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