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 "InstCombineInternal.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(
 272           Copy->getSource(), AI.getAlignment(), DL, AC, &AI, DT);
 273       if (AI.getAlignment() <= SourceAlign) {
 274         DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
 275         DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
 276         for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
 277           EraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
 278         Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
 279         Constant *Cast
 280           = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, AI.getType());
 281         Instruction *NewI = ReplaceInstUsesWith(AI, Cast);
 282         EraseInstFromFunction(*Copy);
 283         ++NumGlobalCopies;
 284         return NewI;
 285       }
 286     }
 287   }
 288
 289   // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
 290   // unused allocas.
 291   return visitAllocSite(AI);
 292 }
 293
 294 /// \brief Helper to combine a load to a new type.
 295 ///
 296 /// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
 297 /// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
 298 /// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
 299 /// that pointer type, load it, etc.
 300 ///
 301 /// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
 302 /// point the \c InstCombiner currently is using.
 303 static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy) {
 304   Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
 305   unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
 306   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
 307   LI.getAllMetadata(MD);
 308
 309   LoadInst *NewLoad = IC.Builder->CreateAlignedLoad(
 310       IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS)),
 311       LI.getAlignment(), LI.getName());
 312   for (const auto &MDPair : MD) {
 313     unsigned ID = MDPair.first;
 314     MDNode *N = MDPair.second;
 315     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
 316     // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
 317     // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
 318     // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
 319     // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
 320     // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
 321     // to loads, you almost certainly want to add it here.
 322     switch (ID) {
 323     case LLVMContext::MD_dbg:
 324     case LLVMContext::MD_tbaa:
 325     case LLVMContext::MD_prof:
 326     case LLVMContext::MD_fpmath:
 327     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
 328     case LLVMContext::MD_invariant_load:
 329     case LLVMContext::MD_alias_scope:
 330     case LLVMContext::MD_noalias:
 331     case LLVMContext::MD_nontemporal:
 332     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
 333       // All of these directly apply.
 334       NewLoad->setMetadata(ID, N);
 335       break;
 336
 337     case LLVMContext::MD_nonnull:
 338       // FIXME: We should translate this into range metadata for integer types
 339       // and vice versa.
 340       if (NewTy->isPointerTy())
 341         NewLoad->setMetadata(ID, N);
 342       break;
 343
 344     case LLVMContext::MD_range:
 345       // FIXME: It would be nice to propagate this in some way, but the type
 346       // conversions make it hard.
 347       break;
 348     }
 349   }
 350   return NewLoad;
 351 }
 352
 353 /// \brief Combine a store to a new type.
 354 ///
 355 /// Returns the newly created store instruction.
 356 static StoreInst *combineStoreToNewValue(InstCombiner &IC, StoreInst &SI, Value *V) {
 357   Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
 358   unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
 359   SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
 360   SI.getAllMetadata(MD);
 361
 362   StoreInst *NewStore = IC.Builder->CreateAlignedStore(
 363       V, IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, V->getType()->getPointerTo(AS)),
 364       SI.getAlignment());
 365   for (const auto &MDPair : MD) {
 366     unsigned ID = MDPair.first;
 367     MDNode *N = MDPair.second;
 368     // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
 369     // routine is supposed to clone a store instruction changing *only its
 370     // type*. The only metadata it makes sense to drop is metadata which is
 371     // invalidated when the pointer type changes. This should essentially
 372     // never be the case in LLVM, but we explicitly switch over only known
 373     // metadata to be conservatively correct. If you are adding metadata to
 374     // LLVM which pertains to stores, you almost certainly want to add it
 375     // here.
 376     switch (ID) {
 377     case LLVMContext::MD_dbg:
 378     case LLVMContext::MD_tbaa:
 379     case LLVMContext::MD_prof:
 380     case LLVMContext::MD_fpmath:
 381     case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
 382     case LLVMContext::MD_alias_scope:
 383     case LLVMContext::MD_noalias:
 384     case LLVMContext::MD_nontemporal:
 385     case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
 386       // All of these directly apply.
 387       NewStore->setMetadata(ID, N);
 388       break;
 389
 390     case LLVMContext::MD_invariant_load:
 391     case LLVMContext::MD_nonnull:
 392     case LLVMContext::MD_range:
 393       // These don't apply for stores.
 394       break;
 395     }
 396   }
 397
 398   return NewStore;
 399 }
 400
 401 /// \brief Combine loads to match the type of value their uses after looking
 402 /// through intervening bitcasts.
 403 ///
 404 /// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
 405 /// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
 406 /// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
 407 /// instead directly load a pointer.
 408 ///
 409 /// However, this routine must never change the width of a load or the number of
 410 /// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
 411 /// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
 412 /// of their consuming operations.
