IR: MDNode => Value: Instruction::getAllMetadata()
[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, Value *>, 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     Value *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     case LLVMContext::MD_nontemporal:
333     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
334     case LLVMContext::MD_nonnull:
335       // All of these directly apply.
336       NewLoad->setMetadata(ID, N);
337       break;
338
339     case LLVMContext::MD_range:
340       // FIXME: It would be nice to propagate this in some way, but the type
341       // conversions make it hard.
342       break;
343     }
344   }
345   return NewLoad;
346 }
347
348 /// \brief Combine loads to match the type of value their uses after looking
349 /// through intervening bitcasts.
350 ///
351 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
352 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
353 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
354 /// instead directly load a pointer.
355 ///
356 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
357 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
358 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
359 /// of their consuming operations.
360 ///
361 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
362 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
363 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
364 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
365 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
366   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
367   // loads here but it isn't clear that this is important.
368   if (!LI.isSimple())
369     return nullptr;
370
371   if (LI.use_empty())
372     return nullptr;
373
374
375   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
376   if (LI.hasOneUse())
377     if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(LI.user_back())) {
378       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, BC->getDestTy());
379       BC->replaceAllUsesWith(NewLoad);
380       IC.EraseInstFromFunction(*BC);
381       return &LI;
382     }
383
384   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
385   // cast to other types.
386   return nullptr;
387 }
388
389 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
390   Value *Op = LI.getOperand(0);
391
392   // Try to canonicalize the loaded type.
393   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
394     return Res;
395
396   // Attempt to improve the alignment.
397   if (DL) {
398     unsigned KnownAlign =
399       getOrEnforceKnownAlignment(Op, DL->getPrefTypeAlignment(LI.getType()),
400                                  DL, AT, &LI, DT);
401     unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
402     unsigned EffectiveLoadAlign = LoadAlign != 0 ? LoadAlign :
403       DL->getABITypeAlignment(LI.getType());
404
405     if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
406       LI.setAlignment(KnownAlign);
407     else if (LoadAlign == 0)
408       LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
409   }
410
411   // None of the following transforms are legal for volatile/atomic loads.
412   // FIXME: Some of it is okay for atomic loads; needs refactoring.
413   if (!LI.isSimple()) return nullptr;
414
415   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
416   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
417   // separated by a few arithmetic operations.
418   BasicBlock::iterator BBI = &LI;
419   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(Op, LI.getParent(), BBI,6))
420     return ReplaceInstUsesWith(
421         LI, Builder->CreateBitCast(AvailableVal, LI.getType()));
422
423   // load(gep null, ...) -> unreachable
424   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
425     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
426     // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
427     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0){
428       // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
429       // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
430       // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
431       // CFG.
432       new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
433                     Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
434       return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
435     }
436   }
437
438   // load null/undef -> unreachable
439   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
440   if (isa<UndefValue>(Op) ||
441       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0)) {
442     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate that
443     // this code is not reachable.  We do this instead of inserting an
444     // unreachable instruction directly because we cannot modify the CFG.
445     new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
446                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
447     return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
448   }
449
450   if (Op->hasOneUse()) {
451     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
452     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
453     // exposes redundancy in the code.
454     //
455     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
456     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
457     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
458     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
459     // unconditionally.
460     //
461     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
462       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
463       unsigned Align = LI.getAlignment();
464       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), SI, Align, DL) &&
465           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), SI, Align, DL)) {
466         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
467                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
468         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
469                                            SI->getOperand(2)->getName()+".val");
470         V1->setAlignment(Align);
471         V2->setAlignment(Align);
472         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
473       }
474
475       // load (select (cond, null, P)) -> load P
476       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
477         if (C->isNullValue()) {
478           LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
479           return &LI;
480         }
481
482       // load (select (cond, P, null)) -> load P
483       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(2)))
484         if (C->isNullValue()) {
485           LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
486           return &LI;
487         }
488     }
489   }
490   return nullptr;
491 }
492
493 /// InstCombineStoreToCast - Fold store V, (cast P) -> store (cast V), P
494 /// when possible.  This makes it generally easy to do alias analysis and/or
495 /// SROA/mem2reg of the memory object.
496 static Instruction *InstCombineStoreToCast(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
497   User *CI = cast<User>(SI.getOperand(1));
498   Value *CastOp = CI->getOperand(0);
499
500   Type *DestPTy = CI->getType()->getPointerElementType();
501   PointerType *SrcTy = dyn_cast<PointerType>(CastOp->getType());
502   if (!SrcTy) return nullptr;
503
504   Type *SrcPTy = SrcTy->getElementType();
505
506   if (!DestPTy->isIntegerTy() && !DestPTy->isPointerTy())
507     return nullptr;
508
509   /// NewGEPIndices - If SrcPTy is an aggregate type, we can emit a "noop gep"
510   /// to its first element.  This allows us to handle things like:
511   ///   store i32 xxx, (bitcast {foo*, float}* %P to i32*)
512   /// on 32-bit hosts.
