4153e64e2014c45c4e39427f8d271eace5066eca
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
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 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
19 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
23 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
24 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/Function.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/Module.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
36 #include "llvm/IR/Value.h"
37 #include "llvm/IR/Verifier.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
45
46 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
47
48 using namespace llvm;
49
50 // Print the liveset found at the insert location
51 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
52                                   cl::init(false));
53 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
54                                       cl::init(false));
55 // Print out the base pointers for debugging
56 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
57                                        cl::init(false));
58
59 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
60 // of relocating it
61 static cl::opt<unsigned>
62 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
63                            cl::init(6));
64
65 #ifdef XDEBUG
66 static bool ClobberNonLive = true;
67 #else
68 static bool ClobberNonLive = false;
69 #endif
70 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
71                                                   cl::location(ClobberNonLive),
72                                                   cl::Hidden);
73
74 namespace {
75 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
76   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
77
78   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
79     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
80   }
81   bool runOnFunction(Function &F);
82   bool runOnModule(Module &M) override {
83     bool Changed = false;
84     for (Function &F : M)
85       Changed |= runOnFunction(F);
86
87     if (Changed) {
88       // stripDereferenceabilityInfo asserts that shouldRewriteStatepointsIn
89       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
90       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
91       stripDereferenceabilityInfo(M);
92     }
93
94     return Changed;
95   }
96
97   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
98     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
99     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
100     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
101     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
102   }
103
104   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
105   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
106   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
107   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
108   /// heap.  stripDereferenceabilityInfo (conservatively) restores correctness
109   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
110   /// dereferenceability.
111   ///
112   void stripDereferenceabilityInfo(Module &M);
113
114   // Helpers for stripDereferenceabilityInfo
115   void stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F);
116   void stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F);
117 };
118 } // namespace
119
120 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
121
122 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
123   return new RewriteStatepointsForGC();
124 }
125
126 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
127                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
128 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
129 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
130                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
131
132 namespace {
133 struct GCPtrLivenessData {
134   /// Values defined in this block.
135   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> KillSet;
136   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
137   /// killed within this block.
138   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveSet;
139
140   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
141   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
142   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveIn;
143
144   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
145   /// any successor block)
146   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveOut;
147 };
148
149 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
150 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
151 // should not be inspected.
152 //
153 // In the actual implementation this caches two relations:
154 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
155 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
156 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
157 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
158 // types, then update all the second type to the first type
159 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
160 typedef DenseSet<llvm::Value *> StatepointLiveSetTy;
161 typedef DenseMap<Instruction *, Value *> RematerializedValueMapTy;
162
163 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
164   /// The set of values known to be live across this safepoint
165   StatepointLiveSetTy liveset;
166
167   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
168   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
169
170   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
171   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
172   Instruction *StatepointToken;
173
174   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
175   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
176   Instruction *UnwindToken;
177
178   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
179   /// They are not included into 'liveset' field.
180   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
181   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
182 };
183 }
184
185 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
186 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
187                                 GCPtrLivenessData &Data);
188
189 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
190 /// Values at a particular instruction.
191 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
192                               StatepointLiveSetTy &out);
193
194 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
195 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Value *V) const override {
196
197 static bool isGCPointerType(Type *T) {
198   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
199     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
200     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
201     // updated and that no other pointer does.
202     return (1 == PT->getAddressSpace());
203   return false;
204 }
205
206 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
207 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
208 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
209 // is not encountered.)
210 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
211   // We fully support gc pointers
212   if (isGCPointerType(T))
213     return true;
214   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
215   // can't handle something.
216   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
217     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
218       return true;
219   return false;
220 }
221
222 #ifndef NDEBUG
223 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
224 /// handle that type or not.
225 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
226   if (isGCPointerType(Ty))
227     return true;
228   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
229     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
230   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
231     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
232   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
233     return std::any_of(
234         ST->subtypes().begin(), ST->subtypes().end(),
235         [](Type *SubType) { return containsGCPtrType(SubType); });
236   return false;
237 }
238
239 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
240 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
241 // aggregates).  Used to trip assertions.
242 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
243   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
244 }
245 #endif
246
247 static bool order_by_name(llvm::Value *a, llvm::Value *b) {
248   if (a->hasName() && b->hasName()) {
249     return -1 == a->getName().compare(b->getName());
250   } else if (a->hasName() && !b->hasName()) {
251     return true;
252   } else if (!a->hasName() && b->hasName()) {
253     return false;
254   } else {
255     // Better than nothing, but not stable
256     return a < b;
257   }
258 }
259
260 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
261 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
262 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
263 // live.  Values used by that instruction are considered live.
264 static void analyzeParsePointLiveness(
265     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData,
266     const CallSite &CS, PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
267   Instruction *inst = CS.getInstruction();
268
269   StatepointLiveSetTy liveset;
270   findLiveSetAtInst(inst, OriginalLivenessData, liveset);
271
272   if (PrintLiveSet) {
273     // Note: This output is used by several of the test cases
274     // The order of elements in a set is not stable, put them in a vec and sort
275     // by name
276     SmallVector<Value *, 64> Temp;
277     Temp.insert(Temp.end(), liveset.begin(), liveset.end());
278     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
279     errs() << "Live Variables:\n";
280     for (Value *V : Temp)
281       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
282   }
283   if (PrintLiveSetSize) {
284     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
285     errs() << "Number live values: " << liveset.size() << "\n";
286   }
287   result.liveset = liveset;
288 }
289
290 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I);
291
292 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
293 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
294 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
295 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
296 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
297 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
298 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
299 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
300 /// particular element in 'I'.  
301 static std::pair<Value *, bool>
302 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I, Value *Index = nullptr) {
303   assert(I->getType()->isVectorTy() &&
304          cast<VectorType>(I->getType())->getElementType()->isPointerTy() &&
305          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
306
307   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
308   // detailed motivation.
309
310   if (isa<Argument>(I))
311     // An incoming argument to the function is a base pointer
312     return std::make_pair(I, true);
313
314   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
315   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
316          "unexpected global variable found in base of vector");
317
318   // inlining could possibly introduce phi node that contains
319   // undef if callee has multiple returns
320   if (isa<UndefValue>(I))
321     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
322     // code.
323     return std::make_pair(I, true);
324
325   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
326   // checks
327   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
328     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
329            "order of checks wrong!");
330     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
331     return std::make_pair(Con, true);
332   }
333   
334   if (isa<LoadInst>(I))
335     return std::make_pair(I, true);
336   
337   // For an insert element, we might be able to look through it if we know
338   // something about the indexes.
339   if (InsertElementInst *IEI = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
340     if (Index) {
341       Value *InsertIndex = IEI->getOperand(2);
342       // This index is inserting the value, look for its BDV
343       if (InsertIndex == Index)
344         return std::make_pair(findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(1)), false);
345       // Both constant, and can't be equal per above. This insert is definitely
346       // not relevant, look back at the rest of the vector and keep trying.
347       if (isa<ConstantInt>(Index) && isa<ConstantInt>(InsertIndex))
348         return findBaseDefiningValueOfVector(IEI->getOperand(0), Index);
349     }
350     
351     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
352     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
353     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
354     return std::make_pair(IEI, false);
355   }
356
357   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
358     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
359     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
360     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
361     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
362     // for particular sufflevector patterns.
363     return std::make_pair(I, false);
364
365   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
366   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
367   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
368          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
369   return std::make_pair(I, false);
370 }
371
372 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
373
374 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
375 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
376 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
377 /// from pointer to vector type or back.
