[RS4GC] Unify two asserts. NFC.
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
19 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
23 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
24 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
25 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
26 #include "llvm/IR/CallSite.h"
27 #include "llvm/IR/Dominators.h"
28 #include "llvm/IR/Function.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/IR/Value.h"
38 #include "llvm/IR/Verifier.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
46
47 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
48
49 using namespace llvm;
50
51 // Print the liveset found at the insert location
52 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
53                                   cl::init(false));
54 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
55                                       cl::init(false));
56 // Print out the base pointers for debugging
57 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
58                                        cl::init(false));
59
60 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
61 // of relocating it
62 static cl::opt<unsigned>
63 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
64                            cl::init(6));
65
66 #ifdef XDEBUG
67 static bool ClobberNonLive = true;
68 #else
69 static bool ClobberNonLive = false;
70 #endif
71 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
72                                                   cl::location(ClobberNonLive),
73                                                   cl::Hidden);
74
75 static cl::opt<bool> UseDeoptBundles("rs4gc-use-deopt-bundles", cl::Hidden,
76                                      cl::init(false));
77 static cl::opt<bool>
78     AllowStatepointWithNoDeoptInfo("rs4gc-allow-statepoint-with-no-deopt-info",
79                                    cl::Hidden, cl::init(true));
80
81 /// Should we split vectors of pointers into their individual elements?  This
82 /// is known to be buggy, but the alternate implementation isn't yet ready.
83 /// This is purely to provide a debugging and dianostic hook until the vector
84 /// split is replaced with vector relocations.
85 static cl::opt<bool> UseVectorSplit("rs4gc-split-vector-values", cl::Hidden,
86                                     cl::init(true));
87
88 namespace {
89 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
90   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
91
92   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
93     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
94   }
95   bool runOnFunction(Function &F);
96   bool runOnModule(Module &M) override {
97     bool Changed = false;
98     for (Function &F : M)
99       Changed |= runOnFunction(F);
100
101     if (Changed) {
102       // stripNonValidAttributes asserts that shouldRewriteStatepointsIn
103       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
104       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
105       stripNonValidAttributes(M);
106     }
107
108     return Changed;
109   }
110
111   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
112     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
113     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
114     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
115     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
116   }
117
118   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
119   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
120   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
121   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
122   /// heap.  stripNonValidAttributes (conservatively) restores correctness
123   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
124   /// dereferenceability.
125   /// Similar reasoning also applies to the noalias attributes. gc.statepoint
126   /// can touch the entire heap including noalias objects.
127   void stripNonValidAttributes(Module &M);
128
129   // Helpers for stripNonValidAttributes
130   void stripNonValidAttributesFromBody(Function &F);
131   void stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F);
132 };
133 } // namespace
134
135 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
136
137 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
138   return new RewriteStatepointsForGC();
139 }
140
141 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
142                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
143 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
144 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
145                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
146
147 namespace {
148 struct GCPtrLivenessData {
149   /// Values defined in this block.
150   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> KillSet;
151   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
152   /// killed within this block.
153   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveSet;
154
155   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
156   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
157   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveIn;
158
159   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
160   /// any successor block)
161   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveOut;
162 };
163
164 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
165 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
166 // should not be inspected.
167 //
168 // In the actual implementation this caches two relations:
169 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
170 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
171 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
172 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
173 // types, then update all the second type to the first type
174 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
175 typedef DenseSet<Value *> StatepointLiveSetTy;
176 typedef DenseMap<AssertingVH<Instruction>, AssertingVH<Value>>
177   RematerializedValueMapTy;
178
179 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
180   /// The set of values known to be live across this safepoint
181   StatepointLiveSetTy LiveSet;
182
183   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
184   DenseMap<Value *, Value *> PointerToBase;
185
186   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
187   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
188   Instruction *StatepointToken;
189
190   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
191   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
192   Instruction *UnwindToken;
193
194   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
195   /// They are not included into 'LiveSet' field.
196   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
197   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
198 };
199 }
200
201 static ArrayRef<Use> GetDeoptBundleOperands(ImmutableCallSite CS) {
202   assert(UseDeoptBundles && "Should not be called otherwise!");
203
204   Optional<OperandBundleUse> DeoptBundle = CS.getOperandBundle("deopt");
205
206   if (!DeoptBundle.hasValue()) {
207     assert(AllowStatepointWithNoDeoptInfo &&
208            "Found non-leaf call without deopt info!");
209     return None;
210   }
211
212   return DeoptBundle.getValue().Inputs;
213 }
214
215 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
216 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
217                                 GCPtrLivenessData &Data);
218
219 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
220 /// Values at a particular instruction.