513   SmallVector<Value*, 4> NewGEPIndices;
514
515   // If the source is an array, the code below will not succeed.  Check to
516   // see if a trivial 'gep P, 0, 0' will help matters.  Only do this for
517   // constants.
518   if (SrcPTy->isArrayTy() || SrcPTy->isStructTy()) {
519     // Index through pointer.
520     Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(SI.getContext()));
521     NewGEPIndices.push_back(Zero);
522
523     while (1) {
524       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(SrcPTy)) {
525         if (!STy->getNumElements()) /* Struct can be empty {} */
526           break;
527         NewGEPIndices.push_back(Zero);
528         SrcPTy = STy->getElementType(0);
529       } else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(SrcPTy)) {
530         NewGEPIndices.push_back(Zero);
531         SrcPTy = ATy->getElementType();
532       } else {
533         break;
534       }
535     }
536
537     SrcTy = PointerType::get(SrcPTy, SrcTy->getAddressSpace());
538   }
539
540   if (!SrcPTy->isIntegerTy() && !SrcPTy->isPointerTy())
541     return nullptr;
542
543   // If the pointers point into different address spaces don't do the
544   // transformation.
545   if (SrcTy->getAddressSpace() != CI->getType()->getPointerAddressSpace())
546     return nullptr;
547
548   // If the pointers point to values of different sizes don't do the
549   // transformation.
550   if (!IC.getDataLayout() ||
551       IC.getDataLayout()->getTypeSizeInBits(SrcPTy) !=
552       IC.getDataLayout()->getTypeSizeInBits(DestPTy))
553     return nullptr;
554
555   // If the pointers point to pointers to different address spaces don't do the
556   // transformation. It is not safe to introduce an addrspacecast instruction in
557   // this case since, depending on the target, addrspacecast may not be a no-op
558   // cast.
559   if (SrcPTy->isPointerTy() && DestPTy->isPointerTy() &&
560       SrcPTy->getPointerAddressSpace() != DestPTy->getPointerAddressSpace())
561     return nullptr;
562
563   // Okay, we are casting from one integer or pointer type to another of
564   // the same size.  Instead of casting the pointer before
565   // the store, cast the value to be stored.
566   Value *NewCast;
567   Instruction::CastOps opcode = Instruction::BitCast;
568   Type* CastSrcTy = DestPTy;
569   Type* CastDstTy = SrcPTy;
570   if (CastDstTy->isPointerTy()) {
571     if (CastSrcTy->isIntegerTy())
572       opcode = Instruction::IntToPtr;
573   } else if (CastDstTy->isIntegerTy()) {
574     if (CastSrcTy->isPointerTy())
575       opcode = Instruction::PtrToInt;
576   }
577
578   // SIOp0 is a pointer to aggregate and this is a store to the first field,
579   // emit a GEP to index into its first field.
580   if (!NewGEPIndices.empty())
581     CastOp = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(CastOp, NewGEPIndices);
582
583   Value *SIOp0 = SI.getOperand(0);
584   NewCast = IC.Builder->CreateCast(opcode, SIOp0, CastDstTy,
585                                    SIOp0->getName()+".c");
586   SI.setOperand(0, NewCast);
587   SI.setOperand(1, CastOp);
588   return &SI;
589 }
590
591 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
592 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
593 /// value in code like this:
594 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
595 ///   store i32 0, i32* %t0
596 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
597 ///   %t2 = load i32* %t1
598 ///
599 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
600   // Test if the values are trivially equivalent.
601   if (A == B) return true;
602
603   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
604   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
605   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
606   // means that they'll always either have the same value or one of them
607   // will have an undefined value.
608   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
609       isa<CastInst>(A) ||
610       isa<PHINode>(A) ||
611       isa<GetElementPtrInst>(A))
612     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
613       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
614         return true;
615
616   // Otherwise they may not be equivalent.
617   return false;
618 }
619
620 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
621   Value *Val = SI.getOperand(0);
622   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
623
624   // Attempt to improve the alignment.
625   if (DL) {
626     unsigned KnownAlign =
627       getOrEnforceKnownAlignment(Ptr, DL->getPrefTypeAlignment(Val->getType()),
628                                  DL, AT, &SI, DT);
629     unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
630     unsigned EffectiveStoreAlign = StoreAlign != 0 ? StoreAlign :
631       DL->getABITypeAlignment(Val->getType());
632
633     if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
634       SI.setAlignment(KnownAlign);
635     else if (StoreAlign == 0)
636       SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
637   }
638
639   // Don't hack volatile/atomic stores.