378 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
379   if (I->getType()->isVectorTy())
380     return findBaseDefiningValueOfVector(I).first;
381   
382   assert(I->getType()->isPointerTy() &&
383          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
384
385   if (isa<Argument>(I))
386     // An incoming argument to the function is a base pointer
387     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
388     return I;
389
390   if (isa<GlobalVariable>(I))
391     // base case
392     return I;
393
394   // inlining could possibly introduce phi node that contains
395   // undef if callee has multiple returns
396   if (isa<UndefValue>(I))
397     // utterly meaningless, but useful for dealing with
398     // partially optimized code.
399     return I;
400
401   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
402   // checks
403   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
404     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
405            "order of checks wrong!");
406     // Note: Finding a constant base for something marked for relocation
407     // doesn't really make sense.  The most likely case is either a) some
408     // screwed up the address space usage or b) your validating against
409     // compiled C++ code w/o the proper separation.  The only real exception
410     // is a null pointer.  You could have generic code written to index of
411     // off a potentially null value and have proven it null.  We also use
412     // null pointers in dead paths of relocation phis (which we might later
413     // want to find a base pointer for).
414     assert(isa<ConstantPointerNull>(Con) &&
415            "null is the only case which makes sense");
416     return Con;
417   }
418
419   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
420     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
421     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
422     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
423     // handle int->ptr conversion.
424     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
425     return findBaseDefiningValue(Def);
426   }
427
428   if (isa<LoadInst>(I))
429     return I; // The value loaded is an gc base itself
430
431   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
432     // The base of this GEP is the base
433     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
434
435   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
436     switch (II->getIntrinsicID()) {
437     case Intrinsic::experimental_gc_result_ptr:
438     default:
439       // fall through to general call handling
440       break;
441     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
442     case Intrinsic::experimental_gc_result_float:
443     case Intrinsic::experimental_gc_result_int:
444       llvm_unreachable("these don't produce pointers");
445     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
446       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
447       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
448       // but why are you doing this?  There's no good reason.
449       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
450     }
451     case Intrinsic::gcroot:
452       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
453       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
454       // implications much.
455       llvm_unreachable(
456           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
457     }
458   }
459   // We assume that functions in the source language only return base
460   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
461   // both source language and internal functions.
462   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
463     return I;
464
465   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
466   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
467   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
468
469   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
470     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
471     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
472     // like a load.
473     return I;
474
475   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
476                                    "binary ops which don't apply to pointers");
477
478   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
479   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
480   // this is a defining definition of the base just like a load is.
481   if (isa<ExtractValueInst>(I))
482     return I;
483
484   // We should never see an insert vector since that would require we be
485   // tracing back a struct value not a pointer value.
486   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
487          "Base pointer for a struct is meaningless");
488
489   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
490   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
491   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
492   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
493   if (auto *EEI = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
494     Value *VectorOperand = EEI->getVectorOperand();
495     Value *Index = EEI->getIndexOperand();
496     std::pair<Value *, bool> pair =
497       findBaseDefiningValueOfVector(VectorOperand, Index);
498     Value *VectorBase = pair.first;
499     if (VectorBase->getType()->isPointerTy())
500       // We found a BDV for this specific element with the vector.  This is an
501       // optimization, but in practice it covers most of the useful cases
502       // created via scalarization. Note: The peephole optimization here is
503       // currently needed for correctness since the general algorithm doesn't
504       // yet handle insertelements.  That will change shortly.
505       return VectorBase;
506     else {
507       assert(VectorBase->getType()->isVectorTy());
508       // Otherwise, we have an instruction which potentially produces a
509       // derived pointer and we need findBasePointers to clone code for us
510       // such that we can create an instruction which produces the
511       // accompanying base pointer.
512       return EEI;
513     }
514   }
515
516   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
517   // return a value which dynamically selects from among several base
518   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
519   // the caller to resolve these.
520   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
521          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
522   return I;
523 }
524
525 /// Returns the base defining value for this value.
526 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
527   Value *&Cached = Cache[I];
528   if (!Cached) {
529     Cached = findBaseDefiningValue(I);
530     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
531                  << Cached->getName() << "\n");
532   }
533   assert(Cache[I] != nullptr);
534   return Cached;
535 }
536
537 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
538 /// base defining value.
539 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
540   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
541   auto Found = Cache.find(Def);
542   if (Found != Cache.end()) {
543     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
544     return Found->second;
545   }
546   // Only a BDV available
547   return Def;
548 }
549
550 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
551 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
552 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
553   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) && !isa<ExtractElementInst>(V)) {
554     // no recursion possible
555     return true;
556   }
557   if (isa<Instruction>(V) &&
558       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
559     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
560     // that this is a base value.
561     return true;
562   }
563
564   // We need to keep searching
565   return false;
566 }
567
568 namespace {
569 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
570 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
571 /// the base of this BDV.
572 class BDVState {
573 public:
574   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
575
576   BDVState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
577     assert(status != Base || b);
578   }
579   explicit BDVState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
580   BDVState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
581
582   Status getStatus() const { return status; }
583   Value *getBase() const { return base; }
584
585   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
586   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
587   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
588
589   bool operator==(const BDVState &other) const {
590     return base == other.base && status == other.status;
591   }
592
593   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
594
595   LLVM_DUMP_METHOD
596   void dump() const { print(dbgs()); dbgs() << '\n'; }
597   
598   void print(raw_ostream &OS) const {
599     switch (status) {
600     case Unknown:
601       OS << "U";
602       break;
603     case Base:
604       OS << "B";
605       break;
606     case Conflict:
607       OS << "C";
608       break;
609     };
610     OS << " (" << base << " - "
611        << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
612   }
613
614 private:
615   Status status;
616   Value *base; // non null only if status == base
617 };
618 }
619
620 #ifndef NDEBUG
621 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
622   State.print(OS);
623   return OS;
624 }
625 #endif
626
627 namespace {
628 typedef DenseMap<Value *, BDVState> ConflictStateMapTy;
629 // Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
630 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
631 // operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
632 class MeetBDVStates {
633 public:
634   /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
635   /// any other state to produce that state.
636   MeetBDVStates() {}
637
638   // Destructively meet the current result with the given BDVState
639   void meetWith(BDVState otherState) {
640     currentResult = meet(otherState, currentResult);
641   }
642
643   BDVState getResult() const { return currentResult; }
644
645 private:
646   BDVState currentResult;
647
648   /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
649   static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
650     assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
651            "math is wrong: meet does not commute!");
652     BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
653     DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
654                  << " produced " << Result << "\n");
655     return Result;
656   }
657
658   static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
659     switch (stateA.getStatus()) {
660     case BDVState::Unknown:
661       return stateB;
662
663     case BDVState::Base:
664       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
665       if (stateB.isUnknown())
666         return stateA;
667
668       if (stateB.isBase()) {
669         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
670           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
671           return stateA;
672         }
673         return BDVState(BDVState::Conflict);
674       }
675       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
676       return BDVState(BDVState::Conflict);
677
678     case BDVState::Conflict:
679       return stateA;
680     }
681     llvm_unreachable("only three states!");
682   }
683 };
684 }
685
686
687 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
688 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
689 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
690 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
691 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
692   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
693
694   if (isKnownBaseResult(def)) {
695     return def;
696   }
697
698   // Here's the rough algorithm:
699   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
700   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
701   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
702   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
703   //   looks like:
704   //   UNKNOWN
705   //   b1 b2 b3 b4
706   //   CONFLICT
707   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
708   //   base or be in a conflict state.