221 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
222                               StatepointLiveSetTy &out);
223
224 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
225 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Type *Ty) const override {
226
227 static bool isGCPointerType(Type *T) {
228   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
229     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
230     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
231     // updated and that no other pointer does.
232     return (1 == PT->getAddressSpace());
233   return false;
234 }
235
236 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
237 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
238 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
239 // is not encountered.)
240 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
241   // We fully support gc pointers
242   if (isGCPointerType(T))
243     return true;
244   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
245   // can't handle something.
246   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
247     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
248       return true;
249   return false;
250 }
251
252 #ifndef NDEBUG
253 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
254 /// handle that type or not.
255 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
256   if (isGCPointerType(Ty))
257     return true;
258   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
259     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
260   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
261     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
262   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
263     return std::any_of(ST->subtypes().begin(), ST->subtypes().end(),
264                        containsGCPtrType);
265   return false;
266 }
267
268 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
269 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
270 // aggregates).  Used to trip assertions.
271 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
272   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
273 }
274 #endif
275
276 static bool order_by_name(Value *a, Value *b) {
277   if (a->hasName() && b->hasName()) {
278     return -1 == a->getName().compare(b->getName());
279   } else if (a->hasName() && !b->hasName()) {
280     return true;
281   } else if (!a->hasName() && b->hasName()) {
282     return false;
283   } else {
284     // Better than nothing, but not stable
285     return a < b;
286   }
287 }
288
289 // Return the name of the value suffixed with the provided value, or if the
290 // value didn't have a name, the default value specified.
291 static std::string suffixed_name_or(Value *V, StringRef Suffix,
292                                     StringRef DefaultName) {
293   return V->hasName() ? (V->getName() + Suffix).str() : DefaultName.str();
294 }
295
296 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
297 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
298 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
299 // live.  Values used by that instruction are considered live.
300 static void analyzeParsePointLiveness(
301     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData,
302     const CallSite &CS, PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
303   Instruction *inst = CS.getInstruction();
304
305   StatepointLiveSetTy LiveSet;
306   findLiveSetAtInst(inst, OriginalLivenessData, LiveSet);
307
308   if (PrintLiveSet) {
309     // Note: This output is used by several of the test cases
310     // The order of elements in a set is not stable, put them in a vec and sort
311     // by name
312     SmallVector<Value *, 64> Temp;
313     Temp.insert(Temp.end(), LiveSet.begin(), LiveSet.end());
314     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
315     errs() << "Live Variables:\n";
316     for (Value *V : Temp)
317       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
318   }
319   if (PrintLiveSetSize) {
320     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
321     errs() << "Number live values: " << LiveSet.size() << "\n";
322   }
323   result.LiveSet = LiveSet;
324 }
325
326 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
327 namespace {
328 /// A single base defining value - An immediate base defining value for an
329 /// instruction 'Def' is an input to 'Def' whose base is also a base of 'Def'.
330 /// For instructions which have multiple pointer [vector] inputs or that
331 /// transition between vector and scalar types, there is no immediate base
332 /// defining value.  The 'base defining value' for 'Def' is the transitive
333 /// closure of this relation stopping at the first instruction which has no
334 /// immediate base defining value.  The b.d.v. might itself be a base pointer,
335 /// but it can also be an arbitrary derived pointer. 
336 struct BaseDefiningValueResult {
337   /// Contains the value which is the base defining value.
338   Value * const BDV;
339   /// True if the base defining value is also known to be an actual base
340   /// pointer.
341   const bool IsKnownBase;
342   BaseDefiningValueResult(Value *BDV, bool IsKnownBase)
343     : BDV(BDV), IsKnownBase(IsKnownBase) {
344 #ifndef NDEBUG
345     // Check consistency between new and old means of checking whether a BDV is
346     // a base.
347     bool MustBeBase = isKnownBaseResult(BDV);
348     assert(!MustBeBase || MustBeBase == IsKnownBase);
349 #endif
350   }
351 };
352 }
353
354 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I);
355
356 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
357 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
358 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
359 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
360 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
361 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
362 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
363 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
364 /// particular element in 'I'.  
365 static BaseDefiningValueResult
366 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I) {
367   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
368   // detailed motivation.