 413 ///
 414 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
 415 /// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
 416 /// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
 417 /// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
 418 static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
 419   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
 420   // loads here but it isn't clear that this is important.
 421   if (!LI.isSimple())
 422     return nullptr;
 423
 424   if (LI.use_empty())
 425     return nullptr;
 426
 427   Type *Ty = LI.getType();
 428
 429   // Try to canonicalize loads which are only ever stored to operate over
 430   // integers instead of any other type. We only do this when the loaded type
 431   // is sized and has a size exactly the same as its store size and the store
 432   // size is a legal integer type.
 433   const DataLayout *DL = IC.getDataLayout();
 434   if (!Ty->isIntegerTy() && Ty->isSized() && DL &&
 435       DL->isLegalInteger(DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty)) &&
 436       DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty) == DL->getTypeSizeInBits(Ty)) {
 437     if (std::all_of(LI.user_begin(), LI.user_end(), [&LI](User *U) {
 438           auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
 439           return SI && SI->getPointerOperand() != &LI;
 440         })) {
 441       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(
 442           IC, LI,
 443           Type::getIntNTy(LI.getContext(), DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty)));
 444       // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
 445       for (auto UI = LI.user_begin(), UE = LI.user_end(); UI != UE;) {
 446         auto *SI = cast<StoreInst>(*UI++);
 447         IC.Builder->SetInsertPoint(SI);
 448         combineStoreToNewValue(IC, *SI, NewLoad);
 449         IC.EraseInstFromFunction(*SI);
 450       }
 451       assert(LI.use_empty() && "Failed to remove all users of the load!");
 452       // Return the old load so the combiner can delete it safely.
 453       return &LI;
 454     }
 455   }
 456
 457   // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
 458   if (LI.hasOneUse())
 459     if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(LI.user_back())) {
 460       LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, BC->getDestTy());
 461       BC->replaceAllUsesWith(NewLoad);
 462       IC.EraseInstFromFunction(*BC);
 463       return &LI;
 464     }
 465
 466   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
 467   // cast to other types.
 468   return nullptr;
 469 }
 470
 471 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
 472   Value *Op = LI.getOperand(0);
 473
 474   // Try to canonicalize the loaded type.
 475   if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
 476     return Res;
 477
 478   // Attempt to improve the alignment.
 479   if (DL) {
 480     unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
 481         Op, DL->getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, AC, &LI, DT);
 482     unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
 483     unsigned EffectiveLoadAlign = LoadAlign != 0 ? LoadAlign :
 484       DL->getABITypeAlignment(LI.getType());
 485
 486     if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
 487       LI.setAlignment(KnownAlign);
 488     else if (LoadAlign == 0)
 489       LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
 490   }
 491
 492   // None of the following transforms are legal for volatile/atomic loads.
 493   // FIXME: Some of it is okay for atomic loads; needs refactoring.
 494   if (!LI.isSimple()) return nullptr;
 495
 496   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
 497   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
 498   // separated by a few arithmetic operations.
 499   BasicBlock::iterator BBI = &LI;
 500   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(Op, LI.getParent(), BBI,6))
 501     return ReplaceInstUsesWith(
 502         LI, Builder->CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
 503                                             LI.getName() + ".cast"));
 504
 505   // load(gep null, ...) -> unreachable
 506   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
 507     const Value *GEPI0 = GEPI->getOperand(0);
 508     // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
 509     if (isa<ConstantPointerNull>(GEPI0) && GEPI->getPointerAddressSpace() == 0){
 510       // Insert a new store to null instruction before the load to indicate
 511       // that this code is not reachable.  We do this instead of inserting
 512       // an unreachable instruction directly because we cannot modify the
 513       // CFG.
 514       new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
 515                     Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
 516       return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
 517     }
 518   }
 519
 520   // load null/undef -> unreachable
 521   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
 522   if (isa<UndefValue>(Op) ||
 523       (isa<ConstantPointerNull>(Op) && LI.getPointerAddressSpace() == 0)) {
 524     // Insert a new store to null instruction before the load to indicate that
 525     // this code is not reachable.  We do this instead of inserting an
 526     // unreachable instruction directly because we cannot modify the CFG.
 527     new StoreInst(UndefValue::get(LI.getType()),
 528                   Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
 529     return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
 530   }
 531
 532   if (Op->hasOneUse()) {
 533     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
 534     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
 535     // exposes redundancy in the code.
 536     //
 537     // Note that we cannot do the transformation unless we know that the
 538     // introduced loads cannot trap!  Something like this is valid as long as
 539     // the condition is always false: load (select bool %C, int* null, int* %G),
 540     // but it would not be valid if we transformed it to load from null
 541     // unconditionally.
