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[oota-llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
1 //===- InstCombineLoadStoreAlloca.cpp -------------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the visit functions for load, store and alloca.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "InstCombine.h"
15 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
16 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
17 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
18 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
19 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
20 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
21 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
22 using namespace llvm;
23
24 #define DEBUG_TYPE "instcombine"
25
26 STATISTIC(NumDeadStore,    "Number of dead stores eliminated");
27 STATISTIC(NumGlobalCopies, "Number of allocas copied from constant global");
28
29 /// pointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
30 /// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
31 /// constant expressions because we can't rewrite arbitrary instructions.
32 static bool pointsToConstantGlobal(Value *V) {
33   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
34     return GV->isConstant();
35
36   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
37     if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
38         CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast ||
39         CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
40       return pointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
41   }
42   return false;
43 }
44
45 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
46 /// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
47 /// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
48 /// track of whether it moves the pointer (with IsOffset) but otherwise traverse
49 /// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
50 /// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
51 /// can optimize this.
52 static bool
53 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
54                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
55   // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
56   // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
57   // eliminate the markers.
58
59   SmallVector<std::pair<Value *, bool>, 35> ValuesToInspect;
60   ValuesToInspect.push_back(std::make_pair(V, false));
61   while (!ValuesToInspect.empty()) {
62     auto ValuePair = ValuesToInspect.pop_back_val();
63     const bool IsOffset = ValuePair.second;
64     for (auto &U : ValuePair.first->uses()) {
65       Instruction *I = cast<Instruction>(U.getUser());
66
67       if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
68         // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
69         if (!LI->isSimple()) return false;
70         continue;
71       }
72
73       if (isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
74         // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
75         ValuesToInspect.push_back(std::make_pair(I, IsOffset));
76         continue;
77       }
78       if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
79         // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer. If it
80         // doesn't, it does.
81         ValuesToInspect.push_back(
82             std::make_pair(I, IsOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()));
83         continue;
84       }
85
86       if (CallSite CS = I) {
87         // If this is the function being called then we treat it like a load and
88         // ignore it.
89         if (CS.isCallee(&U))
90           continue;
91
92         // Inalloca arguments are clobbered by the call.
93         unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(&U);
94         if (CS.isInAllocaArgument(ArgNo))
95           return false;
96
97         // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
98         // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
99         // ignore it if we know that the value isn't captured.
100         if (CS.onlyReadsMemory() &&
101             (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(ArgNo)))
102           continue;
103
104         // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
105         // copy, so it is only a read of the alloca.
106         if (CS.isByValArgument(ArgNo))
107           continue;
108       }
109
110       // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
111       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
112         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
113             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
114           assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
115           ToDelete.push_back(II);
116           continue;
117         }
118       }
119
120       // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
121       // handle.
122       MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(I);
123       if (!MI)
124         return false;
125
126       // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
127       // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
128       if (U.getOperandNo() == 1) {
129         if (MI->isVolatile()) return false;
130         continue;
131       }
132
133       // If we already have seen a copy, reject the second one.
134       if (TheCopy) return false;
135
136       // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
137       // safely handle this.
138       if (IsOffset) return false;
139
140       // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
141       if (U.getOperandNo() != 0) return false;
142
143       // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
144       if (!pointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
145         return false;
146
147       // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
148       TheCopy = MI;
149     }
150   }
151   return true;
152 }
153
154 /// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
155 /// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
156 /// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
157 static MemTransferInst *
158 isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
159                                SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
160   MemTransferInst *TheCopy = nullptr;
161   if (isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, ToDelete))
162     return TheCopy;
163   return nullptr;
164 }
165
166 Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
167   // Ensure that the alloca array size argument has type intptr_t, so that
168   // any casting is exposed early.
