IPO: Avoid brace initialization of a map, some versions of libc++ don't like it
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
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 pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
25 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
26 #include "llvm/IR/CallSite.h"
27 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/IR/Operator.h"
36 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
37 #include "llvm/Pass.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/CtorUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/GlobalStatus.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <deque>
47 using namespace llvm;
48
49 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
50
51 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
52 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
53 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
54 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
55 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
56 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
57 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
58 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
59 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
60 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
61 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
62 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
63 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
64 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
65 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
66 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
67
68 namespace {
69   struct GlobalOpt : public ModulePass {
70     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
71       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
72     }
73     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
74     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
75       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
76     }
77
78     bool runOnModule(Module &M) override;
79
80   private:
81     bool OptimizeFunctions(Module &M);
82     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
83     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
84     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
85     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
86                                const GlobalStatus &GS);
87     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
88
89     TargetLibraryInfo *TLI;
90     SmallSet<const Comdat *, 8> NotDiscardableComdats;
91   };
92 }
93
94 char GlobalOpt::ID = 0;
95 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
98 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
99                 "Global Variable Optimizer", false, false)
100
101 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
102
103 /// isLeakCheckerRoot - Is this global variable possibly used by a leak checker
104 /// as a root?  If so, we might not really want to eliminate the stores to it.
105 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
106   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
107   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
108   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
109   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
110   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
111   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
112   // potentially contained here.
113
114   if (GV->hasPrivateLinkage())
115     return false;
116
117   SmallVector<Type *, 4> Types;
118   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
119
120   unsigned Limit = 20;
121   do {
122     Type *Ty = Types.pop_back_val();
123     switch (Ty->getTypeID()) {
124       default: break;
125       case Type::PointerTyID: return true;
126       case Type::ArrayTyID:
127       case Type::VectorTyID: {
128         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
129         Types.push_back(STy->getElementType());
130         break;
131       }
132       case Type::StructTyID: {
133         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
134         if (STy->isOpaque()) return true;
135         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
136                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
137           Type *InnerTy = *I;
138           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
139           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
140             Types.push_back(InnerTy);
141         }
142         break;
143       }
144     }
145     if (--Limit == 0) return true;
146   } while (!Types.empty());
147   return false;
148 }
149
150 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
151 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
152 /// store.
153 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
154   do {
155     if (isa<Constant>(V))
156       return true;
157     if (!V->hasOneUse())
158       return false;
159     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
160         isa<GlobalValue>(V))
161       return false;
162     if (isAllocationFn(V, TLI))
163       return true;
164
165     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
166     if (I->mayHaveSideEffects())
167       return false;
168     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
169       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
170         return false;
171     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
172       return false;
173     }
174
175     V = I->getOperand(0);
176   } while (1);
177 }
178
179 /// CleanupPointerRootUsers - This GV is a pointer root.  Loop over all users
180 /// of the global and clean up any that obviously don't assign the global a
181 /// value that isn't dynamically allocated.
182 ///
183 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
184                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
185   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
186   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
187   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
188   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
189   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
190   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
191   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
192   // destroy it.
193
194   bool Changed = false;
195
196   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
197   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
198   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
199
200   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
201   for (Value::user_iterator UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end();
202        UI != E;) {
203     User *U = *UI++;
204     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
205       Value *V = SI->getValueOperand();
206       if (isa<Constant>(V)) {
207         Changed = true;
208         SI->eraseFromParent();
209       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
210         if (I->hasOneUse())
211           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
212       }
213     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
214       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
215         Changed = true;
216         MSI->eraseFromParent();
217       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
218         if (I->hasOneUse())
219           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
220       }
221     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
222       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
223       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
224         Changed = true;
225         MTI->eraseFromParent();
226       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
227         if (I->hasOneUse())
228           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
229       }
230     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
231       if (CE->use_empty()) {
232         CE->destroyConstant();
233         Changed = true;
234       }
235     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
236       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
237         C->destroyConstant();
238         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
239         Dead.clear();
240         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
241         return true;
242       }
243     }
244   }
245
246   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
247     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
248       Dead[i].second->eraseFromParent();
249       Instruction *I = Dead[i].first;
250       do {
251         if (isAllocationFn(I, TLI))
252           break;
253         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
254         if (!J)
255           break;
256         I->eraseFromParent();
257         I = J;
258       } while (1);
259       I->eraseFromParent();
260     }
261   }
262
263   return Changed;
264 }
265
266 /// CleanupConstantGlobalUsers - We just marked GV constant.  Loop over all
267 /// users of the global, cleaning up the obvious ones.  This is largely just a
268 /// quick scan over the use list to clean up the easy and obvious cruft.  This
269 /// returns true if it made a change.
270 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
271                                        const DataLayout &DL,
272                                        TargetLibraryInfo *TLI) {
273   bool Changed = false;
274   // Note that we need to use a weak value handle for the worklist items. When
275   // we delete a constant array, we may also be holding pointer to one of its
276   // elements (or an element of one of its elements if we're dealing with an
277   // array of arrays) in the worklist.
278   SmallVector<WeakVH, 8> WorkList(V->user_begin(), V->user_end());
279   while (!WorkList.empty()) {
280     Value *UV = WorkList.pop_back_val();
281     if (!UV)
282       continue;
283
284     User *U = cast<User>(UV);
285
286     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
287       if (Init) {
288         // Replace the load with the initializer.
289         LI->replaceAllUsesWith(Init);
290         LI->eraseFromParent();
291         Changed = true;
292       }
293     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
294       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
295       SI->eraseFromParent();
296       Changed = true;
297     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
298       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
299         Constant *SubInit = nullptr;
300         if (Init)
301           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
302         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, DL, TLI);
303       } else if ((CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
304                   CE->getType()->isPointerTy()) ||
305                  CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
306         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
307         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, nullptr, DL, TLI);
308       }
309
310       if (CE->use_empty()) {
311         CE->destroyConstant();
312         Changed = true;
313       }
314     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
315       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
316       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
317       // and will invalidate our notion of what Init is.
318       Constant *SubInit = nullptr;
319       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
320         ConstantExpr *CE = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(
321             ConstantFoldInstruction(GEP, DL, TLI));
322         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
323           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
324
325         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
326         // we already know what the result of any load from that GEP is.
327         // TODO: Handle splats.
328         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
329           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
330       }
331       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, DL, TLI);
332
333       if (GEP->use_empty()) {
334         GEP->eraseFromParent();
335         Changed = true;
336       }
337     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
338       if (MI->getRawDest() == V) {
339         MI->eraseFromParent();
340         Changed = true;
341       }
342
343     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
344       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
345       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
346       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
347         C->destroyConstant();
348         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, DL, TLI);
349         return true;
350       }
351     }
352   }
353   return Changed;
354 }
355
356 /// isSafeSROAElementUse - Return true if the specified instruction is a safe
357 /// user of a derived expression from a global that we want to SROA.
358 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
359   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
360   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
361     return isSafeToDestroyConstant(C);
362
363   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
364   if (!I) return false;
365
366   // Loads are ok.
367   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
368
369   // Stores *to* the pointer are ok.
370   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
371     return SI->getOperand(0) != V;
372
373   // Otherwise, it must be a GEP.
374   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
375   if (!GEPI) return false;
376
377   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
378       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
379     return false;
380
381   for (User *U : GEPI->users())
382     if (!isSafeSROAElementUse(U))
383       return false;
384   return true;
385 }
386
387
388 /// IsUserOfGlobalSafeForSRA - U is a direct user of the specified global value.
389 /// Look at it and its uses and decide whether it is safe to SROA this global.
390 ///
391 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
392   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
393   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
394       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
395        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
396     return false;
397
398   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
399   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
400   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
401   // value of C.
402   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
403       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
404       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
405     return false;
406
407   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
408   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
409
410   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
411   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
412     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
413     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
414
415     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
416     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
417     //
418     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
419       return false;
420
421     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
422     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
423     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
424     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
425     //
426     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
427     // going to be a win anyway, so just give up.
428     for (++GEPI; // Skip array index.
429          GEPI != E;
430          ++GEPI) {
431       uint64_t NumElements;
432       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
433         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
434       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
435         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
436       else {
437         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
438                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
439         continue;
440       }
441
442       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
443       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
444         return false;
445     }
446   }
447
448   for (User *UU : U->users())
449     if (!isSafeSROAElementUse(UU))
450       return false;
451
452   return true;
453 }
454
455 /// GlobalUsersSafeToSRA - Look at all uses of the global and decide whether it
456 /// is safe for us to perform this transformation.
457 ///
458 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
459   for (User *U : GV->users())
460     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(U, GV))
461       return false;
462
463   return true;
464 }
465
466
467 /// SRAGlobal - Perform scalar replacement of aggregates on the specified global
468 /// variable.  This opens the door for other optimizations by exposing the
469 /// behavior of the program in a more fine-grained way.  We have determined that
470 /// this transformation is safe already.  We return the first global variable we
471 /// insert so that the caller can reprocess it.
472 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &DL) {
473   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
474   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
475     return nullptr;
476
477   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
478   Constant *Init = GV->getInitializer();
479   Type *Ty = Init->getType();
480
481   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
482   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
483
484   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
485   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
486   if (StartAlignment == 0)
487     StartAlignment = DL.getABITypeAlignment(GV->getType());
488
489   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
490     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
491     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(STy);
492     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
493       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
494       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
495       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
496                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
497                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
498                                                GV->getThreadLocalMode(),
499                                               GV->getType()->getAddressSpace());
500       Globals.insert(GV, NGV);
501       NewGlobals.push_back(NGV);
502
503       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
504       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
505       // propagate info to each field.
506       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
507       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
508       if (NewAlign > DL.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
509         NGV->setAlignment(NewAlign);
510     }
511   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
512     unsigned NumElements = 0;
513     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
514       NumElements = ATy->getNumElements();
515     else
516       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
517
518     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
519       return nullptr; // It's not worth it.