369
370   if (isa<Argument>(I))
371     // An incoming argument to the function is a base pointer
372     return BaseDefiningValueResult(I, true);
373
374   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
375   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
376          "unexpected global variable found in base of vector");
377
378   // inlining could possibly introduce phi node that contains
379   // undef if callee has multiple returns
380   if (isa<UndefValue>(I))
381     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
382     // code.
383     return BaseDefiningValueResult(I, true);
384
385   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
386   // checks
387   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
388     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
389            "order of checks wrong!");
390     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
391     return BaseDefiningValueResult(Con, true);
392   }
393   
394   if (isa<LoadInst>(I))
395     return BaseDefiningValueResult(I, true);
396
397   if (isa<InsertElementInst>(I))
398     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
399     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
400     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
401     return BaseDefiningValueResult(I, false);
402
403   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
404     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
405     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
406     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
407     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
408     // for particular sufflevector patterns.
409     return BaseDefiningValueResult(I, false);
410
411   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
412   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
413   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
414          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
415   return BaseDefiningValueResult(I, false);
416 }
417
418 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
419 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
420 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
421 /// from pointer to vector type or back.
422 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
423   assert(I->getType()->isPtrOrPtrVectorTy() &&
424          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
425
426   if (I->getType()->isVectorTy())
427     return findBaseDefiningValueOfVector(I);
428
429   if (isa<Argument>(I))
430     // An incoming argument to the function is a base pointer
431     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
432     return BaseDefiningValueResult(I, true);
433
434   if (isa<Constant>(I))
435     // We assume that objects with a constant base (e.g. a global) can't move
436     // and don't need to be reported to the collector because they are always
437     // live.  All constants have constant bases.  Besides global references, all
438     // kinds of constants (e.g. undef, constant expressions, null pointers) can
439     // be introduced by the inliner or the optimizer, especially on dynamically
440     // dead paths.  See e.g. test4 in constants.ll.
441     return BaseDefiningValueResult(I, true);
442
443   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
444     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
445     // If stripping pointer casts changes the address space there is an
446     // addrspacecast in between.
447     assert(cast<PointerType>(Def->getType())->getAddressSpace() ==
448                cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() &&
449            "unsupported addrspacecast");
450     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
451     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
452     // handle int->ptr conversion.
453     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
454     return findBaseDefiningValue(Def);
455   }
456
457   if (isa<LoadInst>(I))
458     // The value loaded is an gc base itself
459     return BaseDefiningValueResult(I, true);
460   
461
462   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
463     // The base of this GEP is the base
464     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
465
466   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
467     switch (II->getIntrinsicID()) {
468     default:
469       // fall through to general call handling
470       break;
471     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
472       llvm_unreachable("statepoints don't produce pointers");
473     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
474       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
475       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
476       // but why are you doing this?  There's no good reason.
477       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
478     }
479     case Intrinsic::gcroot:
480       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
481       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
482       // implications much.
483       llvm_unreachable(
484           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
485     }
486   }
487   // We assume that functions in the source language only return base
488   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
489   // both source language and internal functions.
490   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
491     return BaseDefiningValueResult(I, true);
492
493   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
494   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
495   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
496
497   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
498     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
499     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
500     // like a load.
501     return BaseDefiningValueResult(I, true);
502
503   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
504                                    "binary ops which don't apply to pointers");
505
506   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
507   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
508   // this is a defining definition of the base just like a load is.
509   if (isa<ExtractValueInst>(I))
510     return BaseDefiningValueResult(I, true);
511
512   // We should never see an insert vector since that would require we be
513   // tracing back a struct value not a pointer value.
514   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
515          "Base pointer for a struct is meaningless");
516
517   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
518   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
519   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
520   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
521   if (isa<ExtractElementInst>(I))
522     // Note: There a lot of obvious peephole cases here.  This are deliberately
523     // handled after the main base pointer inference algorithm to make writing
524     // test cases to exercise that code easier.
525     return BaseDefiningValueResult(I, false);
526
527   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
528   // return a value which dynamically selects from among several base
529   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
530   // the caller to resolve these.
531   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
532          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
533   return BaseDefiningValueResult(I, false);
534 }
535
536 /// Returns the base defining value for this value.
537 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
538   Value *&Cached = Cache[I];
539   if (!Cached) {
540     Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
541     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
542                  << Cached->getName() << "\n");
543   }
544   assert(Cache[I] != nullptr);
545   return Cached;
546 }
547
548 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
549 /// base defining value.