169   if (DL) {
170     Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(AI.getType());
171     if (AI.getArraySize()->getType() != IntPtrTy) {
172       Value *V = Builder->CreateIntCast(AI.getArraySize(),
173                                         IntPtrTy, false);
174       AI.setOperand(0, V);
175       return &AI;
176     }
177   }
178
179   // Convert: alloca Ty, C - where C is a constant != 1 into: alloca [C x Ty], 1
180   if (AI.isArrayAllocation()) {  // Check C != 1
181     if (const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(AI.getArraySize())) {
182       Type *NewTy =
183         ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getZExtValue());
184       AllocaInst *New = Builder->CreateAlloca(NewTy, nullptr, AI.getName());
185       New->setAlignment(AI.getAlignment());
186
187       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
188       // allocas if possible...also skip interleaved debug info
189       //
190       BasicBlock::iterator It = New;
191       while (isa<AllocaInst>(*It) || isa<DbgInfoIntrinsic>(*It)) ++It;
192
193       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
194       // insert our getelementptr instruction...
195       //
196       Type *IdxTy = DL
197                   ? DL->getIntPtrType(AI.getType())
198                   : Type::getInt64Ty(AI.getContext());
199       Value *NullIdx = Constant::getNullValue(IdxTy);
200       Value *Idx[2] = { NullIdx, NullIdx };
201       Instruction *GEP =
202         GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, New->getName() + ".sub");
203       InsertNewInstBefore(GEP, *It);
204
205       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
206       // allocation.
207       return ReplaceInstUsesWith(AI, GEP);
208     } else if (isa<UndefValue>(AI.getArraySize())) {
209       return ReplaceInstUsesWith(AI, Constant::getNullValue(AI.getType()));
210     }
211   }
212
213   if (DL && AI.getAllocatedType()->isSized()) {
214     // If the alignment is 0 (unspecified), assign it the preferred alignment.
215     if (AI.getAlignment() == 0)
216       AI.setAlignment(DL->getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
217
218     // Move all alloca's of zero byte objects to the entry block and merge them
219     // together.  Note that we only do this for alloca's, because malloc should
220     // allocate and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
221     if (DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0) {
222       // For a zero sized alloca there is no point in doing an array allocation.
223       // This is helpful if the array size is a complicated expression not used
224       // elsewhere.
225       if (AI.isArrayAllocation()) {
226         AI.setOperand(0, ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), 1));
227         return &AI;
228       }
229
230       // Get the first instruction in the entry block.
231       BasicBlock &EntryBlock = AI.getParent()->getParent()->getEntryBlock();
232       Instruction *FirstInst = EntryBlock.getFirstNonPHIOrDbg();
233       if (FirstInst != &AI) {
234         // If the entry block doesn't start with a zero-size alloca then move
235         // this one to the start of the entry block.  There is no problem with
236         // dominance as the array size was forced to a constant earlier already.
237         AllocaInst *EntryAI = dyn_cast<AllocaInst>(FirstInst);
238         if (!EntryAI || !EntryAI->getAllocatedType()->isSized() ||
239             DL->getTypeAllocSize(EntryAI->getAllocatedType()) != 0) {
240           AI.moveBefore(FirstInst);
241           return &AI;
242         }
243
244         // If the alignment of the entry block alloca is 0 (unspecified),
245         // assign it the preferred alignment.
246         if (EntryAI->getAlignment() == 0)
247           EntryAI->setAlignment(
248             DL->getPrefTypeAlignment(EntryAI->getAllocatedType()));
249         // Replace this zero-sized alloca with the one at the start of the entry
250         // block after ensuring that the address will be aligned enough for both
251         // types.
252         unsigned MaxAlign = std::max(EntryAI->getAlignment(),
253                                      AI.getAlignment());
254         EntryAI->setAlignment(MaxAlign);
255         if (AI.getType() != EntryAI->getType())
256           return new BitCastInst(EntryAI, AI.getType());
257         return ReplaceInstUsesWith(AI, EntryAI);
258       }
259     }
260   }
261
262   if (AI.getAlignment()) {
263     // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
264     // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
265     // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
266     // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
267     // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
268     // is only subsequently read.