520     NewGlobals.reserve(NumElements);
521
522     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
523     unsigned EltAlign = DL.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
524     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
525       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
526       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
527
528       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
529                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
530                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
531                                                GV->getThreadLocalMode(),
532                                               GV->getType()->getAddressSpace());
533       Globals.insert(GV, NGV);
534       NewGlobals.push_back(NGV);
535
536       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
537       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
538       // propagate info to each field.
539       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
540       if (NewAlign > EltAlign)
541         NGV->setAlignment(NewAlign);
542     }
543   }
544
545   if (NewGlobals.empty())
546     return nullptr;
547
548   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV);
549
550   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
551
552   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
553   // with smaller constantexpr geps or direct references.
554   while (!GV->use_empty()) {
555     User *GEP = GV->user_back();
556     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
557              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
558             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
559
560     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
561     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
562     // index.
563     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
564     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
565
566     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
567     Type *NewTy = NewGlobals[Val]->getValueType();
568
569     // Form a shorter GEP if needed.
570     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
571       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
572         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
573         Idxs.push_back(NullInt);
574         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
575           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
576         NewPtr =
577             ConstantExpr::getGetElementPtr(NewTy, cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
578       } else {
579         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
580         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
581         Idxs.push_back(NullInt);
582         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
583           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
584         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(
585             NewTy, NewPtr, Idxs, GEPI->getName() + "." + Twine(Val), GEPI);
586       }
587     }
588     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
589
590     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
591       GEPI->eraseFromParent();
592     else
593       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
594   }
595
596   // Delete the old global, now that it is dead.
597   Globals.erase(GV);
598   ++NumSRA;
599
600   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
601   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
602   // has elements that are dead.
603   unsigned FirstGlobal = 0;
604   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
605     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
606       Globals.erase(NewGlobals[i]);
607       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
608     }
609
610   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : nullptr;
611 }
612
613 /// AllUsesOfValueWillTrapIfNull - Return true if all users of the specified
614 /// value will trap if the value is dynamically null.  PHIs keeps track of any
615 /// phi nodes we've seen to avoid reprocessing them.
616 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
617                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
618   for (const User *U : V->users())
619     if (isa<LoadInst>(U)) {
620       // Will trap.
621     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
622       if (SI->getOperand(0) == V) {
623         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
624         return false;  // Storing the value.
625       }
626     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
627       if (CI->getCalledValue() != V) {
628         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
629         return false;  // Not calling the ptr
630       }
631     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
632       if (II->getCalledValue() != V) {
633         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
634         return false;  // Not calling the ptr
635       }
636     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
637       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
638     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
639       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
640     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
641       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
642       // checked.
643       if (PHIs.insert(PN).second && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
644         return false;
645     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
646                isa<ConstantPointerNull>(U->getOperand(1))) {
647       // Ignore icmp X, null
648     } else {
649       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
650       return false;
651     }
652
653   return true;
654 }
655
656 /// AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull - Return true if all uses of any loads
657 /// from GV will trap if the loaded value is null.  Note that this also permits
658 /// comparisons of the loaded value against null, as a special case.
659 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
660   for (const User *U : GV->users())
661     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
662       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
663       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
664         return false;
665     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
666       // Ignore stores to the global.
667     } else {
668       // We don't know or understand this user, bail out.
669       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
670       return false;
671     }
672   return true;
673 }
674
675 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
676   bool Changed = false;
677   for (auto UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; ) {
678     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
679     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
680       LI->setOperand(0, NewV);
681       Changed = true;
682     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
683       if (SI->getOperand(1) == V) {
684         SI->setOperand(1, NewV);
685         Changed = true;
686       }
687     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
688       CallSite CS(I);
689       if (CS.getCalledValue() == V) {
690         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
691         // that the pointer is not also being passed as an argument.
692         CS.setCalledFunction(NewV);
693         Changed = true;
694         bool PassedAsArg = false;
695         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
696           if (CS.getArgument(i) == V) {
697             PassedAsArg = true;
698             CS.setArgument(i, NewV);
699           }
700
701         if (PassedAsArg) {
702           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
703           UI = V->user_begin();
704         }
705       }
706     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
707       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
708                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
709                                                       NewV, CI->getType()));
710       if (CI->use_empty()) {
711         Changed = true;
712         CI->eraseFromParent();
713       }
714     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
715       // Should handle GEP here.
716       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
717       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
718       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
719            i != e; ++i)
720         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
721           Idxs.push_back(C);
722         else
723           break;
724       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
725         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(
726             GEPI, ConstantExpr::getGetElementPtr(nullptr, NewV, Idxs));
727       if (GEPI->use_empty()) {
728         Changed = true;
729         GEPI->eraseFromParent();
730       }
731     }
732   }
733
734   return Changed;
735 }
736
737
738 /// OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads - The specified global has only one non-null
739 /// value stored into it.  If there are uses of the loaded value that would trap
740 /// if the loaded value is dynamically null, then we know that they cannot be
741 /// reachable with a null optimize away the load.
742 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
743                                             const DataLayout &DL,
744                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
745   bool Changed = false;
746
747   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
748   // other than the store that defines it.
749   bool AllNonStoreUsesGone = true;
750
751   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
752   for (Value::user_iterator GUI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); GUI != E;){
753     User *GlobalUser = *GUI++;
754     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
755       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
756       // If we were able to delete all uses of the loads
757       if (LI->use_empty()) {
758         LI->eraseFromParent();
759         Changed = true;
760       } else {
761         AllNonStoreUsesGone = false;
762       }
763     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
764       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
765       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
766              "Must be storing *to* the global");
767     } else {
768       AllNonStoreUsesGone = false;
769
770       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
771       // loaded.
772       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
773               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
774               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
775               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
776              "Only expect load and stores!");
777     }
778   }
779
780   if (Changed) {
781     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV);
782     ++NumGlobUses;
783   }
784
785   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
786   // nor is the global.
787   if (AllNonStoreUsesGone) {
788     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
789       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
790     } else {
791       Changed = true;
792       CleanupConstantGlobalUsers(GV, nullptr, DL, TLI);
793     }
794     if (GV->use_empty()) {
795       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
796       Changed = true;
797       GV->eraseFromParent();
798       ++NumDeleted;
799     }
800   }
801   return Changed;
802 }
803
804 /// ConstantPropUsersOf - Walk the use list of V, constant folding all of the
805 /// instructions that are foldable.
806 static void ConstantPropUsersOf(Value *V, const DataLayout &DL,
807                                 TargetLibraryInfo *TLI) {
808   for (Value::user_iterator UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; )
809     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
810       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
811         I->replaceAllUsesWith(NewC);
812
813         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
814         // Instructions could multiply use V.
815         while (UI != E && *UI == I)
816           ++UI;
817         I->eraseFromParent();
818       }
819 }
820
821 /// OptimizeGlobalAddressOfMalloc - This function takes the specified global
822 /// variable, and transforms the program as if it always contained the result of
823 /// the specified malloc.  Because it is always the result of the specified
824 /// malloc, there is no reason to actually DO the malloc.  Instead, turn the
825 /// malloc into a global, and any loads of GV as uses of the new global.
826 static GlobalVariable *
827 OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV, CallInst *CI, Type *AllocTy,
828                               ConstantInt *NElements, const DataLayout &DL,
829                               TargetLibraryInfo *TLI) {
830   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
831
832   Type *GlobalType;
833   if (NElements->getZExtValue() == 1)
834     GlobalType = AllocTy;
835   else
836     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
837     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
838
839   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
840   // undefined, so initialize with an undef value.
841   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
842                                              GlobalType, false,
843                                              GlobalValue::InternalLinkage,
844                                              UndefValue::get(GlobalType),
845                                              GV->getName()+".body",
846                                              GV,
847                                              GV->getThreadLocalMode());
848
849   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
850   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
851   // other users to use the global as well.
852   BitCastInst *TheBC = nullptr;
853   while (!CI->use_empty()) {
854     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->user_back());
855     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
856       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
857         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
858         BCI->eraseFromParent();
859       } else {
860         BCI->setOperand(0, NewGV);
861       }
862     } else {
863       if (!TheBC)
864         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
865       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
866     }
867   }
868
869   Constant *RepValue = NewGV;
870   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
871     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
872                                         GV->getType()->getElementType());
873
874   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
875   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
876   GlobalVariable *InitBool =
877     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
878                        GlobalValue::InternalLinkage,
879                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
880                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
881   bool InitBoolUsed = false;
882
883   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
884   while (!GV->use_empty()) {
885     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->user_back())) {
886       // The global is initialized when the store to it occurs.
887       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
888                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
889       SI->eraseFromParent();
890       continue;
891     }
892
893     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->user_back());
894     while (!LI->use_empty()) {
895       Use &LoadUse = *LI->use_begin();
896       ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
897       if (!ICI) {
898         LoadUse = RepValue;
899         continue;
900       }
901
902       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
903       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
904       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
905                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
906                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
907       InitBoolUsed = true;
908       switch (ICI->getPredicate()) {
909       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
910       case ICmpInst::ICMP_ULT:
911       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
912         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
913         break;
914       case ICmpInst::ICMP_ULE:
915       case ICmpInst::ICMP_SLE:
916       case ICmpInst::ICMP_EQ:
917         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
918         break;
919       case ICmpInst::ICMP_NE:
920       case ICmpInst::ICMP_UGE:
921       case ICmpInst::ICMP_SGE:
922       case ICmpInst::ICMP_UGT:
923       case ICmpInst::ICMP_SGT:
924         break;  // no change.
925       }
926       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
927       ICI->eraseFromParent();
928     }
929     LI->eraseFromParent();
930   }
931
932   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
933   if (!InitBoolUsed) {
934     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
935       cast<StoreInst>(InitBool->user_back())->eraseFromParent();
936     delete InitBool;
937   } else
938     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, InitBool);
939
940   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
941   GV->eraseFromParent();
942   CI->eraseFromParent();
943
944   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
945   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
946   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
947   ConstantPropUsersOf(NewGV, DL, TLI);
948   if (RepValue != NewGV)
949     ConstantPropUsersOf(RepValue, DL, TLI);
950
951   return NewGV;
952 }
953
954 /// ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal - Scan the use-list of V checking
955 /// to make sure that there are no complex uses of V.  We permit simple things
956 /// like dereferencing the pointer, but not storing through the address, unless
957 /// it is to the specified global.