709   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
710   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
711   //   non-conflict, add the actual base.
712   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
713   //   arguments.
714   //
715   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
716   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
717   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
718   // overall worse solution.
719
720 #ifndef NDEBUG
721   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
722     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) || isa<ExtractElementInst>(BDV);
723   };
724 #endif
725
726   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
727   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
728   ConflictStateMapTy states;
729   // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
730   // for which we don't already know a definite base value for
731   /* scope */ {
732     DenseSet<Value *> Visited;
733     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
734     Worklist.push_back(def);
735     Visited.insert(def);
736     while (!Worklist.empty()) {
737       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
738       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
739
740       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
741         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
742         if (isKnownBaseResult(Base))
743           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
744           // ignored safely
745           return;
746         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
747                "we see should be base defining values");
748         if (Visited.insert(Base).second)
749           Worklist.push_back(Base);
750       };
751       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
752         for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
753           visitIncomingValue(InVal);
754       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
755         visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
756         visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
757       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
758         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
759       } else {
760         // There are two classes of instructions we know we don't handle.
761         assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current) ||
762                isa<InsertElementInst>(Current));
763         llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
764       }
765     }
766     // The frontier of visited instructions are the ones we might need to
767     // duplicate, so fill in the starting state for the optimistic algorithm
768     // that follows.
769     for (Value *BDV : Visited) {
770       states[BDV] = BDVState();
771     }
772   }
773
774 #ifndef NDEBUG
775   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
776   for (auto Pair : states) {
777     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
778   }
779 #endif
780
781   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
782   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
783   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
784     if (isKnownBaseResult(baseValue))
785       return BDVState(baseValue);
786     auto I = states.find(baseValue);
787     assert(I != states.end() && "lookup failed!");
788     return I->second;
789   };
790
791   bool progress = true;
792   while (progress) {
793 #ifndef NDEBUG
794     size_t oldSize = states.size();
795 #endif
796     progress = false;
797     // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
798     for (auto Pair : states) {
799       Value *v = Pair.first;
800       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
801
802       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
803       // instance which represents the BDV of that value.
804       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
805         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
806         return getStateForBDV(BDV);
807       };
808
809       MeetBDVStates calculateMeet;
810       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
811         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
812         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
813       } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
814         for (Value *Val : Phi->incoming_values())
815           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
816       } else {
817         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
818         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
819         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(v);
820         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
821       }
822
823
824       BDVState oldState = states[v];
825       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
826       if (oldState != newState) {
827         progress = true;
828         states[v] = newState;
829       }
830     }
831
832     assert(oldSize <= states.size());
833     assert(oldSize == states.size() || progress);
834   }
835
836 #ifndef NDEBUG
837   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
838   for (auto Pair : states) {
839     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
840   }
841 #endif
842   
843   // Insert Phis for all conflicts
844   // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
845   // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
846   // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
847   SmallVector<Value *, 16> Keys;
848   Keys.reserve(states.size());
849   for (auto Pair : states) {
850     Value *V = Pair.first;
851     Keys.push_back(V);
852   }
853   std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
854   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
855   for (Value *V : Keys) {
856     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
857     BDVState State = states[I];
858     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
859     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
860
861     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
862     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
863     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
864     // base for the particular indice we're interested in.
865     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
866         isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
867       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
868       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
869       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
870       // about the BDV not being known to be a base.
871       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
872                                                   EE->getIndexOperand(),
873                                                   "base_ee", EE);
874       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
875       states[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
876     }
877     
878     if (!State.isConflict())
879       continue;
880
881     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
882     /// the given instruction 'I'.
883     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
884       if (isa<PHINode>(I)) {
885         BasicBlock *BB = I->getParent();
886         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
887         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
888         std::string Name = I->hasName() ?
889            (I->getName() + ".base").str() : "base_phi";
890         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
891       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
892         // The undef will be replaced later
893         UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
894         std::string Name = I->hasName() ?
895           (I->getName() + ".base").str() : "base_select";
896         return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
897                                   Undef, Name, Sel);
898       } else {
899         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
900         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
901         std::string Name = I->hasName() ?
902           (I->getName() + ".base").str() : "base_ee";
903         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
904                                           EE);
905       }
906     };
907     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
908     // Add metadata marking this as a base value
909     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
910     states[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
911   }
912
913   // Fixup all the inputs of the new PHIs
914   for (auto Pair : states) {
915     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
916     BDVState state = Pair.second;
917
918     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
919     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
920     if (!state.isConflict())
921       continue;
922
923     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(state.getBase())) {
924       PHINode *phi = cast<PHINode>(v);
925       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
926       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
927         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
928         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
929
930         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
931         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
932         // nodes with multiple entries from the same basic block
933         // to have the same incoming value for each of those
934         // entries.  If we don't do this check here and basephi
935         // has a different type than base, we'll end up adding two
936         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
937         // values for the same basic block.
938
939         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
940         if (blockIndex != -1) {
941           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
942           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
943 #ifndef NDEBUG
944           Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
945           if (!isKnownBaseResult(base)) {
946             // Either conflict or base.
947             assert(states.count(base));
948             base = states[base].getBase();
949             assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
950           }
951
952           // In essence this assert states: the only way two
953           // values incoming from the same basic block may be
954           // different is by being different bitcasts of the same
955           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
956           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
957           // type (and still remain pure).  This will remove the
958           // need to add bitcasts.
959           assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
960                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
961 #endif
962           continue;
963         }
964
965         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
966         // a non-phi node
967         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
968         if (!isKnownBaseResult(base)) {
969           // Either conflict or base.
970           assert(states.count(base));
971           base = states[base].getBase();
972           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
973         }
974         assert(base && "can't be null");
975         // Must use original input BB since base may not be Instruction
976         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
977         if (base->getType() != basephi->getType()) {
978           base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
979                                  InBB->getTerminator());
980         }
981         basephi->addIncoming(base, InBB);
982       }
983       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
984     } else if (SelectInst *basesel = dyn_cast<SelectInst>(state.getBase())) {
985       SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
986       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
987       // something more safe and less hacky.
988       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
989         Value *InVal = sel->getOperand(i);
990         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
991         // a non-phi node
992         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
993         if (!isKnownBaseResult(base)) {
994           // Either conflict or base.
995           assert(states.count(base));
996           base = states[base].getBase();
997           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
998         }
999         assert(base && "can't be null");
1000         // Must use original input BB since base may not be Instruction
1001         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
1002         if (base->getType() != basesel->getType()) {
1003           base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
1004         }
1005         basesel->setOperand(i, base);
1006       }
1007     } else {
1008       auto *BaseEE = cast<ExtractElementInst>(state.getBase());
1009       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(v)->getVectorOperand();
1010       Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
1011       if (!isKnownBaseResult(Base)) {
1012         // Either conflict or base.
