
1518     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
1519     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
1520     // StoreBB.
1521     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
1522       // FIXME: This should really be AA driven.
1523       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayThrow() || I->mayWriteToMemory())
1524         return false;
1525     }
1526   }
1527
1528   // Insert a PHI node now if we need it.
1529   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
1530   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
1531     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
1532     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
1533     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
1534     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
1535   }
1536
1537   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
1538   // insert it.
1539   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
1540   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
1541                                    SI.isVolatile(),
1542                                    SI.getAlignment(),
1543                                    SI.getOrdering(),
1544                                    SI.getSynchScope());
1545   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
1546   // The debug locations of the original instructions might differ; merge them.
1547   NewSI->setDebugLoc(DILocation::getMergedLocation(SI.getDebugLoc(),
1548                                                    OtherStore->getDebugLoc()));
1549
1550   // If the two stores had AA tags, merge them.
1551   AAMDNodes AATags;
1552   SI.getAAMetadata(AATags);
1553   if (AATags) {
1554     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
1555     NewSI->setAAMetadata(AATags);
1556   }
1557
1558   // Nuke the old stores.
1559   eraseInstFromFunction(SI);
1560   eraseInstFromFunction(*OtherStore);
1561   return true;
1562 }