958 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
959                                                       const GlobalVariable *GV,
960                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
961   for (const User *U : V->users()) {
962     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(U);
963
964     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
965       continue; // Fine, ignore.
966     }
967
968     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
969       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
970         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
971       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
972     }
973
974     // Must index into the array and into the struct.
975     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
976       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
977         return false;
978       continue;
979     }
980
981     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
982       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
983       // cycles.
984       if (PHIs.insert(PN).second)
985         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
986           return false;
987       continue;
988     }
989
990     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
991       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
992         return false;
993       continue;
994     }
995
996     return false;
997   }
998   return true;
999 }
1000
1001 /// ReplaceUsesOfMallocWithGlobal - The Alloc pointer is stored into GV
1002 /// somewhere.  Transform all uses of the allocation into loads from the
1003 /// global and uses of the resultant pointer.  Further, delete the store into
1004 /// GV.  This assumes that these value pass the
1005 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1006 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1007                                           GlobalVariable *GV) {
1008   while (!Alloc->use_empty()) {
1009     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->user_begin());
1010     Instruction *InsertPt = U;
1011     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1012       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1013       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1014         SI->eraseFromParent();
1015         continue;
1016       }
1017     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1018       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1019       // PHI.
1020       InsertPt = PN->getIncomingBlock(*Alloc->use_begin())->getTerminator();
1021     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1022       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1023       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1024       U->eraseFromParent();
1025       continue;
1026     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1027       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1028       // just process it as a bitcast.
1029       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1030         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->user_back()))
1031           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1032             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1033             // the global.
1034             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1035             GEPI->eraseFromParent();
1036             continue;
1037           }
1038     }
1039
1040     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1041     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1042     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1043   }
1044 }
1045
1046 /// LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - Verify that all uses of V (a load, or a phi
1047 /// of a load) are simple enough to perform heap SRA on.  This permits GEP's
1048 /// that index through the array and struct field, icmps of null, and PHIs.
1049 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1050                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIs,
1051                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1052   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1053   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1054   for (const User *U : V->users()) {
1055     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1056
1057     // Comparison against null is ok.
1058     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UI)) {
1059       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1060         return false;
1061       continue;
1062     }
1063
1064     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1065     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
1066       // Must index into the array and into the struct.
1067       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1068         return false;
1069
1070       // Otherwise the GEP is ok.
1071       continue;
1072     }
1073
1074     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
1075       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN).second)
1076         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1077         // Avoid infinite looping!
1078         return false;
1079       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN).second)
1080         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1081         continue;
1082
1083       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1084       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1085                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1086         return false;
1087
1088       continue;
1089     }
1090
1091     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1092     return false;
1093   }
1094
1095   return true;
1096 }
1097
1098
1099 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA - If all users of values loaded from
1100 /// GV are simple enough to perform HeapSRA, return true.
1101 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1102                                                     Instruction *StoredVal) {
1103   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1104   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1105   for (const User *U : GV->users())
1106     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1107       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1108                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1109         return false;
1110       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1111     }
1112
1113   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1114   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1115   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1116   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1117   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1118   for (const PHINode *PN : LoadUsingPHIs) {
1119     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1120       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1121
1122       // PHI of the stored value itself is ok.
1123       if (InVal == StoredVal) continue;
1124
1125       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1126         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1127         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1128           continue;
1129         return false;
1130       }
1131
1132       // Load from GV is ok.
1133       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1134         if (LI->getOperand(0) == GV)
1135           continue;
1136
1137       // UNDEF? NULL?
1138
1139       // Anything else is rejected.
1140       return false;
1141     }
1142   }
1143
1144   return true;
1145 }
1146
1147 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1148                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1149                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1150   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1151
1152   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1153     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1154
1155   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1156   // version.
1157   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1158     return FieldVal;
1159
1160   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1161   Value *Result;
1162   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1163     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1164     // a new Load of the scalarized global.
1165     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1166                                            InsertedScalarizedValues,
1167                                            PHIsToRewrite),
1168                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1169   } else {
1170     PHINode *PN = cast<PHINode>(V);
1171     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1172     // field.
1173
1174     PointerType *PTy = cast<PointerType>(PN->getType());
1175     StructType *ST = cast<StructType>(PTy->getElementType());
1176
1177     unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
1178     PHINode *NewPN =
1179       PHINode::Create(PointerType::get(ST->getElementType(FieldNo), AS),
1180                      PN->getNumIncomingValues(),
1181                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1182     Result = NewPN;
1183     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1184   }
1185
1186   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1187 }
1188
1189 /// RewriteHeapSROALoadUser - Given a load instruction and a value derived from
1190 /// the load, rewrite the derived value to use the HeapSRoA'd load.
1191 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1192              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1193                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1194   // If this is a comparison against null, handle it.
1195   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1196     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1197     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1198     // field.
1199     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1200                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1201
1202     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1203                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1204                               SCI->getName());
1205     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1206     SCI->eraseFromParent();
1207     return;
1208   }
1209
1210   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1211   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1212     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1213            && "Unexpected GEPI!");
1214
1215     // Load the pointer for this field.
1216     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1217     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1218                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1219
1220     // Create the new GEP idx vector.
1221     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1222     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1223     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1224
1225     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getResultElementType(), NewPtr, GEPIdx,
1226                                              GEPI->getName(), GEPI);
1227     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1228     GEPI->eraseFromParent();
1229     return;
1230   }
1231
1232   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1233   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1234   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1235   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1236   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1237   // processed.
1238   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1239   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1240                                               std::vector<Value*>())).second)
1241     return;
1242
1243   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1244   // users.
1245   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1246     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1247     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1248   }
1249 }
1250
1251 /// RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA - We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr
1252 /// is a value loaded from the global.  Eliminate all uses of Ptr, making them
1253 /// use FieldGlobals instead.  All uses of loaded values satisfy
1254 /// AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1255 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1256                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1257                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1258   for (auto UI = Load->user_begin(), E = Load->user_end(); UI != E;) {
1259     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1260     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1261   }
1262
1263   if (Load->use_empty()) {
1264     Load->eraseFromParent();
1265     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1266   }
1267 }
1268
1269 /// PerformHeapAllocSRoA - CI is an allocation of an array of structures.  Break
1270 /// it up into multiple allocations of arrays of the fields.
1271 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1272                                             Value *NElems, const DataLayout &DL,
1273                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1274   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1275   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1276   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1277
1278   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1279   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1280   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1281   // into GV.
1282   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1283
1284   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1285   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1286   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1287   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1288
1289   unsigned AS = GV->getType()->getPointerAddressSpace();
1290   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1291     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1292     PointerType *PFieldTy = PointerType::get(FieldTy, AS);
1293
1294     GlobalVariable *NGV =
1295       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1296                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1297                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1298                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1299                          GV->getThreadLocalMode());
1300     FieldGlobals.push_back(NGV);
1301
1302     unsigned TypeSize = DL.getTypeAllocSize(FieldTy);
1303     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1304       TypeSize = DL.getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1305     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1306     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1307                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1308                                         NElems, nullptr,
1309                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1310     FieldMallocs.push_back(NMI);
1311     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1312   }
1313
1314   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1315   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1316   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1317   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1318   //    F0 = malloc(field0)
1319   //    F1 = malloc(field1)
1320   //    F2 = malloc(field2)
1321   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1322   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1323   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1324   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1325   //    }
1326   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1327   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1328   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1329                                   ConstantZero, "isneg");
1330   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1331     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1332                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1333                                "isnull");
1334     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1335   }
1336
1337   // Split the basic block at the old malloc.
1338   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1339   BasicBlock *ContBB = OrigBB->splitBasicBlock(CI, "malloc_cont");
1340
1341   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1342   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1343   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1344                                                 "malloc_ret_null",
1345                                                 OrigBB->getParent());
1346
1347   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1348   // branch on RunningOr.
1349   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1350   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1351
1352   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1353   // pointer, because some may be null while others are not.
1354   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1355     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1356     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1357                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1358     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1359                                                OrigBB->getParent());
1360     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1361                                                OrigBB->getParent());
1362     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1363                                          Cmp, NullPtrBlock);
1364
1365     // Fill in FreeBlock.
1366     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1367     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1368                   FreeBlock);
1369     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1370
1371     NullPtrBlock = NextBlock;
1372   }
1373
1374   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1375
1376   // CI is no longer needed, remove it.
1377   CI->eraseFromParent();
1378
1379   /// InsertedScalarizedLoads - As we process loads, if we can't immediately
1380   /// update all uses of the load, keep track of what scalarized loads are
1381   /// inserted for a given load.
1382   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1383   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1384
1385   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1386
1387   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1388   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1389   // of the per-field globals instead.
1390   for (auto UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); UI != E;) {
1391     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1392
1393     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1394       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1395       continue;
1396     }
1397
1398     // Must be a store of null.
1399     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1400     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1401            "Unexpected heap-sra user!");
1402
1403     // Insert a store of null into each global.
1404     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1405       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1406       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1407       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1408     }
1409     // Erase the original store.
1410     SI->eraseFromParent();
1411   }
1412
1413   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1414   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1415     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1416     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1417     PHIsToRewrite.pop_back();
1418     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1419     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1420
1421     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1422     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1423       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1424       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1425                                PHIsToRewrite);
1426       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1427     }
1428   }
1429
1430   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1431   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1432        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1433        I != E; ++I) {
1434     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1435       PN->dropAllReferences();
1436     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1437       LI->dropAllReferences();
1438   }
1439
1440   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1441   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1442        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1443        I != E; ++I) {
1444     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1445       PN->eraseFromParent();
1446     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1447       LI->eraseFromParent();
1448   }
1449
1450   // The old global is now dead, remove it.
