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