269     SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
270     if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(&AI, ToDelete)) {
271       unsigned SourceAlign = getOrEnforceKnownAlignment(Copy->getSource(),
272                                                         AI.getAlignment(),
273                                                         DL, AT, &AI, DT);
274       if (AI.getAlignment() <= SourceAlign) {
275         DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
276         DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
277         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
278           EraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
279         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
280         Constant *Cast
281           = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, AI.getType());
282         Instruction *NewI = ReplaceInstUsesWith(AI, Cast);
283         EraseInstFromFunction(*Copy);
284         ++NumGlobalCopies;
285         return NewI;
286       }
287     }
288   }
289
290   // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
291   // unused allocas.
292   return visitAllocSite(AI);
293 }
294
295 /// \brief Helper to combine a load to a new type.
296 ///
297 /// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
298 /// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
299 /// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
300 /// that pointer type, load it, etc.
301 ///
302 /// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
303 /// point the \c InstCombiner currently is using.
304 static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy) {
305   Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
306   unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
307   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
308   LI.getAllMetadata(MD);
309
310   LoadInst *NewLoad = IC.Builder->CreateAlignedLoad(
311       IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS)),
312       LI.getAlignment(), LI.getName());
313   for (const auto &MDPair : MD) {
314     unsigned ID = MDPair.first;
315     MDNode *N = MDPair.second;
316     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
317     // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
318     // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
319     // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
320     // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
321     // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
322     // to loads, you almost certainly want to add it here.
323     switch (ID) {
324     case LLVMContext::MD_dbg:
325     case LLVMContext::MD_tbaa:
326     case LLVMContext::MD_prof:
327     case LLVMContext::MD_fpmath:
328     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
329     case LLVMContext::MD_invariant_load:
330     case LLVMContext::MD_alias_scope:
331     case LLVMContext::MD_noalias:
332       // All of these directly apply.
333       NewLoad->setMetadata(ID, N);
334       break;
335
336     case LLVMContext::MD_range:
337       // FIXME: It would be nice to propagate this in some way, but the type
338       // conversions make it hard.
339       break;
340     }
341   }
342   // FIXME: These metadata nodes should really have enumerators and be handled
343   // above.
344   if (MDNode *N = LI.getMetadata("nontemporal"))
345     NewLoad->setMetadata("nontemporal", N);
346   if (MDNode *N = LI.getMetadata("llvm.mem.parallel_loop_access"))
347     NewLoad->setMetadata("llvm.mem.parallel_loop_access", N);
348   return NewLoad;
349 }
350
351 /// \brief Combine loads to match the type of value their uses after looking
352 /// through intervening bitcasts.
353 ///
354 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
355 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
356 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
357 /// instead directly load a pointer.
358 ///
359 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
360 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
361 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
362 /// of their consuming operations.
363 ///
364 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
365 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
366 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
367 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
368 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
369   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
370   // loads here but it isn't clear that this is important.
371   if (!LI.isSimple())
372     return nullptr;
373
374   if (LI.use_empty())
375     return nullptr;
376
377
378   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
379   if (LI.hasOneUse())
380     if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(LI.user_back())) {
381       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, BC->getDestTy());
382       BC->replaceAllUsesWith(NewLoad);
383       IC.EraseInstFromFunction(*BC);
384       return &LI;
385     }
386
387   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
388   // cast to other types.
389   return nullptr;
390 }
391
392 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
393   Value *Op = LI.getOperand(0);
394
395   // Try to canonicalize the loaded type.
396   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
397     return Res;
398
399   // Attempt to improve the alignment.
400   if (DL) {
401     unsigned KnownAlign =
402       getOrEnforceKnownAlignment(Op, DL->getPrefTypeAlignment(LI.getType()),
403                                  DL, AT, &LI, DT);
404     unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
405     unsigned EffectiveLoadAlign = LoadAlign != 0 ? LoadAlign :
406       DL->getABITypeAlignment(LI.getType());
407
408     if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
409       LI.setAlignment(KnownAlign);
410     else if (LoadAlign == 0)
411       LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
412   }
413
414   // None of the following transforms are legal for volatile/atomic loads.
415   // FIXME: Some of it is okay for atomic loads; needs refactoring.