1451   GV->eraseFromParent();
1452
1453   ++NumHeapSRA;
1454   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1455 }
1456
1457 /// TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal - This function is called when we see a
1458 /// pointer global variable with a single value stored it that is a malloc or
1459 /// cast of malloc.
1460 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1461                                                Type *AllocTy,
1462                                                AtomicOrdering Ordering,
1463                                                Module::global_iterator &GVI,
1464                                                const DataLayout &DL,
1465                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1466   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1467   if (!AllocTy->isSized())
1468     return false;
1469
1470   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1471   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1472   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1473   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1474   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1475   // happen after the malloc.
1476   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1477     return false;
1478
1479   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1480   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1481   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1482   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1483   // for.
1484   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1485   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1486     return false;
1487
1488   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1489   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1490   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1491   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1492   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1493   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true);
1494   if (!NElems)
1495     return false;
1496
1497   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1498     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1499     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1500     // something.
1501     if (NElements->getZExtValue() * DL.getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1502       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, DL, TLI);
1503       return true;
1504     }
1505
1506   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1507   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1508   // SRoA for malloc'd memory.
1509
1510   if (Ordering != NotAtomic)
1511     return false;
1512
1513   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1514   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1515   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1516     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1517       AllocTy = AT->getElementType();
1518
1519   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1520   if (!AllocSTy)
1521     return false;
1522
1523   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1524   // alone.
1525   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1526       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1527
1528     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1529     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1530     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1531       Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1532       unsigned TypeSize = DL.getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1533       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1534       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1535       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1536                                                    AllocSize, NumElements,
1537                                                    nullptr, CI->getName());
1538       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1539       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1540       CI->eraseFromParent();
1541       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1542         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1543       else
1544         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1545     }
1546
1547     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true),
1548                                DL, TLI);
1549     return true;
1550   }
1551
1552   return false;
1553 }
1554
1555 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1556 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1557 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1558                                      AtomicOrdering Ordering,
1559                                      Module::global_iterator &GVI,
1560                                      const DataLayout &DL,
1561                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1562   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1563   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1564
1565   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1566   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1567   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1568   // value was null.
1569   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1570       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1571     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1572       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1573         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1574
1575       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1576       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, DL, TLI))
1577         return true;
1578     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1579       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1580       if (MallocType &&
1581           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1582                                              DL, TLI))
1583         return true;
1584     }
1585   }
1586
1587   return false;
1588 }
1589
1590 /// TryToShrinkGlobalToBoolean - At this point, we have learned that the only
1591 /// two values ever stored into GV are its initializer and OtherVal.  See if we
1592 /// can shrink the global into a boolean and select between the two values
1593 /// whenever it is used.  This exposes the values to other scalar optimizations.
1594 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1595   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1596
1597   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1598   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1599   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1600   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1601   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1602   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1603       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1604       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1605     return false;
1606
1607   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1608   // If there is anything else, bail out.
1609   for (User *U : GV->users())
1610     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1611       return false;
1612
1613   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV);
1614
1615   // Create the new global, initializing it to false.
1616   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1617                                              false,
1618                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1619                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1620                                              GV->getName()+".b",
1621                                              GV->getThreadLocalMode(),
1622                                              GV->getType()->getAddressSpace());
1623   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV, NewGV);
1624
1625   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1626   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1627          "No reason to shrink to bool!");
1628
1629   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1630   // instead of a select to synthesize the desired value.
1631   bool IsOneZero = false;
1632   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1633     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1634
1635   while (!GV->use_empty()) {
1636     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->user_back());
1637     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1638       // Change the store into a boolean store.
1639       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1640       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1641       Value *StoreVal;
1642       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal) {
1643         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1644                                     StoringOther);
1645       } else {
1646         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1647         // change the copy from copying the original value to just copying the
1648         // bool.
1649         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1650
1651         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1652         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1653         // global.
1654         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1655           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1656           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1657           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1658                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1659         } else {
1660           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1661                  "This is not a form that we understand!");
1662           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1663           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1664         }
1665       }
1666       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1667                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1668     } else {
1669       // Change the load into a load of bool then a select.
1670       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1671       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1672                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1673       Value *NSI;
1674       if (IsOneZero)
1675         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1676       else
1677         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1678       NSI->takeName(LI);
1679       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1680     }
1681     UI->eraseFromParent();
1682   }
1683
1684   // Retain the name of the old global variable. People who are debugging their
1685   // programs may expect these variables to be named the same.
1686   NewGV->takeName(GV);
1687   GV->eraseFromParent();
1688   return true;
1689 }
1690
1691
1692 /// ProcessGlobal - Analyze the specified global variable and optimize it if
1693 /// possible.  If we make a change, return true.
1694 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1695                               Module::global_iterator &GVI) {
1696   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1697   GV->removeDeadConstantUsers();
1698
1699   if (GV->use_empty()) {
1700     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV);
1701     GV->eraseFromParent();
1702     ++NumDeleted;
1703     return true;
1704   }
1705
1706   if (!GV->hasLocalLinkage())
1707     return false;
1708
1709   GlobalStatus GS;
1710
1711   if (GlobalStatus::analyzeGlobal(GV, GS))
1712     return false;
1713
1714   if (!GS.IsCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1715     GV->setUnnamedAddr(true);
1716     NumUnnamed++;
1717   }
1718
1719   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1720     return false;
1721
1722   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, GS);
1723 }
1724
1725 /// ProcessInternalGlobal - Analyze the specified global variable and optimize
1726 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1727 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1728                                       Module::global_iterator &GVI,
1729                                       const GlobalStatus &GS) {
1730   auto &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1731   // If this is a first class global and has only one accessing function
1732   // and this function is main (which we know is not recursive), we replace
1733   // the global with a local alloca in this function.
1734   //
1735   // NOTE: It doesn't make sense to promote non-single-value types since we
1736   // are just replacing static memory to stack memory.
1737   //
1738   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1739   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1740       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1741       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1742       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1743       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1744       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1745     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1746     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1747                                                    ->getEntryBlock().begin());
1748     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1749     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1750     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, nullptr,
1751                                         GV->getName(), &FirstI);
1752     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1753       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1754
1755     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1756     GV->eraseFromParent();
1757     ++NumLocalized;
1758     return true;
1759   }
1760
1761   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1762   // Delete it now.
1763   if (!GS.IsLoaded) {
1764     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1765
1766     bool Changed;
1767     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1768       // Delete any constant stores to the global.
1769       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1770     } else {
1771       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1772       // make it completely dead though.
1773       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1774     }
1775
1776     // If the global is dead now, delete it.
1777     if (GV->use_empty()) {
1778       GV->eraseFromParent();
1779       ++NumDeleted;
1780       Changed = true;
1781     }
1782     return Changed;
1783
1784   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::InitializerStored) {
1785     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV << "\n");
1786     GV->setConstant(true);
1787
1788     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1789     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1790
1791     // If the global is dead now, just nuke it.
1792     if (GV->use_empty()) {
1793       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1794             << "all users and delete global!\n");
1795       GV->eraseFromParent();
1796       ++NumDeleted;
1797     }
1798
1799     ++NumMarked;
1800     return true;
1801   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1802     const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1803     if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, DL)) {
1804       GVI = FirstNewGV; // Don't skip the newly produced globals!
1805       return true;
1806     }
1807   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::StoredOnce) {
1808     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1809     // one other value was stored into it, we can just change the
1810     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1811     // global.  This allows us to mark it constant.
1812     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1813       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1814         // Change the initial value here.
1815         GV->setInitializer(SOVConstant);
1816
1817         // Clean up any obviously simplifiable users now.
1818         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1819
1820         if (GV->use_empty()) {
1821           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
1822                        << "simplify all users and delete global!\n");
1823           GV->eraseFromParent();
1824           ++NumDeleted;
1825         } else {
1826           GVI = GV;
1827         }
1828         ++NumSubstitute;
1829         return true;
1830       }
1831
1832     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
1833     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
1834     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
1835                                  DL, TLI))
1836       return true;
1837
1838     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
1839     // boolean.
1840     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue)) {
1841       if (GS.Ordering == NotAtomic) {
1842         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
1843           ++NumShrunkToBool;
1844           return true;
1845         }
1846       }
1847     }
1848   }
1849
1850   return false;
1851 }
1852
1853 /// ChangeCalleesToFastCall - Walk all of the direct calls of the specified
1854 /// function, changing them to FastCC.
1855 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
1856   for (User *U : F->users()) {
1857     if (isa<BlockAddress>(U))
1858       continue;
1859     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
1860     CS.setCallingConv(CallingConv::Fast);
1861   }
1862 }
1863
1864 static AttributeSet StripNest(LLVMContext &C, const AttributeSet &Attrs) {
1865   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
1866     unsigned Index = Attrs.getSlotIndex(i);
1867     if (!Attrs.getSlotAttributes(i).hasAttribute(Index, Attribute::Nest))
1868       continue;
1869
1870     // There can be only one.
1871     return Attrs.removeAttribute(C, Index, Attribute::Nest);
1872   }
1873
1874   return Attrs;
1875 }
1876
1877 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
1878   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
1879   for (User *U : F->users()) {
1880     if (isa<BlockAddress>(U))
1881       continue;
1882     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
1883     CS.setAttributes(StripNest(F->getContext(), CS.getAttributes()));
1884   }
1885 }
1886
1887 /// Return true if this is a calling convention that we'd like to change.  The
1888 /// idea here is that we don't want to mess with the convention if the user
1889 /// explicitly requested something with performance implications like coldcc,
1890 /// GHC, or anyregcc.
1891 static bool isProfitableToMakeFastCC(Function *F) {
1892   CallingConv::ID CC = F->getCallingConv();
1893   // FIXME: Is it worth transforming x86_stdcallcc and x86_fastcallcc?
1894   return CC == CallingConv::C || CC == CallingConv::X86_ThisCall;
1895 }
1896
1897 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
1898   bool Changed = false;
1899   // Optimize functions.