550 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
551   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
552   auto Found = Cache.find(Def);
553   if (Found != Cache.end()) {
554     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
555     return Found->second;
556   }
557   // Only a BDV available
558   return Def;
559 }
560
561 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
562 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
563 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
564   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) &&
565       !isa<ExtractElementInst>(V) && !isa<InsertElementInst>(V) &&
566       !isa<ShuffleVectorInst>(V)) {
567     // no recursion possible
568     return true;
569   }
570   if (isa<Instruction>(V) &&
571       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
572     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
573     // that this is a base value.
574     return true;
575   }
576
577   // We need to keep searching
578   return false;
579 }
580
581 namespace {
582 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
583 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
584 /// the base of this BDV.
585 class BDVState {
586 public:
587   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
588
589   BDVState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
590     assert(status != Base || b);
591   }
592   explicit BDVState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
593   BDVState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
594
595   Status getStatus() const { return status; }
596   Value *getBase() const { return base; }
597
598   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
599   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
600   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
601
602   bool operator==(const BDVState &other) const {
603     return base == other.base && status == other.status;
604   }
605
606   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
607
608   LLVM_DUMP_METHOD
609   void dump() const { print(dbgs()); dbgs() << '\n'; }
610   
611   void print(raw_ostream &OS) const {
612     switch (status) {
613     case Unknown:
614       OS << "U";
615       break;
616     case Base:
617       OS << "B";
618       break;
619     case Conflict:
620       OS << "C";
621       break;
622     };
623     OS << " (" << base << " - "
624        << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
625   }
626
627 private:
628   Status status;
629   AssertingVH<Value> base; // non null only if status == base
630 };
631 }
632
633 #ifndef NDEBUG
634 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
635   State.print(OS);
636   return OS;
637 }
638 #endif
639
640 namespace {
641 // Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
642 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
643 // operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
644 class MeetBDVStates {
645 public:
646   /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
647   /// any other state to produce that state.
648   MeetBDVStates() {}
649
650   // Destructively meet the current result with the given BDVState
651   void meetWith(BDVState otherState) {
652     currentResult = meet(otherState, currentResult);
653   }
654
655   BDVState getResult() const { return currentResult; }
656
657 private:
658   BDVState currentResult;
659
660   /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
661   static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
662     assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
663            "math is wrong: meet does not commute!");
664     BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
665     DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
666                  << " produced " << Result << "\n");
667     return Result;
668   }
669
670   static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
671     switch (stateA.getStatus()) {
672     case BDVState::Unknown:
673       return stateB;
674
675     case BDVState::Base:
676       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
677       if (stateB.isUnknown())
678         return stateA;
679
680       if (stateB.isBase()) {
681         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
682           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
683           return stateA;
684         }
685         return BDVState(BDVState::Conflict);
686       }
687       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
688       return BDVState(BDVState::Conflict);
689
690     case BDVState::Conflict:
691       return stateA;
692     }
693     llvm_unreachable("only three states!");
694   }
695 };
696 }
697
698
699 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
700 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
701 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
702 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
703 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
704   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
705
706   if (isKnownBaseResult(def)) {
707     return def;
708   }
709
710   // Here's the rough algorithm:
711   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
712   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
713   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
714   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
715   //   looks like:
716   //   UNKNOWN
717   //   b1 b2 b3 b4
718   //   CONFLICT
719   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
720   //   base or be in a conflict state.
721   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
722   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
723   //   non-conflict, add the actual base.
724   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
725   //   arguments.
726   //
727   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
728   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
729   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
730   // overall worse solution.
731
732 #ifndef NDEBUG
733   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
734     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) ||
735            isa<ExtractElementInst>(BDV) || isa<InsertElementInst>(BDV);
736   };
737 #endif
738
739   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
740   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
741   // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
742   // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
743   // below.  This is important for deterministic compilation.
744   MapVector<Value *, BDVState> States;
745
746   // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
747   // one for which we don't already know a definite base value for
748   /* scope */ {
749     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
750     Worklist.push_back(def);
751     States.insert(std::make_pair(def, BDVState()));
752     while (!Worklist.empty()) {
753       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
754       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
755
756       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
757         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
758         if (isKnownBaseResult(Base))
759           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
760           // ignored safely
761           return;
762         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
763                "we see should be base defining values");
764         if (States.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
765           Worklist.push_back(Base);
766       };
767       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
768         for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
769           visitIncomingValue(InVal);
770       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
771         visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
772         visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
773       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
774         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
775       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(Current)) {
776         visitIncomingValue(IE->getOperand(0)); // vector operand
777         visitIncomingValue(IE->getOperand(1)); // scalar operand
778       } else {
779         // There is one known class of instructions we know we don't handle.