416   if (!LI.isSimple()) return nullptr;
417
418   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
419   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
420   // separated by a few arithmetic operations.
421   BasicBlock::iterator BBI = &LI;
422   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(Op, LI.getParent(), BBI,6))
423     return ReplaceInstUsesWith(LI, AvailableVal);
424
425   // load(gep null, ...) -> unreachable
426   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
427     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
428     // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
429     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0){
430       // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
431       // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
432       // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
433       // CFG.
434       new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
435                     Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
436       return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
437     }
438   }
439
440   // load null/undef -> unreachable
441   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
442   if (isa<UndefValue>(Op) ||
443       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0)) {
444     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate that
445     // this code is not reachable.  We do this instead of inserting an
446     // unreachable instruction directly because we cannot modify the CFG.
447     new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
448                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
449     return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
450   }
451
452   if (Op->hasOneUse()) {
453     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
454     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
455     // exposes redundancy in the code.
456     //
457     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
458     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
459     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
460     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
461     // unconditionally.
462     //
463     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
464       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
465       unsigned Align = LI.getAlignment();
466       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), SI, Align, DL) &&
467           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), SI, Align, DL)) {
468         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
469                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
470         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
471                                            SI->getOperand(2)->getName()+".val");
472         V1->setAlignment(Align);
473         V2->setAlignment(Align);
474         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
475       }
476
477       // load (select (cond, null, P)) -> load P
478       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
479         if (C->isNullValue()) {
480           LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
481           return &LI;
482         }
483
484       // load (select (cond, P, null)) -> load P
485       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(2)))
486         if (C->isNullValue()) {
487           LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
488           return &LI;
489         }
490     }
491   }
492   return nullptr;
493 }
494
495 /// InstCombineStoreToCast - Fold store V, (cast P) -> store (cast V), P
496 /// when possible.  This makes it generally easy to do alias analysis and/or
497 /// SROA/mem2reg of the memory object.
498 static Instruction *InstCombineStoreToCast(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
499   User *CI = cast<User>(SI.getOperand(1));
500   Value *CastOp = CI->getOperand(0);
501
502   Type *DestPTy = CI->getType()->getPointerElementType();
503   PointerType *SrcTy = dyn_cast<PointerType>(CastOp->getType());
504   if (!SrcTy) return nullptr;
505
506   Type *SrcPTy = SrcTy->getElementType();
507
508   if (!DestPTy->isIntegerTy() && !DestPTy->isPointerTy())
509     return nullptr;
510
511   /// NewGEPIndices - If SrcPTy is an aggregate type, we can emit a "noop gep"
512   /// to its first element.  This allows us to handle things like:
513   ///   store i32 xxx, (bitcast {foo*, float}* %P to i32*)
514   /// on 32-bit hosts.
515   SmallVector<Value*, 4> NewGEPIndices;
516
517   // If the source is an array, the code below will not succeed.  Check to
518   // see if a trivial 'gep P, 0, 0' will help matters.  Only do this for
519   // constants.
520   if (SrcPTy->isArrayTy() || SrcPTy->isStructTy()) {
521     // Index through pointer.
522     Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(SI.getContext()));
523     NewGEPIndices.push_back(Zero);
524
525     while (1) {
526       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(SrcPTy)) {
527         if (!STy->getNumElements()) /* Struct can be empty {} */
528           break;
529         NewGEPIndices.push_back(Zero);
530         SrcPTy = STy->getElementType(0);
531       } else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(SrcPTy)) {
532         NewGEPIndices.push_back(Zero);
533         SrcPTy = ATy->getElementType();
534       } else {
535         break;
536       }
537     }
538
539     SrcTy = PointerType::get(SrcPTy, SrcTy->getAddressSpace());
540   }
541
542   if (!SrcPTy->isIntegerTy() && !SrcPTy->isPointerTy())
543     return nullptr;
544
545   // If the pointers point into different address spaces don't do the
546   // transformation.