1900   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
1901     Function *F = FI++;
1902     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
1903     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration() && !F->hasLocalLinkage())
1904       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1905
1906     const Comdat *C = F->getComdat();
1907     bool inComdat = C && NotDiscardableComdats.count(C);
1908     F->removeDeadConstantUsers();
1909     if ((!inComdat || F->hasLocalLinkage()) && F->isDefTriviallyDead()) {
1910       F->eraseFromParent();
1911       Changed = true;
1912       ++NumFnDeleted;
1913     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
1914       if (isProfitableToMakeFastCC(F) && !F->isVarArg() &&
1915           !F->hasAddressTaken()) {
1916         // If this function has a calling convention worth changing, is not a
1917         // varargs function, and is only called directly, promote it to use the
1918         // Fast calling convention.
1919         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
1920         ChangeCalleesToFastCall(F);
1921         ++NumFastCallFns;
1922         Changed = true;
1923       }
1924
1925       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
1926           !F->hasAddressTaken()) {
1927         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
1928         // to remove the 'nest' attribute.
1929         RemoveNestAttribute(F);
1930         ++NumNestRemoved;
1931         Changed = true;
1932       }
1933     }
1934   }
1935   return Changed;
1936 }
1937
1938 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
1939   bool Changed = false;
1940
1941   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
1942        GVI != E; ) {
1943     GlobalVariable *GV = GVI++;
1944     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
1945     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration() && !GV->hasLocalLinkage())
1946       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1947     // Simplify the initializer.
1948     if (GV->hasInitializer())
1949       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
1950         auto &DL = M.getDataLayout();
1951         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
1952         if (New && New != CE)
1953           GV->setInitializer(New);
1954       }
1955
1956     if (GV->isDiscardableIfUnused()) {
1957       if (const Comdat *C = GV->getComdat())
1958         if (NotDiscardableComdats.count(C) && !GV->hasLocalLinkage())
1959           continue;
1960       Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
1961     }
1962   }
1963   return Changed;
1964 }
1965
1966 namespace {
1967
1968 /// Sorts GEP expressions in ascending order by their indexes.
1969 struct GEPComparator {
1970   bool operator()(GEPOperator *A, GEPOperator *B) const {
1971     int NumOpA = A->getNumOperands();
1972     int NumOpB = B->getNumOperands();
1973
1974     // Globals are always pointers, the first index should be 0.
1975     assert(cast<ConstantInt>(A->getOperand(1))->isZero() &&
1976            "GEP A steps over object");
1977     assert(cast<ConstantInt>(B->getOperand(1))->isZero() &&
1978            "GEP B steps over object");
1979
1980     for (int i = 2; i < NumOpA && i < NumOpB; i++) {
1981       ConstantInt *IndexA = cast<ConstantInt>(A->getOperand(i));
1982       ConstantInt *IndexB = cast<ConstantInt>(B->getOperand(i));
1983
1984       if (IndexA->getZExtValue() < IndexB->getZExtValue()) {
1985         return true;
1986       }
1987     }
1988
1989     return NumOpA < NumOpB;
1990   }
1991 };
1992
1993 typedef std::map<GEPOperator *, Constant *, GEPComparator> StoreMap;
1994
1995 /// MutatedGlobal - Holds mutations for a global. If a store overwrites the
1996 /// the entire global, Initializer is updated with the new value. If a store
1997 /// writes to a GEP of a global, the store is instead added to the Pending
1998 /// map to be merged later during MergePendingStores.
1999 struct MutatedGlobal {
2000   GlobalVariable *GV;
2001   Constant *Initializer;
2002   StoreMap Pending;
2003
2004 public:
2005   MutatedGlobal(GlobalVariable *GV) : GV(GV), Initializer(nullptr) {}
2006 };
2007
2008 /// MutatedGlobals - This class tracks and commits stores to globals as basic
2009 /// blocks are evaluated.
2010 class MutatedGlobals {
2011   DenseMap<GlobalVariable *, MutatedGlobal> Globals;
2012   typedef DenseMap<GlobalVariable *, MutatedGlobal>::const_iterator
2013       const_iterator;
2014
2015   GlobalVariable *GetGlobalForPointer(Constant *Ptr) {
2016     if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2017       return GV;
2018     }
2019
2020     if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2021       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
2022         return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2023       }
2024     }
2025
2026     return nullptr;
2027   }
2028
2029   Constant *MergePendingStores(Constant *Init, StoreMap &Pending,
2030                                uint64_t CurrentIdx, unsigned OpNum);
2031
2032 public:
2033   const_iterator begin() const { return Globals.begin(); }
2034   const_iterator end() const { return Globals.end(); }
2035   size_t size() const { return Globals.size(); }
2036
2037   void AddStore(Constant *Ptr, Constant *Value);
2038   Constant *LookupStore(Constant *Ptr);
2039
2040   void Commit(MutatedGlobal &MG);
2041 };
2042 }
2043
2044 /// AddStore - Add store for the global variable referenced by Ptr.
2045 /// Currently, it's assumed that the incoming pointer is either the global
2046 /// variable itself, or a GEP expression referencing the global.
2047 void MutatedGlobals::AddStore(Constant *Ptr, Constant *Value) {
2048   GlobalVariable *GV = GetGlobalForPointer(Ptr);
2049   assert(GV && "Failed to resolve global for pointer");
2050
2051   auto I = Globals.find(GV);
2052   if (I == Globals.end()) {
2053     auto R = Globals.insert(std::make_pair(GV, MutatedGlobal(GV)));
2054     assert(R.second && "Global value already in the map?");
2055     I = R.first;
2056   }
2057
2058   MutatedGlobal &MG = I->second;
2059
2060   if (Ptr == GV) {
2061     MG.Initializer = Value;
2062     // Pending stores are no longer valid.
2063     MG.Pending.clear();
2064   } else if (GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2065     MG.Pending[GEPOp] = Value;
2066   } else {
2067     llvm_unreachable("Unexpected address type");
2068   }
2069 }
2070
2071 Constant *MutatedGlobals::LookupStore(Constant *Ptr) {
2072   GlobalVariable *GV = GetGlobalForPointer(Ptr);
2073   if (!GV) {
2074     return nullptr;
2075   }
2076
2077   auto I = Globals.find(GV);
2078   if (I == Globals.end()) {
2079     return nullptr;
2080   }
2081
2082   MutatedGlobal &MG = I->second;
2083
2084   if (Ptr == MG.GV) {
2085     if (MG.Initializer) {
2086       // If there are any pending stores, Initializer isn't valid, it would
2087       // need them merged in first. This situation currently doesn't occur
2088       // due to isSimpleEnoughPointerToCommit / isSimpleEnoughValueToCommit
2089       // not letting stores for aggregate types pass through. If this needs
2090       // to be supported, calling Commit() at this point should do the trick.
2091       assert(MG.Pending.empty() &&
2092              "Can't use pending initializer without merging pending stores.");
2093       return MG.Initializer;
2094     }
2095   } else if (GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr)) {
2096     auto SI = MG.Pending.find(GEPOp);
2097     if (SI != MG.Pending.end()) {
2098       return SI->second;
2099     }
2100   }
2101
2102   return nullptr;
2103 }
2104
2105 /// MergePendingStores - Recursively merge stores to a global variable into its
2106 /// initializer. Merging any number of stores into the initializer requires
2107 /// cloning the entire initializer, so stores are batched up during evaluation
2108 /// and processed all at once.
2109 Constant *MutatedGlobals::MergePendingStores(Constant *Init, StoreMap &Pending,
2110                                              uint64_t CurrentIdx,
2111                                              unsigned OpNum) {
2112   if (Pending.empty()) {
2113     // Nothing left to merge.
2114     return Init;
2115   }
2116
2117   // If the GEP expression has been traversed completely, terminate.
2118   auto It = Pending.begin();
2119   GEPOperator *GEP = It->first;
2120
2121   if (OpNum >= GEP->getNumOperands()) {
2122     Constant *Val = It->second;
2123     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2124
2125     // Move on to the next expression.
2126     Pending.erase(It++);
2127
2128     return Val;
2129   }
2130
2131   // Clone the existing initializer so it can be merged into.
2132   Type *InitTy = Init->getType();
2133   ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy);
2134   StructType *STy = dyn_cast<StructType>(InitTy);
2135   VectorType *VTy = dyn_cast<VectorType>(InitTy);
2136
2137   unsigned NumElts;
2138   if (ATy) {
2139     NumElts = ATy->getNumElements();
2140   } else if (STy) {
2141     NumElts = STy->getNumElements();
2142   } else if (VTy) {
2143     NumElts = VTy->getNumElements();
2144   } else {
2145     llvm_unreachable("Unexpected initializer type");
2146   }
2147
2148   SmallVector<Constant *, 32> Elts;
2149   for (unsigned i = 0; i < NumElts; ++i) {
2150     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2151   }
2152
2153   // Iterate over the sorted stores, merging all stores for the current GEP
2154   // index.
2155   while (!Pending.empty()) {
2156     It = Pending.begin();
2157     GEP = It->first;
2158
2159     // If the store doesn't belong to the current index, we're done.
2160     ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(OpNum - 1));
2161     uint64_t Idx = CI->getZExtValue();
2162     if (Idx != CurrentIdx) {
2163       break;
2164     }
2165
2166     // Recurse into the next index.
2167     CI = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(OpNum));
2168     Idx = CI->getZExtValue();
2169     assert(Idx < NumElts && "GEP index out of range!");
2170     Elts[Idx] = MergePendingStores(Elts[Idx], Pending, Idx, OpNum + 1);
2171   }
2172
2173   if (ATy) {
2174     return ConstantArray::get(ATy, Elts);
2175   } else if (STy) {
2176     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2177   } else if (VTy) {
2178     return ConstantVector::get(Elts);
2179   } else {
2180     llvm_unreachable("Unexpected initializer type");
2181   }
2182
2183   return nullptr;
2184 };
2185
2186 /// Commit - We have decided that stores to the global (which satisfy the
2187 /// predicate isSimpleEnoughPointerToCommit) should be committed.