1013         assert(states.count(Base));
1014         Base = states[Base].getBase();
1015         assert(Base != nullptr && "unknown BDVState!");
1016       }
1017       assert(Base && "can't be null");
1018       BaseEE->setOperand(0, Base);
1019     }
1020   }
1021
1022   // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
1023   // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
1024   // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
1025   // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
1026   DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
1027   SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
1028   SmallSetVector<AssertingVH<Instruction>, 16> Worklist;
1029   for (auto Item : states) {
1030     Value *V = Item.first;
1031     Value *Base = Item.second.getBase();
1032     assert(V && Base);
1033     assert(!isKnownBaseResult(V) && "why did it get added?");
1034     assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1035            "must be something we 'know' is a base pointer");
1036     if (!Item.second.isConflict())
1037       continue;
1038
1039     ReverseMap[Base] = V;
1040     if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
1041       NewInsts.insert(BaseI);
1042       Worklist.insert(BaseI);
1043     }
1044   }
1045   auto ReplaceBaseInstWith = [&](Value *BDV, Instruction *BaseI,
1046                                  Value *Replacement) {
1047     // Add users which are new instructions (excluding self references)
1048     for (User *U : BaseI->users())
1049       if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
1050         if (NewInsts.count(UI) && UI != BaseI)
1051           Worklist.insert(UI);
1052     // Then do the actual replacement
1053     NewInsts.erase(BaseI);
1054     ReverseMap.erase(BaseI);
1055     BaseI->replaceAllUsesWith(Replacement);
1056     BaseI->eraseFromParent();
1057     assert(states.count(BDV));
1058     assert(states[BDV].isConflict() && states[BDV].getBase() == BaseI);
1059     states[BDV] = BDVState(BDVState::Conflict, Replacement);
1060   };
1061   const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
1062   while (!Worklist.empty()) {
1063     Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
1064     assert(NewInsts.count(BaseI));
1065     Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
1066     if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
1067       if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
1068         DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
1069         ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, Bdv);
1070         continue;
1071       }
1072     if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
1073       DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
1074       ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, V);
1075       continue;
1076     }
1077   }
1078
1079   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1080   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1081   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1082   for (auto item : states) {
1083     Value *v = item.first;
1084     Value *base = item.second.getBase();
1085     assert(v && base);
1086
1087     std::string fromstr =
1088       cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
1089                      : "none";
1090     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1091           << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
1092           << " from: " << fromstr
1093           << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n");
1094
1095     if (cache.count(v)) {
1096       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
1097       // the base relation being stored, it must be stable
1098       assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
1099              "base relation should be stable");
1100     }
1101     cache[v] = base;
1102   }
1103   assert(cache.find(def) != cache.end());
1104   return cache[def];
1105 }
1106
1107 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1108 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1109 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1110 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1111 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1112 // additional PHI nodes.
1113 //
1114 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1115 //
1116 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1117 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1118 //
1119 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1120 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1121 // pointer was a base pointer.
1122 static void
1123 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1124                  DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> &PointerToBase,
1125                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1126   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1127   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1128   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1129   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1130   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1131   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1132   for (Value *ptr : Temp) {
1133     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1134     assert(base && "failed to find base pointer");
1135     PointerToBase[ptr] = base;
1136     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1137             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1138                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1139            "The base we found better dominate the derived pointer");
1140
1141     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1142     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1143     // disabling the verifier at your own substantial risk.
1144     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1145            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1146            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1147            "safepoint ir verifier.");
1148   }
1149 }
1150
1151 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1152 /// parse point.
1153 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1154                              const CallSite &CS,
1155                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1156   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
1157   findBasePointers(result.liveset, PointerToBase, &DT, DVCache);
1158
1159   if (PrintBasePointers) {
1160     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1161     // some tests.
1162     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1163     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1164     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1165     for (auto Pair : PointerToBase) {
1166       Temp.push_back(Pair.first);
1167     }
1168     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1169     for (Value *Ptr : Temp) {
1170       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1171       errs() << " derived %" << Ptr->getName() << " base %" << Base->getName()
1172              << "\n";
1173     }
1174   }
1175
1176   result.PointerToBase = PointerToBase;
1177 }
1178
1179 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1180 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1181 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1182                                   const CallSite &CS,
1183                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1184
1185 static void recomputeLiveInValues(
1186     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1187     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1188   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1189   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1190   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1191   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1192   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1193     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1194     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1195     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1196   }
1197 }
1198
1199 // When inserting gc.relocate calls, we need to ensure there are no uses
1200 // of the original value between the gc.statepoint and the gc.relocate call.
1201 // One case which can arise is a phi node starting one of the successor blocks.
1202 // We also need to be able to insert the gc.relocates only on the path which
1203 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
1204 // possible.
1205 static BasicBlock *
1206 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1207                             DominatorTree &DT) {
1208   BasicBlock *Ret = BB;
1209   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
1210     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1211   }
1212
1213   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1214   // from it
1215   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1216   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()));
1217
1218   // At this point, we can safely insert a gc.relocate as the first instruction
1219   // in Ret if needed.
1220   return Ret;
1221 }
1222
1223 static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
1224   auto itr = std::find(livevec.begin(), livevec.end(), val);
1225   assert(livevec.end() != itr);
1226   size_t index = std::distance(livevec.begin(), itr);
1227   assert(index < livevec.size());
1228   return index;
1229 }
1230
1231 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1232 // from original call to the safepoint.
1233 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1234   AttributeSet ret;
1235
1236   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1237     unsigned index = AS.getSlotIndex(Slot);
1238
1239     if (index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1240         index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1241
1242       for (auto it = AS.begin(Slot), it_end = AS.end(Slot); it != it_end;
1243            ++it) {
1244         Attribute attr = *it;
1245
1246         // Do not allow certain attributes - just skip them
1247         // Safepoint can not be read only or read none.
1248         if (attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1249             attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1250           continue;
1251
1252         ret = ret.addAttributes(
1253             AS.getContext(), index,
1254             AttributeSet::get(AS.getContext(), index, AttrBuilder(attr)));
1255       }
1256     }
1257
1258     // Just skip parameter attributes for now
1259   }
1260
1261   return ret;
1262 }
1263
1264 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1265 /// statepoint.
1266 /// Inputs:
1267 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1268 ///   liveStart - index of the first live variable.
1269 ///   basePtrs - base pointers.
1270 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1271 ///   bound.
1272 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1273 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
1274                               const int LiveStart,
1275                               ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
1276                               Instruction *StatepointToken,
1277                               IRBuilder<> Builder) {
1278   if (LiveVariables.empty())
1279     return;
1280   
1281   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1282   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1283   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1284   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1285   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1286   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1287   Module *M = StatepointToken->getModule();
1288   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1289   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1290   Value *GCRelocateDecl =
1291     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1292
1293   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1294     // Generate the gc.relocate call and save the result
1295     Value *BaseIdx =
1296       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1297     Value *LiveIdx =
1298       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
1299
1300     // only specify a debug name if we can give a useful one
1301     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1302         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1303         LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
1304                                     : "");
1305     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1306     // fake call.
1307     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1308   }
1309 }
1310
1311 static void
1312 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
1313                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &basePtrs,
1314                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &liveVariables,
1315                            Pass *P,
1316                            PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1317   assert(basePtrs.size() == liveVariables.size());
1318   assert(isStatepoint(CS) &&
1319          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1320
1321   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
1322   assert(BB);
1323   Function *F = BB->getParent();
1324   assert(F && "must be set");
1325   Module *M = F->getParent();
1326   (void)M;
1327   assert(M && "must be set");
1328
1329   // We're not changing the function signature of the statepoint since the gc
1330   // arguments go into the var args section.
1331   Function *gc_statepoint_decl = CS.getCalledFunction();
1332
1333   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1334   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1335   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1336   // be replacing a terminator.