547   if (SrcTy->getAddressSpace() != CI->getType()->getPointerAddressSpace())
548     return nullptr;
549
550   // If the pointers point to values of different sizes don't do the
551   // transformation.
552   if (!IC.getDataLayout() ||
553       IC.getDataLayout()->getTypeSizeInBits(SrcPTy) !=
554       IC.getDataLayout()->getTypeSizeInBits(DestPTy))
555     return nullptr;
556
557   // If the pointers point to pointers to different address spaces don't do the
558   // transformation. It is not safe to introduce an addrspacecast instruction in
559   // this case since, depending on the target, addrspacecast may not be a no-op
560   // cast.
561   if (SrcPTy->isPointerTy() && DestPTy->isPointerTy() &&
562       SrcPTy->getPointerAddressSpace() != DestPTy->getPointerAddressSpace())
563     return nullptr;
564
565   // Okay, we are casting from one integer or pointer type to another of
566   // the same size.  Instead of casting the pointer before
567   // the store, cast the value to be stored.
568   Value *NewCast;
569   Instruction::CastOps opcode = Instruction::BitCast;
570   Type* CastSrcTy = DestPTy;
571   Type* CastDstTy = SrcPTy;
572   if (CastDstTy->isPointerTy()) {
573     if (CastSrcTy->isIntegerTy())
574       opcode = Instruction::IntToPtr;
575   } else if (CastDstTy->isIntegerTy()) {
576     if (CastSrcTy->isPointerTy())
577       opcode = Instruction::PtrToInt;
578   }
579
580   // SIOp0 is a pointer to aggregate and this is a store to the first field,
581   // emit a GEP to index into its first field.
582   if (!NewGEPIndices.empty())
583     CastOp = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(CastOp, NewGEPIndices);
584
585   Value *SIOp0 = SI.getOperand(0);
586   NewCast = IC.Builder->CreateCast(opcode, SIOp0, CastDstTy,
587                                    SIOp0->getName()+".c");
588   SI.setOperand(0, NewCast);
589   SI.setOperand(1, CastOp);
590   return &SI;
591 }
592
593 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
594 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
595 /// value in code like this:
596 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
597 ///   store i32 0, i32* %t0
598 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
599 ///   %t2 = load i32* %t1
600 ///
601 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
602   // Test if the values are trivially equivalent.
603   if (A == B) return true;
604
605   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
606   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
607   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
608   // means that they'll always either have the same value or one of them
609   // will have an undefined value.
610   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
611       isa<CastInst>(A) ||
612       isa<PHINode>(A) ||
613       isa<GetElementPtrInst>(A))
614     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
615       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
616         return true;
617
618   // Otherwise they may not be equivalent.
619   return false;
620 }
621
622 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
623   Value *Val = SI.getOperand(0);
624   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
625
626   // Attempt to improve the alignment.
627   if (DL) {
628     unsigned KnownAlign =
629       getOrEnforceKnownAlignment(Ptr, DL->getPrefTypeAlignment(Val->getType()),
630                                  DL, AT, &SI, DT);
631     unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
632     unsigned EffectiveStoreAlign = StoreAlign != 0 ? StoreAlign :
633       DL->getABITypeAlignment(Val->getType());
634
635     if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
636       SI.setAlignment(KnownAlign);
637     else if (StoreAlign == 0)
638       SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
639   }
640
641   // Don't hack volatile/atomic stores.
642   // FIXME: Some bits are legal for atomic stores; needs refactoring.
643   if (!SI.isSimple()) return nullptr;
644
645   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
646   // alloca dead.
647   if (Ptr->hasOneUse()) {
648     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
649       return EraseInstFromFunction(SI);
650     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
651       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
652         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
653           return EraseInstFromFunction(SI);
654       }
655     }
656   }
657
658   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
659   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
660   // situation often occurs with bitfield accesses.