2188 void MutatedGlobals::Commit(MutatedGlobal &MG) {
2189   Constant *Init = MG.Initializer ? MG.Initializer : MG.GV->getInitializer();
2190
2191   // Globals are always pointers, skip first GEP index assuming it's 0.
2192   Init = MergePendingStores(Init, MG.Pending, 0, 2);
2193
2194   // Reset pending state.
2195   MG.Initializer = nullptr;
2196   assert(MG.Pending.empty() &&
2197          "Expected pending stores to be empty after merging");
2198
2199   MG.GV->setInitializer(Init);
2200 }
2201
2202
2203 static inline bool
2204 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2205                             SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
2206                             const DataLayout &DL);
2207
2208 /// isSimpleEnoughValueToCommit - Return true if the specified constant can be
2209 /// handled by the code generator.  We don't want to generate something like:
2210 ///   void *X = &X/42;
2211 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
2212 ///
2213 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
2214 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
2215 /// time.
2216 static bool
2217 isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
2218                                   SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
2219                                   const DataLayout &DL) {
2220   // Simple global addresses are supported, do not allow dllimport or
2221   // thread-local globals.
2222   if (auto *GV = dyn_cast<GlobalValue>(C))
2223     return !GV->hasDLLImportStorageClass() && !GV->isThreadLocal();
2224
2225   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, etc are all supported.
2226   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C))
2227     return true;
2228
2229   // Aggregate values are safe if all their elements are.
2230   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
2231       isa<ConstantVector>(C)) {
2232     for (Value *Op : C->operands())
2233       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(cast<Constant>(Op), SimpleConstants, DL))
2234         return false;
2235     return true;
2236   }
2237
2238   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
2239   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
2240   // across targets.
2241   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2242   switch (CE->getOpcode()) {
2243   case Instruction::BitCast:
2244     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2245     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2246
2247   case Instruction::IntToPtr:
2248   case Instruction::PtrToInt:
2249     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2250     // pointer type.
2251     if (DL.getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2252         DL.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2253       return false;
2254     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2255
2256   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2257   case Instruction::GetElementPtr:
2258     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2259       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2260         return false;
2261     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2262
2263   case Instruction::Add:
2264     // We allow simple+cst.
2265     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2266       return false;
2267     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2268   }
2269   return false;
2270 }
2271
2272 static inline bool
2273 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2274                             SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
2275                             const DataLayout &DL) {
2276   // If we already checked this constant, we win.
2277   if (!SimpleConstants.insert(C).second)
2278     return true;
2279   // Check the constant.
2280   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, DL);
2281 }
2282
2283
2284 /// isSimpleEnoughPointerToCommit - Return true if this constant is simple
2285 /// enough for us to understand.  In particular, if it is a cast to anything
2286 /// other than from one pointer type to another pointer type, we punt.
2287 /// We basically just support direct accesses to globals and GEP's of
2288 /// globals.  This should be kept up to date with CommitValueTo.
2289 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2290   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2291   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2292   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2293     return false;
2294
2295   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2296     // Do not allow weak/*_odr/linkonce linkage or external globals.
2297     return GV->hasUniqueInitializer();
2298
2299   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2300     // Handle a constantexpr gep.
2301     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2302         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2303         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2304       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2305       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2306       // external globals.
2307       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2308         return false;
2309
2310       // The first index must be zero.
2311       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*std::next(CE->op_begin()));
2312       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2313
2314       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2315       // notional bounds of the corresponding static array types.
2316       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2317         return false;
2318
2319       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2320
2321     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2322     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2323     // operand to the value operand.
2324     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2325                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2326       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2327       // external globals.
2328       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2329     }
2330   }
2331
2332   return false;
2333 }
2334
2335 namespace {
2336
2337 /// Evaluator - This class evaluates LLVM IR, producing the Constant
2338 /// representing each SSA instruction.  Changes to global variables are stored
2339 /// in a mapping that can be iterated over after the evaluation is complete.
2340 /// Once an evaluation call fails, the evaluation object should not be reused.
2341 class Evaluator {
2342 public:
2343   Evaluator(const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
2344       : DL(DL), TLI(TLI) {
2345     ValueStack.emplace_back();
2346   }
2347
2348   ~Evaluator() {
2349     for (auto &Tmp : AllocaTmps)
2350       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2351       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2352       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2353       if (!Tmp->use_empty())
2354         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2355   }
2356
2357   /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2358   /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2359   /// arguments for the function.
2360   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2361                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2362
2363   /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2364   /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2365   /// control flows into, or null upon return.
2366   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2367
2368   Constant *getVal(Value *V) {
2369     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2370     Constant *R = ValueStack.back().lookup(V);
2371     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2372     return R;
2373   }
2374
2375   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2376     ValueStack.back()[V] = C;
2377   }
2378
2379   MutatedGlobals &getMutated() {
2380     return Mutated;
2381   }
2382
2383   const SmallPtrSetImpl<GlobalVariable*> &getInvariants() const {
2384     return Invariants;
2385   }
2386
2387 private:
2388   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2389
2390   /// ValueStack - As we compute SSA register values, we store their contents
2391   /// here. The back of the deque contains the current function and the stack
2392   /// contains the values in the calling frames.
2393   std::deque<DenseMap<Value*, Constant*>> ValueStack;
2394
2395   /// CallStack - This is used to detect recursion.  In pathological situations
2396   /// we could hit exponential behavior, but at least there is nothing
2397   /// unbounded.
2398   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2399
2400   /// Mutated - For each store we execute, we update this map.  Loads check
2401   /// this to get the most up-to-date value.  If evaluation is successful,
2402   /// this state is committed to the process.
2403   MutatedGlobals Mutated;
2404
2405   /// AllocaTmps - To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable
2406   /// to represent its body.  This vector is needed so we can delete the
2407   /// temporary globals when we are done.
2408   SmallVector<std::unique_ptr<GlobalVariable>, 32> AllocaTmps;
2409
2410   /// Invariants - These global variables have been marked invariant by the
2411   /// static constructor.
2412   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2413
2414   /// SimpleConstants - These are constants we have checked and know to be
2415   /// simple enough to live in a static initializer of a global.
2416   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2417
2418   const DataLayout &DL;
2419   const TargetLibraryInfo *TLI;
2420 };
2421
2422 }  // anonymous namespace
2423
2424 /// ComputeLoadResult - Return the value that would be computed by a load from
2425 /// P after the stores reflected by 'memory' have been performed.  If we can't
2426 /// decide, return null.
2427 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2428   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2429   // is the most up-to-date.
2430   Constant *Val = Mutated.LookupStore(P);
2431   if (Val) return Val;
2432
2433   // Access it.
2434   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2435     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2436       return GV->getInitializer();
2437     return nullptr;
2438   }
2439
2440   // Handle a constantexpr getelementptr.
2441   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2442     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2443         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2444       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2445       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2446         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2447     }
2448
2449   return nullptr;  // don't know how to evaluate.
2450 }
2451
2452 /// EvaluateBlock - Evaluate all instructions in block BB, returning true if
2453 /// successful, false if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that
2454 /// control flows into, or null upon return.
2455 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2456                               BasicBlock *&NextBB) {
2457   // This is the main evaluation loop.
2458   while (1) {
2459     Constant *InstResult = nullptr;
2460
2461     DEBUG(dbgs() << "Evaluating Instruction: " << *CurInst << "\n");
2462
2463     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2464       if (!SI->isSimple()) {
2465         DEBUG(dbgs() << "Store is not simple! Can not evaluate.\n");
2466         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2467       }
2468       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2469       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2470         DEBUG(dbgs() << "Folding constant ptr expression: " << *Ptr);
2471         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2472         DEBUG(dbgs() << "; To: " << *Ptr << "\n");
2473       }
2474       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr)) {
2475         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2476         DEBUG(dbgs() << "Pointer is too complex for us to evaluate store.");
2477         return false;
2478       }
2479
2480       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2481
2482       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2483       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2484       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, DL)) {
2485         DEBUG(dbgs() << "Store value is too complex to evaluate store. " << *Val
2486               << "\n");
2487         return false;
2488       }
2489
2490       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2491         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2492           DEBUG(dbgs() << "Attempting to resolve bitcast on constant ptr.\n");
2493           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2494           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2495           // stored value.
2496           Ptr = CE->getOperand(0);
2497
2498           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2499
2500           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2501           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2502           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2503           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2504             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2505             // into a pointer to its first member.
2506             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2507             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2508               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2509
2510               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2511               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2512               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2513
2514               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(nullptr, Ptr, IdxList);
2515               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2516                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2517
2518             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2519             // we have to give up.
2520             } else {
2521               DEBUG(dbgs() << "Failed to bitcast constant ptr, can not "
2522                     "evaluate.\n");
2523               return false;
2524             }
2525           }
2526
2527           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2528           // onto the stored value.