640   // FIXME: Some bits are legal for atomic stores; needs refactoring.
641   if (!SI.isSimple()) return nullptr;
642
643   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
644   // alloca dead.
645   if (Ptr->hasOneUse()) {
646     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
647       return EraseInstFromFunction(SI);
648     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
649       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
650         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
651           return EraseInstFromFunction(SI);
652       }
653     }
654   }
655
656   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
657   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
658   // situation often occurs with bitfield accesses.
659   BasicBlock::iterator BBI = &SI;
660   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
661        --ScanInsts) {
662     --BBI;
663     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
664     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
665     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
666         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
667       ScanInsts++;
668       continue;
669     }
670
671     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
672       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
673       if (PrevSI->isSimple() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
674                                                         SI.getOperand(1))) {
675         ++NumDeadStore;
676         ++BBI;
677         EraseInstFromFunction(*PrevSI);
678         continue;
679       }
680       break;
681     }
682
683     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
684     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
685     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
686     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
687       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr) &&
688           LI->isSimple())
689         return EraseInstFromFunction(SI);
690
691       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
692       // may not be dead.
693       break;
694     }
695
696     // Don't skip over loads or things that can modify memory.
697     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory())
698       break;
699   }
700
701   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
702   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
703     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
704       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
705       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
706         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
707     }
708     return nullptr;  // Do not modify these!
709   }
710
711   // store undef, Ptr -> noop
712   if (isa<UndefValue>(Val))
713     return EraseInstFromFunction(SI);
714
715   // If the pointer destination is a cast, see if we can fold the cast into the
716   // source instead.
717   if (isa<CastInst>(Ptr))
718     if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
719       return Res;
720   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
721     if (CE->isCast())
722       if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
723         return Res;
724
725
726   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
727   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
728   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
729   BBI = &SI;
730   do {
731     ++BBI;
732   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
733            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
734   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
735     if (BI->isUnconditional())
736       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
737         return nullptr;  // xform done!
738
739   return nullptr;
740 }
741
742 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
743 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
744 /// into a phi node with a store in the successor.
745 ///
746 /// Simplify things like:
747 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
748 /// into a phi node with a store in the successor.
749 ///
750 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
751   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
752
753   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
754   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
755   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
756   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
757
758   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
759   // the other predecessor.
760   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
761   BasicBlock *P = *PI;
762   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
763
764   if (P != StoreBB)
765     OtherBB = P;
766
767   if (++PI == pred_end(DestBB))
768     return false;
769
770   P = *PI;
771   if (P != StoreBB) {
772     if (OtherBB)
773       return false;
774     OtherBB = P;
775   }
776   if (++PI != pred_end(DestBB))
777     return false;
778
779   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
780   // for example, if SI is in an infinite loop)
781   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
782     return false;
783
784   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
785   BasicBlock::iterator BBI = OtherBB->getTerminator();
786   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
787   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
788     return false;
789
790   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
791   // else' case.  there is an instruction before the branch.
792   StoreInst *OtherStore = nullptr;
793   if (OtherBr->isUnconditional()) {
794     --BBI;
795     // Skip over debugging info.
796     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
797            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
798       if (BBI==OtherBB->begin())
799         return false;
800       --BBI;
801     }
802     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
803     // right kind of store, bail out.
804     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
805     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
806         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
807       return false;
808   } else {
809     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
810     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
811     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
812         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
813       return false;
814
815     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
816     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
817     // lives in OtherBB.
818     for (;; --BBI) {
819       // Check to see if we find the matching store.
820       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
821         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
822             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
823           return false;
824         break;
825       }
826       // If we find something that may be using or overwriting the stored
827       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
828       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayWriteToMemory() ||
829           BBI == OtherBB->begin())
830         return false;
831     }
832
833     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
834     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
835     // StoreBB.
836     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
837       // FIXME: This should really be AA driven.
838       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayWriteToMemory())
839         return false;
840     }
841   }
842
843   // Insert a PHI node now if we need it.
844   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
845   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
846     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
847     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
848     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
849     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
850   }
851
852   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
853   // insert it.
854   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
855   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
856                                    SI.isVolatile(),
857                                    SI.getAlignment(),
858                                    SI.getOrdering(),
859                                    SI.getSynchScope());
860   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
861   NewSI->setDebugLoc(OtherStore->getDebugLoc());
862
863   // If the two stores had AA tags, merge them.
864   AAMDNodes AATags;
865   SI.getAAMetadata(AATags);
866   if (AATags) {
867     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
868     NewSI->setAAMetadata(AATags);
869   }
870
871   // Nuke the old stores.
872   EraseInstFromFunction(SI);
873   EraseInstFromFunction(*OtherStore);
874   return true;
875 }