 542     //
 543     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
 544       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
 545       unsigned Align = LI.getAlignment();
 546       if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), SI, Align, DL) &&
 547           isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), SI, Align, DL)) {
 548         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
 549                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
 550         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
 551                                            SI->getOperand(2)->getName()+".val");
 552         V1->setAlignment(Align);
 553         V2->setAlignment(Align);
 554         return SelectInst::Create(SI->getCondition(), V1, V2);
 555       }
 556
 557       // load (select (cond, null, P)) -> load P
 558       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) &&
 559           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
 560         LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
 561         return &LI;
 562       }
 563
 564       // load (select (cond, P, null)) -> load P
 565       if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
 566           LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
 567         LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
 568         return &LI;
 569       }
 570     }
 571   }
 572   return nullptr;
 573 }
 574
 575 /// \brief Combine stores to match the type of value being stored.
 576 ///
 577 /// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
 578 /// where we can we should match the type of a store to the type of value being
 579 /// stored.
 580 ///
 581 /// However, this routine must never change the width of a store or the number of
 582 /// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
 583 /// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
 584 /// of their incoming values.
 585 ///
 586 /// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
 587 /// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
 588 /// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
 589 /// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
 590 ///
 591 /// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
 592 /// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
 593 /// the store instruction sas otherwise there is no way to signal whether it was
 594 /// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
 595 static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
 596   // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
 597   // stores here but it isn't clear that this is important.
 598   if (!SI.isSimple())
 599     return false;
 600
 601   Value *V = SI.getValueOperand();
 602
 603   // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
 604   if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
 605     V = BC->getOperand(0);
 606     combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
 607     return true;
 608   }
 609
 610   // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
 611   // cast to other types.
 612   return false;
 613 }
 614
 615 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
 616 /// value. This includes recognizing that %t0 and %t1 will have the same
 617 /// value in code like this:
 618 ///   %t0 = getelementptr \@a, 0, 3
 619 ///   store i32 0, i32* %t0
 620 ///   %t1 = getelementptr \@a, 0, 3
 621 ///   %t2 = load i32* %t1
 622 ///
 623 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
 624   // Test if the values are trivially equivalent.
 625   if (A == B) return true;
 626
 627   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
 628   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
 629   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
 630   // means that they'll always either have the same value or one of them
 631   // will have an undefined value.
 632   if (isa<BinaryOperator>(A) ||
 633       isa<CastInst>(A) ||
 634       isa<PHINode>(A) ||
 635       isa<GetElementPtrInst>(A))
 636     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
 637       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
 638         return true;
 639
 640   // Otherwise they may not be equivalent.
 641   return false;
 642 }
 643
 644 Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
 645   Value *Val = SI.getOperand(0);
 646   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
 647
 648   // Try to canonicalize the stored type.
 649   if (combineStoreToValueType(*this, SI))
 650     return EraseInstFromFunction(SI);
 651
 652   // Attempt to improve the alignment.
 653   if (DL) {
 654     unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
 655         Ptr, DL->getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, AC, &SI, DT);
 656     unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
 657     unsigned EffectiveStoreAlign = StoreAlign != 0 ? StoreAlign :
 658       DL->getABITypeAlignment(Val->getType());
 659
 660     if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
 661       SI.setAlignment(KnownAlign);
 662     else if (StoreAlign == 0)
 663       SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
 664   }
 665
 666   // Don't hack volatile/atomic stores.
 667   // FIXME: Some bits are legal for atomic stores; needs refactoring.
 668   if (!SI.isSimple()) return nullptr;
 669
 670   // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
 671   // alloca dead.
 672   if (Ptr->hasOneUse()) {
 673     if (isa<AllocaInst>(Ptr))
 674       return EraseInstFromFunction(SI);
 675     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
 676       if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
 677         if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
 678           return EraseInstFromFunction(SI);
 679       }
 680     }
 681   }
 682
 683   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
 684   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
 685   // situation often occurs with bitfield accesses.
 686   BasicBlock::iterator BBI = &SI;
 687   for (unsigned ScanInsts = 6; BBI != SI.getParent()->begin() && ScanInsts;
 688        --ScanInsts) {
 689     --BBI;
 690     // Don't count debug info directives, lest they affect codegen,
 691     // and we skip pointer-to-pointer bitcasts, which are NOPs.
 692     if (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
 693         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
 694       ScanInsts++;
 695       continue;
 696     }
 697
 698     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
 699       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
 700       if (PrevSI->isSimple() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
 701                                                         SI.getOperand(1))) {
 702         ++NumDeadStore;
 703         ++BBI;
 704         EraseInstFromFunction(*PrevSI);
 705         continue;
 706       }
 707       break;
 708     }
 709
 710     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
 711     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
 712     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
 713     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
 714       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr) &&
 715           LI->isSimple())
 716         return EraseInstFromFunction(SI);
 717
 718       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
 719       // may not be dead.