780         assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current));
781         llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
782       }
783     }
784   }
785
786 #ifndef NDEBUG
787   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
788   for (auto Pair : States) {
789     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
790   }
791 #endif
792
793   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
794   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
795   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
796     if (isKnownBaseResult(baseValue))
797       return BDVState(baseValue);
798     auto I = States.find(baseValue);
799     assert(I != States.end() && "lookup failed!");
800     return I->second;
801   };
802
803   bool progress = true;
804   while (progress) {
805 #ifndef NDEBUG
806     const size_t oldSize = States.size();
807 #endif
808     progress = false;
809     // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
810     // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
811     // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
812     // much faster.
813     for (auto Pair : States) {
814       Value *BDV = Pair.first;
815       assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
816
817       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
818       // instance which represents the BDV of that value.
819       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
820         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
821         return getStateForBDV(BDV);
822       };
823
824       MeetBDVStates calculateMeet;
825       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(BDV)) {
826         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
827         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
828       } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(BDV)) {
829         for (Value *Val : Phi->incoming_values())
830           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
831       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(BDV)) {
832         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
833         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
834         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
835       } else {
836         // Given there's a inherent type mismatch between the operands, will
837         // *always* produce Conflict.
838         auto *IE = cast<InsertElementInst>(BDV);
839         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(IE->getOperand(0)));
840         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(IE->getOperand(1)));
841       }
842
843       BDVState oldState = States[BDV];
844       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
845       if (oldState != newState) {
846         progress = true;
847         States[BDV] = newState;
848       }
849     }
850
851     assert(oldSize == States.size() &&
852            "fixed point shouldn't be adding any new nodes to state");
853   }
854
855 #ifndef NDEBUG
856   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
857   for (auto Pair : States) {
858     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
859   }
860 #endif
861   
862   // Insert Phis for all conflicts
863   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
864   for (auto Pair : States) {
865     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
866     BDVState State = Pair.second;
867     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
868     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
869
870     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
871     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
872     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
873     // base for the particular indice we're interested in.
874     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
875         isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
876       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
877       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
878       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
879       // about the BDV not being known to be a base.
880       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
881                                                   EE->getIndexOperand(),
882                                                   "base_ee", EE);
883       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
884       States[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
885     }
886
887     // Since we're joining a vector and scalar base, they can never be the
888     // same.  As a result, we should always see insert element having reached
889     // the conflict state.
890     if (isa<InsertElementInst>(I)) {
891       assert(State.isConflict());
892     }
893     
894     if (!State.isConflict())
895       continue;
896
897     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
898     /// the given instruction 'I'.
899     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
900       if (isa<PHINode>(I)) {
901         BasicBlock *BB = I->getParent();
902         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
903         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
904         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_phi");
905         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
906       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
907         // The undef will be replaced later
908         UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
909         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_select");
910         return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
911                                   Undef, Name, Sel);
912       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
913         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
914         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ee");
915         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
916                                           EE);
917       } else {
918         auto *IE = cast<InsertElementInst>(I);
919         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(0)->getType());
920         UndefValue *ScalarUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(1)->getType());
921         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ie");
922         return InsertElementInst::Create(VecUndef, ScalarUndef,
923                                          IE->getOperand(2), Name, IE);
924       }
925
926     };
927     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
928     // Add metadata marking this as a base value
929     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
930     States[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
931   }
932
933   // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
934   // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
935   // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
936   // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
937   // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
938   // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
939   // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
940   // pointer. 
941   auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
942     Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, cache);
943     Value *Base = nullptr;
944     if (isKnownBaseResult(BDV)) {
945       Base = BDV;
946     } else {
947       // Either conflict or base.
948       assert(States.count(BDV));
949       Base = States[BDV].getBase();
950     }
951     assert(Base && "can't be null");
952     // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
953     if (Base->getType() != Input->getType() &&
954         InsertPt) {
955       Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast",
956                              InsertPt);
957     }
958     return Base;
959   };
960
961   // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
962   // deterministic and predictable because we're naming newly created
963   // instructions.
964   for (auto Pair : States) {
965     Instruction *BDV = cast<Instruction>(Pair.first);
966     BDVState State = Pair.second;
967
968     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
969     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
970     if (!State.isConflict())
971       continue;
972
973     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(State.getBase())) {
974       PHINode *phi = cast<PHINode>(BDV);
975       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
976       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
977         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
978         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
979
980         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
981         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
982         // nodes with multiple entries from the same basic block
983         // to have the same incoming value for each of those
984         // entries.  If we don't do this check here and basephi
985         // has a different type than base, we'll end up adding two
986         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
987         // values for the same basic block.