661   BasicBlock::iterator BBI = &SI;
662   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
663        --ScanInsts) {
664     --BBI;
665     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
666     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
667     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
668         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
669       ScanInsts++;
670       continue;
671     }
672
673     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
674       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
675       if (PrevSI->isSimple() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
676                                                         SI.getOperand(1))) {
677         ++NumDeadStore;
678         ++BBI;
679         EraseInstFromFunction(*PrevSI);
680         continue;
681       }
682       break;
683     }
684
685     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
686     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
687     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
688     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
689       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr) &&
690           LI->isSimple())
691         return EraseInstFromFunction(SI);
692
693       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
694       // may not be dead.
695       break;
696     }
697
698     // Don't skip over loads or things that can modify memory.
699     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory())
700       break;
701   }
702
703   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
704   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
705     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
706       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
707       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
708         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
709     }
710     return nullptr;  // Do not modify these!
711   }
712
713   // store undef, Ptr -> noop
714   if (isa<UndefValue>(Val))
715     return EraseInstFromFunction(SI);
716
717   // If the pointer destination is a cast, see if we can fold the cast into the
718   // source instead.
719   if (isa<CastInst>(Ptr))
720     if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
721       return Res;
722   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
723     if (CE->isCast())
724       if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
725         return Res;
726
727
728   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
729   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
730   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
731   BBI = &SI;
732   do {
733     ++BBI;
734   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
735            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
736   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
737     if (BI->isUnconditional())
738       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
739         return nullptr;  // xform done!
740
741   return nullptr;
742 }
743
744 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
745 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
746 /// into a phi node with a store in the successor.
747 ///
748 /// Simplify things like:
749 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
750 /// into a phi node with a store in the successor.
751 ///
752 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
753   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
754
755   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
756   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
757   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
758   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
759
760   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
761   // the other predecessor.
762   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
763   BasicBlock *P = *PI;
764   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
765
766   if (P != StoreBB)
767     OtherBB = P;
768
769   if (++PI == pred_end(DestBB))
770     return false;
771
772   P = *PI;
773   if (P != StoreBB) {
774     if (OtherBB)
775       return false;
776     OtherBB = P;
777   }
778   if (++PI != pred_end(DestBB))
779     return false;
780
781   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
782   // for example, if SI is in an infinite loop)
783   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
784     return false;
785
786   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
787   BasicBlock::iterator BBI = OtherBB->getTerminator();
788   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
789   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
790     return false;
791
792   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
793   // else' case.  there is an instruction before the branch.
794   StoreInst *OtherStore = nullptr;
795   if (OtherBr->isUnconditional()) {
796     --BBI;
797     // Skip over debugging info.
798     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
799            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
800       if (BBI==OtherBB->begin())
801         return false;
802       --BBI;
803     }
804     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
805     // right kind of store, bail out.
806     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
807     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
808         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
809       return false;
810   } else {
811     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
812     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
813     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
814         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
815       return false;
816
817     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
818     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
819     // lives in OtherBB.
820     for (;; --BBI) {
821       // Check to see if we find the matching store.
822       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
823         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
824             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
825           return false;
826         break;
827       }
828       // If we find something that may be using or overwriting the stored
829       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
830       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayWriteToMemory() ||
831           BBI == OtherBB->begin())
832         return false;
833     }
834
835     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
836     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
837     // StoreBB.
838     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
839       // FIXME: This should really be AA driven.
840       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayWriteToMemory())
841         return false;
842     }
843   }
844
845   // Insert a PHI node now if we need it.
846   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
847   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
848     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
849     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
850     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
851     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
852   }
853
854   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
855   // insert it.
856   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
857   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
858                                    SI.isVolatile(),
859                                    SI.getAlignment(),
860                                    SI.getOrdering(),
861                                    SI.getSynchScope());
862   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
863   NewSI->setDebugLoc(OtherStore->getDebugLoc());
864
865   // If the two stores had AA tags, merge them.
866   AAMDNodes AATags;
867   SI.getAAMetadata(AATags);
868   if (AATags) {
869     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
870     NewSI->setAAMetadata(AATags);
871   }
872
873   // Nuke the old stores.
874   EraseInstFromFunction(SI);
875   EraseInstFromFunction(*OtherStore);
876   return true;
877 }