1337   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
1338   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
1339   // Copy all of the arguments from the original statepoint - this includes the
1340   // target, call args, and deopt args
1341   SmallVector<llvm::Value *, 64> args;
1342   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1343   // TODO: Clear the 'needs rewrite' flag
1344
1345   // add all the pointers to be relocated (gc arguments)
1346   // Capture the start of the live variable list for use in the gc_relocates
1347   const int live_start = args.size();
1348   args.insert(args.end(), liveVariables.begin(), liveVariables.end());
1349
1350   // Create the statepoint given all the arguments
1351   Instruction *token = nullptr;
1352   AttributeSet return_attributes;
1353   if (CS.isCall()) {
1354     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1355     CallInst *call =
1356         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
1357     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
1358     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1359
1360     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1361     // function attributes.
1362     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1363     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1364     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1365     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1366     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1367
1368     token = call;
1369
1370     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1371     // the old call (which we're about to delete)
1372     BasicBlock::iterator next(toReplace);
1373     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
1374     next++;
1375     Instruction *IP = &*(next);
1376     Builder.SetInsertPoint(IP);
1377     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1378
1379   } else {
1380     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1381
1382     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1383     // moment at which point this will become the new terminator for the
1384     // original block.
1385     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
1386         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
1387         toReplace->getUnwindDest(), args, "statepoint_token", toReplace->getParent());
1388     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1389
1390     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1391     // function attributes.
1392     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1393     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1394     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1395     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1396     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1397
1398     token = invoke;
1399
1400     // Generate gc relocates in exceptional path
1401     BasicBlock *unwindBlock = toReplace->getUnwindDest();
1402     assert(!isa<PHINode>(unwindBlock->begin()) &&
1403            unwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1404            "can't safely insert in this block!");
1405
1406     Instruction *IP = &*(unwindBlock->getFirstInsertionPt());
1407     Builder.SetInsertPoint(IP);
1408     Builder.SetCurrentDebugLocation(toReplace->getDebugLoc());
1409
1410     // Extract second element from landingpad return value. We will attach
1411     // exceptional gc relocates to it.
1412     const unsigned idx = 1;
1413     Instruction *exceptional_token =
1414         cast<Instruction>(Builder.CreateExtractValue(
1415             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
1416     result.UnwindToken = exceptional_token;
1417
1418     CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
1419                       exceptional_token, Builder);
1420
1421     // Generate gc relocates and returns for normal block
1422     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
1423     assert(!isa<PHINode>(normalDest->begin()) &&
1424            normalDest->getUniquePredecessor() &&
1425            "can't safely insert in this block!");
1426
1427     IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
1428     Builder.SetInsertPoint(IP);
1429
1430     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1431     // statepoint
1432   }
1433   assert(token);
1434
1435   // Take the name of the original value call if it had one.
1436   token->takeName(CS.getInstruction());
1437
1438 // The GCResult is already inserted, we just need to find it
1439 #ifndef NDEBUG
1440   Instruction *toReplace = CS.getInstruction();
1441   assert((toReplace->hasNUses(0) || toReplace->hasNUses(1)) &&
1442          "only valid use before rewrite is gc.result");
1443   assert(!toReplace->hasOneUse() ||
1444          isGCResult(cast<Instruction>(*toReplace->user_begin())));
1445 #endif
1446
1447   // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1448   // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1449   // considered a live reference.
1450   CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(token);
1451
1452   result.StatepointToken = token;
1453
1454   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1455   CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs, token, Builder);
1456 }
1457
1458 namespace {
1459 struct name_ordering {
1460   Value *base;
1461   Value *derived;
1462   bool operator()(name_ordering const &a, name_ordering const &b) {
1463     return -1 == a.derived->getName().compare(b.derived->getName());
1464   }
1465 };
1466 }
1467 static void stablize_order(SmallVectorImpl<Value *> &basevec,
1468                            SmallVectorImpl<Value *> &livevec) {
1469   assert(basevec.size() == livevec.size());
1470
1471   SmallVector<name_ordering, 64> temp;
1472   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1473     name_ordering v;
1474     v.base = basevec[i];
1475     v.derived = livevec[i];
1476     temp.push_back(v);
1477   }
1478   std::sort(temp.begin(), temp.end(), name_ordering());
1479   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1480     basevec[i] = temp[i].base;
1481     livevec[i] = temp[i].derived;
1482   }
1483 }
1484
1485 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1486 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1487 //
1488 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1489 // values.  That's the callers responsibility.
1490 static void
1491 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
1492                        PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1493   auto liveset = result.liveset;
1494   auto PointerToBase = result.PointerToBase;
1495
1496   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1497   SmallVector<Value *, 64> basevec, livevec;
1498   livevec.reserve(liveset.size());
1499   basevec.reserve(liveset.size());
1500   for (Value *L : liveset) {
1501     livevec.push_back(L);
1502     assert(PointerToBase.count(L));
1503     Value *base = PointerToBase[L];
1504     basevec.push_back(base);
1505   }
1506   assert(livevec.size() == basevec.size());
1507
1508   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1509   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1510   // The order is otherwise meaningless.
1511   stablize_order(basevec, livevec);
1512
1513   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1514   makeStatepointExplicitImpl(CS, basevec, livevec, P, result);
1515   CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1516 }
1517
1518 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1519 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits store to the
1520 // assigned
1521 // location (via allocaMap) for the each one of them.
1522 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
1523 // for sanity check.
1524 static void
1525 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1526                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1527                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1528
1529   for (User *U : GCRelocs) {
1530     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
1531       continue;
1532
1533     IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
1534
1535     // We only care about relocates
1536     if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
1537         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
1538       continue;
1539     }
1540
1541     GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
1542     Value *OriginalValue =
1543         const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
1544     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1545     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1546
1547     // Emit store into the related alloca
1548     // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1549     // the correct type according to alloca.
1550     assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
1551     IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
1552     Value *CastedRelocatedValue =
1553         Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1554         RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
1555
1556     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1557     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1558
1559 #ifndef NDEBUG
1560     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1561 #endif
1562   }
1563 }
1564
1565 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1566 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1567 static void
1568 insertRematerializationStores(
1569   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1570   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1571   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1572
1573   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1574     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1575     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1576
1577     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1578            "Can not find alloca for rematerialized value");
1579     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1580
1581     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1582     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1583
1584 #ifndef NDEBUG
1585     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1586 #endif
1587   }
1588 }
1589
1590 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
1591 static void relocationViaAlloca(
1592     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1593     ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1594 #ifndef NDEBUG
1595   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1596   // number when we get done.
1597   int InitialAllocaNum = 0;
1598   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1599        I++)
1600     if (isa<AllocaInst>(*I))
1601       InitialAllocaNum++;
1602 #endif
1603
1604   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1605   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1606   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1607   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1608   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1609   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1610
1611   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1612   // "PromotableAllocas"
1613   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1614     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1615                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1616     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1617     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1618   };
1619
1620   // emit alloca for each live gc pointer
1621   for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
1622     emitAllocaFor(Live[i]);
1623   }
1624
1625   // emit allocas for rematerialized values
1626   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1627     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1628
1629     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1630       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1631       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1632         continue;
1633
1634       emitAllocaFor(OriginalValue);
1635       ++NumRematerializedValues;
1636     }
1637   }
1638
1639   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1640   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1641   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1642   // into distinct loops for performance reasons.