988
989         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
990         if (blockIndex != -1) {
991           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
992           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
993           
994 #ifndef NDEBUG
995           Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
996           // In essence this assert states: the only way two
997           // values incoming from the same basic block may be
998           // different is by being different bitcasts of the same
999           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
1000           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
1001           // type (and still remain pure).  This will remove the
1002           // need to add bitcasts.
1003           assert(Base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
1004                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
1005 #endif
1006           continue;
1007         }
1008
1009         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1010         // need to insert a bitcast in the incoming block.
1011         // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
1012         Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
1013         basephi->addIncoming(Base, InBB);
1014       }
1015       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
1016     } else if (SelectInst *BaseSel = dyn_cast<SelectInst>(State.getBase())) {
1017       SelectInst *Sel = cast<SelectInst>(BDV);
1018       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
1019       // something more safe and less hacky.
1020       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
1021         Value *InVal = Sel->getOperand(i);
1022         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1023         // need to insert a bitcast.
1024         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSel);
1025         BaseSel->setOperand(i, Base);
1026       }
1027     } else if (auto *BaseEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(State.getBase())) {
1028       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(BDV)->getVectorOperand();
1029       // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1030       // need to insert a bitcast.
1031       Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseEE);
1032       BaseEE->setOperand(0, Base);
1033     } else {
1034       auto *BaseIE = cast<InsertElementInst>(State.getBase());
1035       auto *BdvIE = cast<InsertElementInst>(BDV);
1036       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
1037         Value *InVal = BdvIE->getOperand(OperandIdx);
1038         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseIE);
1039         BaseIE->setOperand(OperandIdx, Base);
1040       };
1041       UpdateOperand(0); // vector operand
1042       UpdateOperand(1); // scalar operand
1043     }
1044
1045   }
1046
1047   // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
1048   // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
1049   // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
1050   // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
1051   DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
1052   SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
1053   SmallSetVector<AssertingVH<Instruction>, 16> Worklist;
1054   // Note: We need to visit the states in a deterministic order.  We uses the
1055   // Keys we sorted above for this purpose.  Note that we are papering over a
1056   // bigger problem with the algorithm above - it's visit order is not
1057   // deterministic.  A larger change is needed to fix this.
1058   for (auto Pair : States) {
1059     auto *BDV = Pair.first;
1060     auto State = Pair.second;
1061     Value *Base = State.getBase();
1062     assert(BDV && Base);
1063     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
1064     assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1065            "must be something we 'know' is a base pointer");
1066     if (!State.isConflict())
1067       continue;
1068
1069     ReverseMap[Base] = BDV;
1070     if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
1071       NewInsts.insert(BaseI);
1072       Worklist.insert(BaseI);
1073     }
1074   }
1075   auto ReplaceBaseInstWith = [&](Value *BDV, Instruction *BaseI,
1076                                  Value *Replacement) {
1077     // Add users which are new instructions (excluding self references)
1078     for (User *U : BaseI->users())
1079       if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
1080         if (NewInsts.count(UI) && UI != BaseI)
1081           Worklist.insert(UI);
1082     // Then do the actual replacement
1083     NewInsts.erase(BaseI);
1084     ReverseMap.erase(BaseI);
1085     BaseI->replaceAllUsesWith(Replacement);
1086     assert(States.count(BDV));
1087     assert(States[BDV].isConflict() && States[BDV].getBase() == BaseI);
1088     States[BDV] = BDVState(BDVState::Conflict, Replacement);
1089     BaseI->eraseFromParent();
1090   };
1091   const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
1092   while (!Worklist.empty()) {
1093     Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
1094     assert(NewInsts.count(BaseI));
1095     Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
1096     if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
1097       if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
1098         DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
1099         ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, Bdv);
1100         continue;
1101       }
1102     if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
1103       DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
1104       ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, V);
1105       continue;
1106     }
1107   }
1108
1109   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1110   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1111   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1112   for (auto Pair : States) {
1113     auto *BDV = Pair.first;
1114     Value *base = Pair.second.getBase();
1115     assert(BDV && base);
1116
1117     std::string fromstr = cache.count(BDV) ? cache[BDV]->getName() : "none";
1118     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1119           << " for: " << BDV->getName()
1120           << " from: " << fromstr
1121           << " to: " << base->getName() << "\n");
1122
1123     if (cache.count(BDV)) {
1124       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
1125       // the base relation being stored, it must be stable
1126       assert((!isKnownBaseResult(cache[BDV]) || cache[BDV] == base) &&
1127              "base relation should be stable");
1128     }
1129     cache[BDV] = base;
1130   }
1131   assert(cache.count(def));
1132   return cache[def];
1133 }
1134
1135 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1136 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1137 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1138 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1139 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1140 // additional PHI nodes.