2529           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2530
2531           DEBUG(dbgs() << "Evaluated bitcast: " << *Val << "\n");
2532         }
2533       }
2534
2535       Mutated.AddStore(Ptr, Val);
2536     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2537       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2538                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2539                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2540       DEBUG(dbgs() << "Found a BinaryOperator! Simplifying: " << *InstResult
2541             << "\n");
2542     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2543       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2544                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2545                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2546       DEBUG(dbgs() << "Found a CmpInst! Simplifying: " << *InstResult
2547             << "\n");
2548     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2549       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2550                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2551                                          CI->getType());
2552       DEBUG(dbgs() << "Found a Cast! Simplifying: " << *InstResult
2553             << "\n");
2554     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2555       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2556                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2557                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2558       DEBUG(dbgs() << "Found a Select! Simplifying: " << *InstResult
2559             << "\n");
2560     } else if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(CurInst)) {
2561       InstResult = ConstantExpr::getExtractValue(
2562           getVal(EVI->getAggregateOperand()), EVI->getIndices());
2563       DEBUG(dbgs() << "Found an ExtractValueInst! Simplifying: " << *InstResult
2564                    << "\n");
2565     } else if (auto *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(CurInst)) {
2566       InstResult = ConstantExpr::getInsertValue(
2567           getVal(IVI->getAggregateOperand()),
2568           getVal(IVI->getInsertedValueOperand()), IVI->getIndices());
2569       DEBUG(dbgs() << "Found an InsertValueInst! Simplifying: " << *InstResult
2570                    << "\n");
2571     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2572       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2573       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2574       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2575            i != e; ++i)
2576         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2577       InstResult =
2578           ConstantExpr::getGetElementPtr(GEP->getSourceElementType(), P, GEPOps,
2579                                          cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2580       DEBUG(dbgs() << "Found a GEP! Simplifying: " << *InstResult
2581             << "\n");
2582     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2583
2584       if (!LI->isSimple()) {
2585         DEBUG(dbgs() << "Found a Load! Not a simple load, can not evaluate.\n");
2586         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2587       }
2588
2589       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2590       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2591         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2592         DEBUG(dbgs() << "Found a constant pointer expression, constant "
2593               "folding: " << *Ptr << "\n");
2594       }
2595       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2596       if (!InstResult) {
2597         DEBUG(dbgs() << "Failed to compute load result. Can not evaluate load."
2598               "\n");
2599         return false; // Could not evaluate load.
2600       }
2601
2602       DEBUG(dbgs() << "Evaluated load: " << *InstResult << "\n");
2603     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2604       if (AI->isArrayAllocation()) {
2605         DEBUG(dbgs() << "Found an array alloca. Can not evaluate.\n");
2606         return false;  // Cannot handle array allocs.
2607       }
2608       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2609       AllocaTmps.push_back(
2610           make_unique<GlobalVariable>(Ty, false, GlobalValue::InternalLinkage,
2611                                       UndefValue::get(Ty), AI->getName()));
2612       InstResult = AllocaTmps.back().get();
2613       DEBUG(dbgs() << "Found an alloca. Result: " << *InstResult << "\n");
2614     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2615       CallSite CS(CurInst);
2616
2617       // Debug info can safely be ignored here.
2618       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2619         DEBUG(dbgs() << "Ignoring debug info.\n");
2620         ++CurInst;
2621         continue;
2622       }
2623
2624       // Cannot handle inline asm.
2625       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) {
2626         DEBUG(dbgs() << "Found inline asm, can not evaluate.\n");
2627         return false;
2628       }
2629
2630       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2631         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2632           if (MSI->isVolatile()) {
2633             DEBUG(dbgs() << "Can not optimize a volatile memset " <<
2634                   "intrinsic.\n");
2635             return false;
2636           }
2637           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2638           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2639           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2640           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2641             // This memset is a no-op.
2642             DEBUG(dbgs() << "Ignoring no-op memset.\n");
2643             ++CurInst;
2644             continue;
2645           }
2646         }
2647
2648         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2649             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2650           DEBUG(dbgs() << "Ignoring lifetime intrinsic.\n");
2651           ++CurInst;
2652           continue;
2653         }
2654
2655         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2656           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2657           // meaningful return value.
2658           if (!II->use_empty()) {
2659             DEBUG(dbgs() << "Found unused invariant_start. Can't evaluate.\n");
2660             return false;
2661           }
2662           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2663           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2664           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2665           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2666             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2667             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2668                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2669                     DL.getTypeStoreSize(ElemTy)) {
2670               Invariants.insert(GV);
2671               DEBUG(dbgs() << "Found a global var that is an invariant: " << *GV
2672                     << "\n");
2673             } else {
2674               DEBUG(dbgs() << "Found a global var, but can not treat it as an "
2675                     "invariant.\n");
2676             }
2677           }
2678           // Continue even if we do nothing.
2679           ++CurInst;
2680           continue;
2681         }
2682
2683         DEBUG(dbgs() << "Unknown intrinsic. Can not evaluate.\n");
2684         return false;
2685       }
2686
2687       // Resolve function pointers.
2688       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2689       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden()) {
2690         DEBUG(dbgs() << "Can not resolve function pointer.\n");
2691         return false;  // Cannot resolve.
2692       }
2693
2694       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2695       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2696         Formals.push_back(getVal(*i));
2697
2698       if (Callee->isDeclaration()) {
2699         // If this is a function we can constant fold, do it.
2700         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2701           InstResult = C;
2702           DEBUG(dbgs() << "Constant folded function call. Result: " <<
2703                 *InstResult << "\n");
2704         } else {
2705           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold function call.\n");
2706           return false;
2707         }
2708       } else {
2709         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg()) {
2710           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold vararg function call.\n");
2711           return false;
2712         }
2713
2714         Constant *RetVal = nullptr;
2715         // Execute the call, if successful, use the return value.
2716         ValueStack.emplace_back();
2717         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals)) {
2718           DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate function.\n");
2719           return false;
2720         }
2721         ValueStack.pop_back();
2722         InstResult = RetVal;
2723
2724         if (InstResult) {
2725           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: " <<
2726                 InstResult << "\n\n");
2727         } else {
2728           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: 0\n\n");
2729         }
2730       }
2731     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2732       DEBUG(dbgs() << "Found a terminator instruction.\n");
2733
2734       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2735         if (BI->isUnconditional()) {
2736           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2737         } else {
2738           ConstantInt *Cond =
2739             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2740           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2741
2742           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2743         }
2744       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2745         ConstantInt *Val =
2746           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2747         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2748         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2749       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2750         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2751         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2752           NextBB = BA->getBasicBlock();
2753         else
2754           return false;  // Cannot determine.
2755       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2756         NextBB = nullptr;
2757       } else {
2758         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2759         DEBUG(dbgs() << "Can not handle terminator.");
2760         return false;  // Cannot handle this terminator.
2761       }
2762
2763       // We succeeded at evaluating this block!
2764       DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated block.\n");
2765       return true;
2766     } else {
2767       // Did not know how to evaluate this!
2768       DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate block due to unhandled instruction."
2769             "\n");
2770       return false;
2771     }
2772
2773     if (!CurInst->use_empty()) {
2774       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2775         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2776
2777       setVal(CurInst, InstResult);
2778     }
2779
2780     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2781     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2782       NextBB = II->getNormalDest();
2783       DEBUG(dbgs() << "Found an invoke instruction. Finished Block.\n\n");
2784       return true;
2785     }
2786
2787     // Advance program counter.
2788     ++CurInst;
2789   }
2790 }
2791
2792 /// EvaluateFunction - Evaluate a call to function F, returning true if
2793 /// successful, false if we can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal
2794 /// arguments for the function.
2795 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2796                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2797   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2798   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2799   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2800     return false;
2801
2802   CallStack.push_back(F);
2803
2804   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2805   unsigned ArgNo = 0;
2806   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2807        ++AI, ++ArgNo)
2808     setVal(AI, ActualArgs[ArgNo]);
2809
2810   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2811   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2812   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2813   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2814
2815   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2816   BasicBlock *CurBB = F->begin();
2817
2818   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2819
2820   while (1) {
2821     BasicBlock *NextBB = nullptr; // Initialized to avoid compiler warnings.
2822     DEBUG(dbgs() << "Trying to evaluate BB: " << *CurBB << "\n");
2823
2824     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2825       return false;
2826
2827     if (!NextBB) {
2828       // Successfully running until there's no next block means that we found
2829       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2830       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2831       if (RI->getNumOperands())
2832         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2833       CallStack.pop_back();
2834       return true;
2835     }
2836
2837     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2838     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2839     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2840     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB).second)
2841       return false;  // looped!
2842
2843     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2844     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2845     // we came from.
2846     PHINode *PN = nullptr;
2847     for (CurInst = NextBB->begin();
2848          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2849       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2850
2851     // Advance to the next block.
2852     CurBB = NextBB;
2853   }
2854 }
2855
2856 /// EvaluateStaticConstructor - Evaluate static constructors in the function, if
2857 /// we can.  Return true if we can, false otherwise.
2858 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout &DL,
2859                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2860   // Call the function.
2861   Evaluator Eval(DL, TLI);
2862   Constant *RetValDummy;
2863   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2864                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2865
2866   if (EvalSuccess) {
2867     ++NumCtorsEvaluated;
2868
2869     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2870     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2871           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutated().size()
2872           << " mutated globals.\n");
2873
2874     MutatedGlobals &Mutated = Eval.getMutated();
2875     for (auto I : Mutated)
2876       Mutated.Commit(I.second);
2877
2878     for (GlobalVariable *GV : Eval.getInvariants())
2879       GV->setConstant(true);
2880   }
2881
2882   return EvalSuccess;
2883 }
2884
2885 static int compareNames(Constant *const *A, Constant *const *B) {
2886   return (*A)->getName().compare((*B)->getName());
2887 }
2888
2889 static void setUsedInitializer(GlobalVariable &V,
2890                                const SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> &Init) {
2891   if (Init.empty()) {
2892     V.eraseFromParent();
2893     return;
2894   }
2895
2896   // Type of pointer to the array of pointers.
2897   PointerType *Int8PtrTy = Type::getInt8PtrTy(V.getContext(), 0);
2898
2899   SmallVector<llvm::Constant *, 8> UsedArray;
2900   for (GlobalValue *GV : Init) {
2901     Constant *Cast
2902       = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(GV, Int8PtrTy);
2903     UsedArray.push_back(Cast);
2904   }
2905   // Sort to get deterministic order.
2906   array_pod_sort(UsedArray.begin(), UsedArray.end(), compareNames);
2907   ArrayType *ATy = ArrayType::get(Int8PtrTy, UsedArray.size());
2908
2909   Module *M = V.getParent();
2910   V.removeFromParent();
2911   GlobalVariable *NV =
2912       new GlobalVariable(*M, ATy, false, llvm::GlobalValue::AppendingLinkage,
2913                          llvm::ConstantArray::get(ATy, UsedArray), "");
2914   NV->takeName(&V);
2915   NV->setSection("llvm.metadata");
2916   delete &V;
2917 }
2918
2919 namespace {
2920 /// \brief An easy to access representation of llvm.used and llvm.compiler.used.