1643
1644   // update gc pointer after each statepoint
1645   // either store a relocated value or null (if no relocated value found for
1646   // this gc pointer and it is not a gc_result)
1647   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
1648   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
1649   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1650     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1651     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1652
1653     // This will be used for consistency check
1654     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1655
1656     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1657     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1658
1659     // In case if it was invoke statepoint
1660     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1661     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1662       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1663                              VisitedLiveValues);
1664     }
1665
1666     // Do similar thing with rematerialized values
1667     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1668                                   VisitedLiveValues);
1669
1670     if (ClobberNonLive) {
1671       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1672       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1673       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1674       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1675       // wise.
1676       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1677       for (auto Pair : AllocaMap) {
1678         Value *Def = Pair.first;
1679         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1680
1681         // This value was relocated
1682         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1683           continue;
1684         }
1685         ToClobber.push_back(Alloca);
1686       }
1687
1688       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1689         for (auto *AI : ToClobber) {
1690           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1691           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1692           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1693           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1694           Store->insertBefore(IP);
1695         }
1696       };
1697
1698       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1699       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1700       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1701         InsertClobbersAt(II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1702         InsertClobbersAt(II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1703       } else {
1704         BasicBlock::iterator Next(cast<CallInst>(Statepoint));
1705         Next++;
1706         InsertClobbersAt(Next);
1707       }
1708     }
1709   }
1710   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
1711   for (auto Pair : AllocaMap) {
1712     Value *Def = Pair.first;
1713     Value *Alloca = Pair.second;
1714
1715     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1716     // later update
1717     // that change the user information.
1718     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1719     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1720     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1721     for (User *U : Def->users()) {
1722       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1723         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1724         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1725         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1726         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1727         // use does not need to be fixed up.
1728         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1729       }
1730     }
1731
1732     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1733     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1734     Uses.erase(Last, Uses.end());
1735
1736     for (Instruction *Use : Uses) {
1737       if (isa<PHINode>(Use)) {
1738         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1739         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1740           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1741             LoadInst *Load = new LoadInst(
1742                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1743             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1744           }
1745         }
1746       } else {
1747         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1748         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1749       }
1750     }
1751
1752     // emit store for the initial gc value
1753     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
1754     // use list and an extra load will be inserted before it
1755     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1756     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1757       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1758         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1759         // into its normal destination block.
1760         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1761         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1762       } else {
1763         assert(!Inst->isTerminator() &&
1764                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1765                "InvokeInst which is handled above.");
1766         Store->insertAfter(Inst);
1767       }
1768     } else {
1769       assert(isa<Argument>(Def));
1770       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1771     }
1772   }
1773
1774   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1775          "we must have the same allocas with lives");
1776   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1777     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1778     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1779   }
1780
1781 #ifndef NDEBUG
1782   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1783        I++)
1784     if (isa<AllocaInst>(*I))
1785       InitialAllocaNum--;
1786   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1787 #endif
1788 }
1789
1790 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1791 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1792 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1793 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1794   SmallSet<T, 8> Seen;
1795   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1796               return !Seen.insert(V).second;
1797             }), Vec.end());
1798 }
1799
1800 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1801 /// lifetime of the call.
1802 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1803                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1804   if (Values.empty())
1805     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1806     return;
1807
1808   Module *M = CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent();
1809   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1810   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1811       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1812   if (CS.isCall()) {
1813     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1814     BasicBlock::iterator Next(CS.getInstruction());
1815     Next++;
1816     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "", Next));
1817     return;
1818   }
1819   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1820   // exceptional destination blocks
1821   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1822   Holders.push_back(CallInst::Create(
1823       Func, Values, "", II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1824   Holders.push_back(CallInst::Create(
1825       Func, Values, "", II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1826 }
1827
1828 static void findLiveReferences(
1829     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1830     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1831   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1832   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1833   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1834     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1835     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1836     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1837   }
1838 }
1839
1840 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
1841 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
1842 /// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
1843 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1844 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1845 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
1846 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1847                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1848                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1849                               DominatorTree &DT) {
1850   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1851   for (Value *V : LiveSet)
1852     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1853       ToSplit.push_back(V);
1854
1855   if (ToSplit.empty())
1856     return;
1857
1858   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1859
1860   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1861
1862   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1863   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1864   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1865   for (Value *V : ToSplit) {
1866     AllocaInst *Alloca =
1867         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1868     AllocaMap[V] = Alloca;
1869
1870     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1871     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1872     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1873     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1874       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1875     ElementMapping[V] = Elements;
1876
1877     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1878       Builder.SetInsertPoint(IP);
1879       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1880       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1881       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1882         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1883                                                 Builder.getInt32(i));
1884       return ResultVec;
1885     };
1886
1887     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1888       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1889       Next++;
1890       Instruction *IP = &*(Next);
1891       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1892       Replacements[V].second = nullptr;
1893     } else {
1894       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1895       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1896       // blocks
1897       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1898       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1899       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1900       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1901       // Insert insert element sequences in both successors
1902       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1903       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1904       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1905       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1906     }
1907   }
1908
1909   for (Value *V : ToSplit) {
1910     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
1911
1912     // Capture all users before we start mutating use lists
1913     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
1914     for (User *U : V->users())
1915       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
1916
1917     for (Instruction *I : Users) {
1918       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1919         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
1920           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
1921             LoadInst *Load = new LoadInst(
1922                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1923             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1924           }
1925       } else {
1926         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
1927         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
1928       }
1929     }
1930
1931     // Store the original value and the replacement value into the alloca
1932     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
1933     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
1934       Store->insertAfter(I);
1935     else
1936       Store->insertAfter(Alloca);
1937
1938     // Normal return for invoke, or call return
1939     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
1940     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1941     // Unwind return for invoke only
1942     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
1943     if (Replacement)
1944       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1945   }
1946
1947   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1948   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
1949   for (Value *V : ToSplit)
1950     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
1951   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
1952
1953   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
1954   // changes we just made.
1955   for (Value *V : ToSplit) {
1956     auto &Elements = ElementMapping[V];
1957
1958     LiveSet.erase(V);
1959     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
1960     // We need to update the base mapping as well.
1961     assert(PointerToBase.count(V));
1962     Value *OldBase = PointerToBase[V];
1963     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
1964     PointerToBase.erase(V);
1965     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
1966     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
1967       Value *Elem = Elements[i];
1968       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
1969     }
1970   }
1971 }
1972
1973 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1974 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
1975 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
1976 // successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
1977 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
1978 // recorded.
1979 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
1980   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1981   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
1982
1983   // We have found a base value
1984   if (CurrentValue == BaseValue) {
1985     return true;
1986   }
1987
1988   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1989     ChainToBase.push_back(GEP);
1990     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1991                                                   GEP->getPointerOperand(),
1992                                                   BaseValue);
1993   }
1994
1995   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1996     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
1997
1998     // This two checks are basically similar. First one is here for the
1999     // consistency with findBasePointers logic.
2000     assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
2001     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2002       return false;
2003
2004     ChainToBase.push_back(CI);
2005     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
2006   }
2007
2008   // Not supported instruction in the chain
2009   return false;
2010 }
2011
2012 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2013 // chain we are going to rematerialize.