1141 //
1142 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1143 //
1144 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1145 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1146 //
1147 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1148 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1149 // pointer was a base pointer.
1150 static void
1151 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1152                  DenseMap<Value *, Value *> &PointerToBase,
1153                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1154   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1155   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1156   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1157   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1158   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1159   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1160   for (Value *ptr : Temp) {
1161     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1162     assert(base && "failed to find base pointer");
1163     PointerToBase[ptr] = base;
1164     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1165             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1166                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1167            "The base we found better dominate the derived pointer");
1168
1169     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1170     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1171     // disabling the verifier at your own substantial risk.
1172     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1173            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1174            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1175            "safepoint ir verifier.");
1176   }
1177 }
1178
1179 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1180 /// parse point.
1181 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1182                              const CallSite &CS,
1183                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1184   DenseMap<Value *, Value *> PointerToBase;
1185   findBasePointers(result.LiveSet, PointerToBase, &DT, DVCache);
1186
1187   if (PrintBasePointers) {
1188     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1189     // some tests.
1190     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1191     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1192     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1193     for (auto Pair : PointerToBase) {
1194       Temp.push_back(Pair.first);
1195     }
1196     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1197     for (Value *Ptr : Temp) {
1198       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1199       errs() << " derived ";
1200       Ptr->printAsOperand(errs(), false);
1201       errs() << " base ";
1202       Base->printAsOperand(errs(), false);
1203       errs() << "\n";;
1204     }
1205   }
1206
1207   result.PointerToBase = PointerToBase;
1208 }
1209
1210 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1211 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1212 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1213                                   const CallSite &CS,
1214                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1215
1216 static void recomputeLiveInValues(
1217     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1218     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1219   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1220   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1221   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1222   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1223   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1224     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1225     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1226     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1227   }
1228 }
1229
1230 // When inserting gc.relocate and gc.result calls, we need to ensure there are
1231 // no uses of the original value / return value between the gc.statepoint and
1232 // the gc.relocate / gc.result call.  One case which can arise is a phi node
1233 // starting one of the successor blocks.  We also need to be able to insert the
1234 // gc.relocates only on the path which goes through the statepoint.  We might
1235 // need to split an edge to make this possible.
1236 static BasicBlock *
1237 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1238                             DominatorTree &DT) {
1239   BasicBlock *Ret = BB;
1240   if (!BB->getUniquePredecessor())
1241     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1242
1243   // Now that 'Ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1244   // from it
1245   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1246   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()) &&
1247          "All PHI nodes should have been removed!");
1248
1249   // At this point, we can safely insert a gc.relocate or gc.result as the first
1250   // instruction in Ret if needed.
1251   return Ret;
1252 }
1253
1254 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1255 // from original call to the safepoint.
1256 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1257   AttributeSet Ret;
1258
1259   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1260     unsigned Index = AS.getSlotIndex(Slot);
1261
1262     if (Index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1263         Index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1264
1265       for (Attribute Attr : make_range(AS.begin(Slot), AS.end(Slot))) {
1266
1267         // Do not allow certain attributes - just skip them
1268         // Safepoint can not be read only or read none.
1269         if (Attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1270             Attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1271           continue;
1272
1273         // These attributes control the generation of the gc.statepoint call /
1274         // invoke itself; and once the gc.statepoint is in place, they're of no
1275         // use.
1276         if (Attr.hasAttribute("statepoint-num-patch-bytes") ||
1277             Attr.hasAttribute("statepoint-id"))
1278           continue;
1279
1280         Ret = Ret.addAttributes(
1281             AS.getContext(), Index,
1282             AttributeSet::get(AS.getContext(), Index, AttrBuilder(Attr)));
1283       }
1284     }
1285
1286     // Just skip parameter attributes for now
1287   }
1288
1289   return Ret;
1290 }
1291
1292 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1293 /// statepoint.
1294 /// Inputs:
1295 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1296 ///   liveStart - index of the first live variable.
1297 ///   basePtrs - base pointers.
1298 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1299 ///   bound.