 720       break;
 721     }
 722
 723     // Don't skip over loads or things that can modify memory.
 724     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory())
 725       break;
 726   }
 727
 728   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
 729   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
 730     if (!isa<UndefValue>(Val)) {
 731       SI.setOperand(0, UndefValue::get(Val->getType()));
 732       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
 733         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
 734     }
 735     return nullptr;  // Do not modify these!
 736   }
 737
 738   // store undef, Ptr -> noop
 739   if (isa<UndefValue>(Val))
 740     return EraseInstFromFunction(SI);
 741
 742   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
 743   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
 744   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
 745   BBI = &SI;
 746   do {
 747     ++BBI;
 748   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
 749            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy()));
 750   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
 751     if (BI->isUnconditional())
 752       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
 753         return nullptr;  // xform done!
 754
 755   return nullptr;
 756 }
 757
 758 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
 759 ///   if () { *P = v1; } else { *P = v2 }
 760 /// into a phi node with a store in the successor.
 761 ///
 762 /// Simplify things like:
 763 ///   *P = v1; if () { *P = v2; }
 764 /// into a phi node with a store in the successor.
 765 ///
 766 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
 767   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
 768
 769   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
 770   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
 771   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
 772   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
 773
 774   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
 775   // the other predecessor.
 776   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
 777   BasicBlock *P = *PI;
 778   BasicBlock *OtherBB = nullptr;
 779
 780   if (P != StoreBB)
 781     OtherBB = P;
 782
 783   if (++PI == pred_end(DestBB))
 784     return false;
 785
 786   P = *PI;
 787   if (P != StoreBB) {
 788     if (OtherBB)
 789       return false;
 790     OtherBB = P;
 791   }
 792   if (++PI != pred_end(DestBB))
 793     return false;
 794
 795   // Bail out if all the relevant blocks aren't distinct (this can happen,
 796   // for example, if SI is in an infinite loop)
 797   if (StoreBB == DestBB || OtherBB == DestBB)
 798     return false;
 799
 800   // Verify that the other block ends in a branch and is not otherwise empty.
 801   BasicBlock::iterator BBI = OtherBB->getTerminator();
 802   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
 803   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
 804     return false;
 805
 806   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
 807   // else' case.  there is an instruction before the branch.
 808   StoreInst *OtherStore = nullptr;
 809   if (OtherBr->isUnconditional()) {
 810     --BBI;
 811     // Skip over debugging info.
 812     while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
 813            (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
 814       if (BBI==OtherBB->begin())
 815         return false;
 816       --BBI;
 817     }
 818     // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
 819     // right kind of store, bail out.
 820     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
 821     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
 822         !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
 823       return false;
 824   } else {
 825     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
 826     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
 827     if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
 828         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
 829       return false;
 830
 831     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
 832     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
 833     // lives in OtherBB.
 834     for (;; --BBI) {
 835       // Check to see if we find the matching store.
 836       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
 837         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
 838             !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
 839           return false;
 840         break;
 841       }
 842       // If we find something that may be using or overwriting the stored
 843       // value, or if we run out of instructions, we can't do the xform.
 844       if (BBI->mayReadFromMemory() || BBI->mayWriteToMemory() ||
 845           BBI == OtherBB->begin())
 846         return false;
 847     }
 848
 849     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
 850     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
 851     // StoreBB.
 852     for (BasicBlock::iterator I = StoreBB->begin(); &*I != &SI; ++I) {
 853       // FIXME: This should really be AA driven.
 854       if (I->mayReadFromMemory() || I->mayWriteToMemory())
 855         return false;
 856     }
 857   }
 858
 859   // Insert a PHI node now if we need it.
 860   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
 861   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
 862     PHINode *PN = PHINode::Create(MergedVal->getType(), 2, "storemerge");
 863     PN->addIncoming(SI.getOperand(0), SI.getParent());
 864     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
 865     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
 866   }
 867
 868   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
 869   // insert it.
 870   BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
 871   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
 872                                    SI.isVolatile(),
 873                                    SI.getAlignment(),
 874                                    SI.getOrdering(),
 875                                    SI.getSynchScope());
 876   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
 877   NewSI->setDebugLoc(OtherStore->getDebugLoc());
 878
 879   // If the two stores had AA tags, merge them.
 880   AAMDNodes AATags;
 881   SI.getAAMetadata(AATags);
 882   if (AATags) {
 883     OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
 884     NewSI->setAAMetadata(AATags);
 885   }
 886
 887   // Nuke the old stores.
 888   EraseInstFromFunction(SI);
 889   EraseInstFromFunction(*OtherStore);
 890   return true;
 891 }