2921 class LLVMUsed {
2922   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> Used;
2923   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> CompilerUsed;
2924   GlobalVariable *UsedV;
2925   GlobalVariable *CompilerUsedV;
2926
2927 public:
2928   LLVMUsed(Module &M) {
2929     UsedV = collectUsedGlobalVariables(M, Used, false);
2930     CompilerUsedV = collectUsedGlobalVariables(M, CompilerUsed, true);
2931   }
2932   typedef SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator iterator;
2933   typedef iterator_range<iterator> used_iterator_range;
2934   iterator usedBegin() { return Used.begin(); }
2935   iterator usedEnd() { return Used.end(); }
2936   used_iterator_range used() {
2937     return used_iterator_range(usedBegin(), usedEnd());
2938   }
2939   iterator compilerUsedBegin() { return CompilerUsed.begin(); }
2940   iterator compilerUsedEnd() { return CompilerUsed.end(); }
2941   used_iterator_range compilerUsed() {
2942     return used_iterator_range(compilerUsedBegin(), compilerUsedEnd());
2943   }
2944   bool usedCount(GlobalValue *GV) const { return Used.count(GV); }
2945   bool compilerUsedCount(GlobalValue *GV) const {
2946     return CompilerUsed.count(GV);
2947   }
2948   bool usedErase(GlobalValue *GV) { return Used.erase(GV); }
2949   bool compilerUsedErase(GlobalValue *GV) { return CompilerUsed.erase(GV); }
2950   bool usedInsert(GlobalValue *GV) { return Used.insert(GV).second; }
2951   bool compilerUsedInsert(GlobalValue *GV) {
2952     return CompilerUsed.insert(GV).second;
2953   }
2954
2955   void syncVariablesAndSets() {
2956     if (UsedV)
2957       setUsedInitializer(*UsedV, Used);
2958     if (CompilerUsedV)
2959       setUsedInitializer(*CompilerUsedV, CompilerUsed);
2960   }
2961 };
2962 }
2963
2964 static bool hasUseOtherThanLLVMUsed(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2965   if (GA.use_empty()) // No use at all.
2966     return false;
2967
2968   assert((!U.usedCount(&GA) || !U.compilerUsedCount(&GA)) &&
2969          "We should have removed the duplicated "
2970          "element from llvm.compiler.used");
2971   if (!GA.hasOneUse())
2972     // Strictly more than one use. So at least one is not in llvm.used and
2973     // llvm.compiler.used.
2974     return true;
2975
2976   // Exactly one use. Check if it is in llvm.used or llvm.compiler.used.
2977   return !U.usedCount(&GA) && !U.compilerUsedCount(&GA);
2978 }
2979
2980 static bool hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(GlobalValue &V,
2981                                                const LLVMUsed &U) {
2982   unsigned N = 2;
2983   assert((!U.usedCount(&V) || !U.compilerUsedCount(&V)) &&
2984          "We should have removed the duplicated "
2985          "element from llvm.compiler.used");
2986   if (U.usedCount(&V) || U.compilerUsedCount(&V))
2987     ++N;
2988   return V.hasNUsesOrMore(N);
2989 }
2990
2991 static bool mayHaveOtherReferences(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2992   if (!GA.hasLocalLinkage())
2993     return true;
2994
2995   return U.usedCount(&GA) || U.compilerUsedCount(&GA);
2996 }
2997
2998 static bool hasUsesToReplace(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U,
2999                              bool &RenameTarget) {
3000   RenameTarget = false;
3001   bool Ret = false;
3002   if (hasUseOtherThanLLVMUsed(GA, U))
3003     Ret = true;
3004
3005   // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
3006   if (!mayHaveOtherReferences(GA, U))
3007     return Ret;
3008
3009   // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
3010   // of the alias, and delete the alias.  This turns:
3011   //   define internal ... @f(...)
3012   //   @a = alias ... @f
3013   // into:
3014   //   define ... @a(...)
3015   Constant *Aliasee = GA.getAliasee();
3016   GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
3017   if (!Target->hasLocalLinkage())
3018     return Ret;
3019
3020   // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
3021   // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
3022   // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
3023   if (hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(*Target, U))
3024     return Ret;
3025
3026   RenameTarget = true;
3027   return true;
3028 }
3029
3030 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
3031   bool Changed = false;
3032   LLVMUsed Used(M);
3033
3034   for (GlobalValue *GV : Used.used())
3035     Used.compilerUsedErase(GV);
3036
3037   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
3038        I != E;) {
3039     Module::alias_iterator J = I++;
3040     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
3041     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration() && !J->hasLocalLinkage())
3042       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
3043     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
3044     if (J->mayBeOverridden())
3045       continue;
3046
3047     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
3048     GlobalValue *Target = dyn_cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
3049     // We can't trivially replace the alias with the aliasee if the aliasee is
3050     // non-trivial in some way.
3051     // TODO: Try to handle non-zero GEPs of local aliasees.
3052     if (!Target)
3053       continue;
3054     Target->removeDeadConstantUsers();
3055
3056     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
3057     bool RenameTarget;
3058     if (!hasUsesToReplace(*J, Used, RenameTarget))
3059       continue;
3060
3061     J->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(Aliasee, J->getType()));
3062     ++NumAliasesResolved;
3063     Changed = true;
3064
3065     if (RenameTarget) {
3066       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
3067       Target->takeName(J);
3068       Target->setLinkage(J->getLinkage());
3069       Target->setVisibility(J->getVisibility());
3070       Target->setDLLStorageClass(J->getDLLStorageClass());
3071
3072       if (Used.usedErase(J))
3073         Used.usedInsert(Target);
3074
3075       if (Used.compilerUsedErase(J))
3076         Used.compilerUsedInsert(Target);
3077     } else if (mayHaveOtherReferences(*J, Used))
3078       continue;
3079
3080     // Delete the alias.
3081     M.getAliasList().erase(J);
3082     ++NumAliasesRemoved;
3083     Changed = true;
3084   }
3085
3086   Used.syncVariablesAndSets();
3087
3088   return Changed;
3089 }
3090
3091 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
3092   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
3093     return nullptr;
3094
3095   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
3096
3097   if (!Fn)
3098     return nullptr;
3099
3100   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
3101
3102   // Checking that the function has the right return type, the right number of
3103   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
3104   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
3105       FTy->getNumParams() != 3 ||
3106       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
3107       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
3108       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
3109     return nullptr;
3110
3111   return Fn;
3112 }
3113
3114 /// cxxDtorIsEmpty - Returns whether the given function is an empty C++
3115 /// destructor and can therefore be eliminated.
3116 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
3117 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
3118 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
3119 /// other side-effect free instructions.
3120 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
3121                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
3122   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
3123   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
3124   if (Fn.isDeclaration())
3125     return false;
3126
3127   if (++Fn.begin() != Fn.end())
3128     return false;
3129
3130   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
3131   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
3132        I != E; ++I) {
3133     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
3134       // Ignore debug intrinsics.
3135       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
3136         continue;
3137
3138       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
3139
3140       if (!CalledFn)
3141         return false;
3142
3143       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
3144
3145       // Don't treat recursive functions as empty.
3146       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn).second)
3147         return false;
3148
3149       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
3150         return false;
3151     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
3152       return true; // We're done.
3153     else if (I->mayHaveSideEffects())
3154       return false; // Destructor with side effects, bail.
3155   }
3156
3157   return false;
3158 }
3159
3160 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
3161   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
3162   ///
3163   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
3164   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
3165   ///
3166   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
3167   ///
3168   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
3169   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
3170   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
3171   ///   successful, nonzero on failure.
3172
3173   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
3174   // and remove them.
3175   bool Changed = false;
3176
3177   for (auto I = CXAAtExitFn->user_begin(), E = CXAAtExitFn->user_end();
3178        I != E;) {
3179     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3180     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3181     // to __cxa_atexit.
3182     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3183     if (!CI)
3184       continue;
3185
3186     Function *DtorFn =
3187       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3188     if (!DtorFn)
3189       continue;
3190
3191     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3192     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3193       continue;
3194
3195     // Just remove the call.
3196     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3197     CI->eraseFromParent();
3198
3199     ++NumCXXDtorsRemoved;
3200
3201     Changed |= true;
3202   }
3203
3204   return Changed;
3205 }
3206
3207 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3208   bool Changed = false;
3209
3210   auto &DL = M.getDataLayout();
3211   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3212
3213   bool LocalChange = true;
3214   while (LocalChange) {
3215     LocalChange = false;
3216
3217     NotDiscardableComdats.clear();
3218     for (const GlobalVariable &GV : M.globals())
3219       if (const Comdat *C = GV.getComdat())
3220         if (!GV.isDiscardableIfUnused() || !GV.use_empty())
3221           NotDiscardableComdats.insert(C);
3222     for (Function &F : M)
3223       if (const Comdat *C = F.getComdat())
3224         if (!F.isDefTriviallyDead())
3225           NotDiscardableComdats.insert(C);
3226     for (GlobalAlias &GA : M.aliases())
3227       if (const Comdat *C = GA.getComdat())
3228         if (!GA.isDiscardableIfUnused() || !GA.use_empty())
3229           NotDiscardableComdats.insert(C);
3230
3231     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3232     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3233
3234     // Optimize global_ctors list.
3235     LocalChange |= optimizeGlobalCtorsList(M, [&](Function *F) {
3236       return EvaluateStaticConstructor(F, DL, TLI);
3237     });
3238
3239     // Optimize non-address-taken globals.
3240     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3241
3242     // Resolve aliases, when possible.
3243     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3244
3245     // Try to remove trivial global destructors if they are not removed
3246     // already.
3247     Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3248     if (CXAAtExitFn)
3249       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3250
3251     Changed |= LocalChange;
3252   }
3253
3254   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3255   // layout.
3256
3257   return Changed;
3258 }
3259