2014 static unsigned
2015 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2016                        TargetTransformInfo &TTI) {
2017   unsigned Cost = 0;
2018
2019   for (Instruction *Instr : Chain) {
2020     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2021       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2022              "non noop cast is found during rematerialization");
2023
2024       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2025       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
2026
2027     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2028       // Cost of the address calculation
2029       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
2030       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2031
2032       // And cost of the GEP itself
2033       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2034       //       allowed for the external usage)
2035       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2036         Cost += 2;
2037
2038     } else {
2039       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
2040     }
2041   }
2042
2043   return Cost;
2044 }
2045
2046 // From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
2047 // relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
2048 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2049 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2050 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
2051                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2052                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2053   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2054
2055   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2056   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2057   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2058
2059   for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
2060     // For each live pointer find it's defining chain
2061     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2062     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2063     bool FoundChain =
2064       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2065                                              LiveValue,
2066                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
2067     // Nothing to do, or chain is too long
2068     if (!FoundChain ||
2069         ChainToBase.size() == 0 ||
2070         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2071       continue;
2072
2073     // Compute cost of this chain
2074     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2075     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2076     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2077     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2078     //       don't have any uses besides this statepoint.
2079
2080     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2081     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2082     if (CS.isInvoke()) {
2083       Cost *= 2;
2084     }
2085     // If it's too expensive - skip it
2086     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2087       continue;
2088
2089     // Remove value from the live set
2090     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2091
2092     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2093
2094     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2095     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2096
2097     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2098     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2099     // which should be used after statepoint.
2100     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
2101       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2102       Instruction *LastValue = nullptr;
2103       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2104         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2105         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2106         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2107         // otherwise not used after this statepoint.
2108         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2109
2110         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2111         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2112         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2113
2114         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2115         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2116         if (LastClonedValue) {
2117           assert(LastValue);
2118           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2119 #ifndef NDEBUG
2120           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2121           // this chain other than LastClonedValue
2122           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2123             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2124                        ChainToBase.end() &&
2125                    "incorrect use in rematerialization chain");
2126           }
2127 #endif
2128         }
2129
2130         LastClonedValue = ClonedValue;
2131         LastValue = Instr;
2132       }
2133       assert(LastClonedValue);
2134       return LastClonedValue;
2135     };
2136
2137     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2138     // instructions both on normal and unwind path.
2139     if (CS.isCall()) {
2140       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2141       assert(InsertBefore);
2142       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2143       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2144     } else {
2145       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2146
2147       Instruction *NormalInsertBefore =
2148           Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2149       Instruction *UnwindInsertBefore =
2150           Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2151
2152       Instruction *NormalRematerializedValue =
2153           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2154       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2155           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2156
2157       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2158       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2159     }
2160   }
2161
2162   // Remove rematerializaed values from the live set
2163   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2164     Info.liveset.erase(LiveValue);
2165   }
2166 }
2167
2168 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
2169                               SmallVectorImpl<CallSite> &toUpdate) {
2170 #ifndef NDEBUG
2171   // sanity check the input
2172   std::set<CallSite> uniqued;
2173   uniqued.insert(toUpdate.begin(), toUpdate.end());
2174   assert(uniqued.size() == toUpdate.size() && "no duplicates please!");
2175
2176   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2177     CallSite &CS = toUpdate[i];
2178     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2179     assert(isStatepoint(CS) && "expected to already be a deopt statepoint");
2180   }
2181 #endif
2182
2183   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2184   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2185   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2186   // may restructure the CFG.
2187   for (CallSite CS : toUpdate) {
2188     if (!CS.isInvoke())
2189       continue;
2190     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2191     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
2192                                 DT);
2193     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
2194                                 DT);
2195   }
2196
2197   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2198   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2199   SmallVector<CallInst *, 64> holders;
2200
2201   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2202   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2203   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2204   // thus makes sure they get relocated.)
2205   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2206     CallSite &CS = toUpdate[i];
2207     Statepoint StatepointCS(CS);
2208
2209     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2210     for (Use &U : StatepointCS.vm_state_args()) {
2211       Value *Arg = cast<Value>(&U);
2212       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2213              "support for FCA unimplemented");
2214       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2215         DeoptValues.push_back(Arg);
2216     }
2217     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, holders);
2218   }
2219
2220   SmallVector<struct PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> records;
2221   records.reserve(toUpdate.size());
2222   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2223     struct PartiallyConstructedSafepointRecord info;
2224     records.push_back(info);
2225   }
2226   assert(records.size() == toUpdate.size());
2227
2228   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2229   // site.
2230   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
2231
2232   // B) Find the base pointers for each live pointer
2233   /* scope for caching */ {
2234     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2235     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2236     // large numbers of duplicate base_phis.
2237     DefiningValueMapTy DVCache;
2238
2239     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2240       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2241       CallSite &CS = toUpdate[i];
2242       findBasePointers(DT, DVCache, CS, info);
2243     }
2244   } // end of cache scope
2245
2246   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2247   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2248   // example is:
2249   // loop:
2250   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2251   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2252   //   gep a + 1
2253   //   safepoint 2
2254   //   br loop
2255   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2256   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2257   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2258   // remove the dummy calls.
2259   holders.reserve(holders.size() + records.size());
2260   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2261     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2262     CallSite &CS = toUpdate[i];
2263
2264     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2265     for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2266       Bases.push_back(Pair.second);
2267     }
2268     insertUseHolderAfter(CS, Bases, holders);
2269   }
2270
2271   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2272   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2273   // not the key issue.
2274   recomputeLiveInValues(F, DT, P, toUpdate, records);
2275
2276   if (PrintBasePointers) {
2277     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2278       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2279       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2280       for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2281         errs() << " derived %" << Pair.first->getName() << " base %"
2282                << Pair.second->getName() << "\n";
2283       }
2284     }
2285   }
2286   for (size_t i = 0; i < holders.size(); i++) {
2287     holders[i]->eraseFromParent();
2288     holders[i] = nullptr;
2289   }
2290   holders.clear();
2291
2292   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2293   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2294   // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
2295   // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
2296   // to scalarize here.
2297   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2298     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2299     Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
2300     splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
2301                       info.PointerToBase, DT);
2302   }
2303
2304   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2305   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2306   // does not influence correctness.
2307   TargetTransformInfo &TTI =
2308     P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2309
2310   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2311     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2312     CallSite &CS = toUpdate[i];
2313
2314     rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
2315   }
2316
2317   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2318   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2319   // relocated. We have references to live variables that need to
2320   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2321   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2322   // the old statepoint calls as we go.)
2323   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2324     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2325     CallSite &CS = toUpdate[i];
2326     makeStatepointExplicit(DT, CS, P, info);
2327   }
2328   toUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2329
2330   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2331   SmallVector<Value *, 128> live;
2332   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2333     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2334     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2335     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2336     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2337     // Thankfully, the liveset is embedded in the statepoint (and updated), so
2338     // we just grab that.
2339     Statepoint statepoint(info.StatepointToken);
2340     live.insert(live.end(), statepoint.gc_args_begin(),
2341                 statepoint.gc_args_end());
2342 #ifndef NDEBUG
2343     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2344     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2345     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2346     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2347     assert(DT.isReachableFromEntry(info.StatepointToken->getParent()) &&
2348            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2349     for (Value *V : statepoint.gc_args()) {
2350       if (!isa<Instruction>(V))
2351         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2352         continue;
2353       auto LiveInst = cast<Instruction>(V);
2354       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2355              "unreachable values should never be live");
2356       assert(DT.dominates(LiveInst, info.StatepointToken) &&
2357              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2358     }
2359 #endif
2360   }
2361   unique_unsorted(live);
2362
2363 #ifndef NDEBUG
2364   // sanity check
2365   for (auto ptr : live) {
2366     assert(isGCPointerType(ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2367   }
2368 #endif
2369
2370   relocationViaAlloca(F, DT, live, records);
2371   return !records.empty();
2372 }
2373
2374 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2375 template <typename AttrHolder>
2376 static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2377                                    unsigned Index) {
2378   AttrBuilder R;
2379   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2380     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2381                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2382   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2383     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2384                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2385
2386   if (!R.empty())
2387     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2388         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2389 }
2390
2391 void
2392 RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
2393   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2394
2395   for (Argument &A : F.args())
2396     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2397       RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2398
2399   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2400     RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2401 }
2402
2403 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
2404   if (F.empty())
2405     return;
2406
2407   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2408   MDBuilder Builder(Ctx);
2409
2410   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2411     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2412       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2413       bool IsImmutableTBAA =
2414           MD->getNumOperands() == 4 &&
2415           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2416
2417       if (!IsImmutableTBAA)
2418         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2419
2420       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2421       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2422       uint64_t Offset =
2423           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2424
2425       MDNode *MutableTBAA =
2426           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2427       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2428     }
2429
2430     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2431       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2432         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2433           RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2434       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2435         RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2436     }
2437   }
2438 }
2439
2440 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2441 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2442 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2443   // TODO: This should check the GCStrategy
2444   if (F.hasGC()) {
2445     const char *FunctionGCName = F.getGC();
2446     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2447     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2448     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2449            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2450   } else
2451     return false;
2452 }
2453
2454 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
2455 #ifndef NDEBUG
2456   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2457          "precondition!");
2458 #endif
2459
2460   for (Function &F : M)
2461     stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
2462
2463   for (Function &F : M)
2464     stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
2465 }
2466
2467 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2468   // Nothing to do for declarations.
2469   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2470     return false;
2471
2472   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2473   // compiling code without a GCStrategy.
2474   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2475     return false;
2476
2477   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2478
2479   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2480   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2481   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2482   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2483   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2484   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2485     // TODO: only the ones with the flag set!
2486     if (isStatepoint(I)) {
2487       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2488         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2489       else
2490         HasUnreachableStatepoint = true;
2491     }
2492   }
2493
2494   bool MadeChange = false;
2495
2496   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2497   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2498   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2499   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2500   if (HasUnreachableStatepoint)
2501     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2502
2503   // Return early if no work to do.
2504   if (ParsePointNeeded.empty())
2505     return MadeChange;
2506
2507   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2508   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2509   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2510   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2511   for (BasicBlock &BB : F)
2512     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2513       MadeChange = true;
2514       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2515     }
2516
2517   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2518   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2519   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2520   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2521   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2522   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2523   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2524   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2525   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2526   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2527   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2528   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2529   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2530   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2531     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2532       if (BI->isConditional())
2533         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2534     // TODO: Extend this to handle switches
2535     return nullptr;
2536   };
2537   for (BasicBlock &BB : F) {
2538     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2539     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2540       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2541       // most instructions without side effects or memory access.  
2542       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2543         MadeChange = true;
2544         Cond->moveBefore(TI);
2545       }
2546   }
2547
2548   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
2549   return MadeChange;
2550 }
2551
2552 // liveness computation via standard dataflow
2553 // -------------------------------------------------------------------
2554
2555 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2556 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2557
2558 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2559 /// the live-out set of the basic block
2560 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2561                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2562                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2563
2564   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2565     Instruction *I = &*ritr;
2566
2567     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2568     LiveTmp.erase(I);
2569
2570     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2571     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2572     if (isa<PHINode>(I))
2573       continue;
2574
2575     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2576     for (Value *V : I->operands()) {
2577       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2578              "support for FCA unimplemented");
2579       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2580         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2581         // There are two independent reasons:
2582         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2583         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2584         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2585         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2586         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2587         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2588         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2589         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2590         LiveTmp.insert(V);
2591       }
2592     }
2593   }
2594 }
2595
2596 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2597
2598   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2599     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2600     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2601       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2602       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2603       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2604              "support for FCA unimplemented");
2605       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2606         LiveTmp.insert(V);
2607       }
2608     }
2609   }
2610 }
2611
2612 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2613   DenseSet<Value *> KillSet;
2614   for (Instruction &I : *BB)
2615     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2616       KillSet.insert(&I);
2617   return KillSet;
2618 }
2619
2620 #ifndef NDEBUG
2621 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2622 /// sanity check for the liveness computation.
2623 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2624                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2625   for (Value *V : Live) {
2626     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2627       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2628       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2629       // such, we need to special case this to allow it.
2630       if (TermOkay && TI == I)
2631         continue;
2632       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2633              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2634     }
2635   }
2636 }
2637
2638 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2639 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2640 /// a def.
2641 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2642                           BasicBlock &BB) {
2643   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2644   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2645   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2646 }
2647 #endif
2648
2649 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2650                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2651
2652   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2653   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2654     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2655     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2656   };
2657   auto NextItem = [&]() {
2658     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2659     Worklist.pop_back();
2660     return BB;
2661   };
2662
2663   // Seed the liveness for each individual block
2664   for (BasicBlock &BB : F) {
2665     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2666     Data.LiveSet[&BB].clear();
2667     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2668
2669 #ifndef NDEBUG
2670     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2671       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2672 #endif
2673
2674     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2675     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2676     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2677     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2678     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2679     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2680       AddPredsToWorklist(&BB);
2681   }
2682
2683   // Propagate that liveness until stable
2684   while (!Worklist.empty()) {
2685     BasicBlock *BB = NextItem();
2686
2687     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2688     // despite the contribution of our successor.
2689     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2690     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2691     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2692       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2693       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2694     }
2695     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2696     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2697       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2698       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2699       // hasn't changed.
2700       continue;
2701     }
2702     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2703
2704     // Apply the effects of this basic block
2705     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2706     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2707     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2708
2709     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2710     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2711     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2712     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2713       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2714       AddPredsToWorklist(BB);
2715     }
2716   } // while( !worklist.empty() )
2717
2718 #ifndef NDEBUG
2719   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2720   // missing kills during the above iteration.
2721   for (BasicBlock &BB : F) {
2722     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2723   }
2724 #endif
2725 }
2726
2727 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2728                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2729
2730   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2731
2732   // Note: The copy is intentional and required
2733   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2734   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2735
2736   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2737   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2738   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2739   // specifically what we need to relocate
2740   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst);
2741   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2742   LiveOut.erase(Inst);
2743   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2744 }
2745
2746 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2747                                   const CallSite &CS,
2748                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2749   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2750   StatepointLiveSetTy Updated;
2751   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2752
2753 #ifndef NDEBUG
2754   DenseSet<Value *> Bases;
2755   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2756     Bases.insert(KVPair.second);
2757   }
2758 #endif
2759   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2760   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2761   for (auto V : Updated)
2762     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2763       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2764       Info.PointerToBase[V] = V;
2765       continue;
2766     }
2767
2768 #ifndef NDEBUG
2769   for (auto V : Updated) {
2770     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2771            "must be able to find base for live value");
2772   }
2773 #endif
2774
2775   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2776   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2777   DenseSet<Value *> ToErase;
2778   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2779     if (!Updated.count(KVPair.first))
2780       ToErase.insert(KVPair.first);
2781   for (auto V : ToErase)
2782     Info.PointerToBase.erase(V);
2783
2784 #ifndef NDEBUG
2785   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2786     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2787 #endif
2788
2789   Info.liveset = Updated;
2790 }