1300 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1301 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1302                               const int LiveStart,
1303                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1304                               Instruction *StatepointToken,
1305                               IRBuilder<> Builder) {
1306   if (LiveVariables.empty())
1307     return;
1308
1309   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1310     auto ValIt = std::find(LiveVec.begin(), LiveVec.end(), Val);
1311     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1312     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1313     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1314     return Index;
1315   };
1316   Module *M = StatepointToken->getModule();
1317   
1318   // All gc_relocate are generated as i8 addrspace(1)* (or a vector type whose
1319   // element type is i8 addrspace(1)*). We originally generated unique
1320   // declarations for each pointer type, but this proved problematic because
1321   // the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since we're moving
1322   // towards a single unified pointer type anyways, we can just cast everything
1323   // to an i8* of the right address space.  A bitcast is added later to convert
1324   // gc_relocate to the actual value's type.  
1325   auto getGCRelocateDecl = [&] (Type *Ty) {
1326     assert(isHandledGCPointerType(Ty));
1327     auto AS = Ty->getScalarType()->getPointerAddressSpace();
1328     Type *NewTy = Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS);
1329     if (auto *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
1330       NewTy = VectorType::get(NewTy, VT->getNumElements());
1331     return Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate,
1332                                      {NewTy});
1333   };
1334
1335   // Lazily populated map from input types to the canonicalized form mentioned
1336   // in the comment above.  This should probably be cached somewhere more
1337   // broadly.
1338   DenseMap<Type*, Value*> TypeToDeclMap;
1339
1340   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1341     // Generate the gc.relocate call and save the result
1342     Value *BaseIdx =
1343       Builder.getInt32(LiveStart + FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1344     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(LiveStart + i);
1345
1346     Type *Ty = LiveVariables[i]->getType();
1347     if (!TypeToDeclMap.count(Ty))
1348       TypeToDeclMap[Ty] = getGCRelocateDecl(Ty);
1349     Value *GCRelocateDecl = TypeToDeclMap[Ty];
1350
1351     // only specify a debug name if we can give a useful one
1352     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1353         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1354         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1355     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1356     // fake call.
1357     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1358   }
1359 }
1360
1361 namespace {
1362
1363 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1364 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1365 class DeferredReplacement {
1366   AssertingVH<Instruction> Old;
1367   AssertingVH<Instruction> New;
1368
1369 public:
1370   explicit DeferredReplacement(Instruction *Old, Instruction *New) :
1371     Old(Old), New(New) {
1372     assert(Old != New && "Not allowed!");
1373   }
1374
1375   /// Does the task represented by this instance.
1376   void doReplacement() {
1377     Instruction *OldI = Old;
1378     Instruction *NewI = New;
1379
1380     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1381
1382     Old = nullptr;
1383     New = nullptr;
1384
1385     if (NewI)
1386       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1387     OldI->eraseFromParent();
1388   }
1389 };
1390 }
1391
1392 static void
1393 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite CS, /* to replace */
1394                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1395                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1396                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1397                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1398   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1399   assert((UseDeoptBundles || isStatepoint(CS)) &&
1400          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1401
1402   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1403   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1404   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1405   // be replacing a terminator.
1406   Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction();
1407   IRBuilder<> Builder(InsertBefore);
1408
1409   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1410   uint64_t StatepointID = 0xABCDEF00;
1411   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1412   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1413
1414   ArrayRef<Use> CallArgs;
1415   ArrayRef<Use> DeoptArgs;
1416   ArrayRef<Use> TransitionArgs;
1417
1418   Value *CallTarget = nullptr;
1419
1420   if (UseDeoptBundles) {
1421     CallArgs = {CS.arg_begin(), CS.arg_end()};
1422     DeoptArgs = GetDeoptBundleOperands(CS);
1423     // TODO: we don't fill in TransitionArgs or Flags in this branch, but we
1424     // could have an operand bundle for that too.
1425     AttributeSet OriginalAttrs = CS.getAttributes();
1426
1427     Attribute AttrID = OriginalAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1428                                                   "statepoint-id");
1429     if (AttrID.isStringAttribute())
1430       AttrID.getValueAsString().getAsInteger(10, StatepointID);
1431
1432     Attribute AttrNumPatchBytes = OriginalAttrs.getAttribute(
1433         AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-num-patch-bytes");
1434     if (AttrNumPatchBytes.isStringAttribute())
1435       AttrNumPatchBytes.getValueAsString().getAsInteger(10, NumPatchBytes);
1436
1437     CallTarget = CS.getCalledValue();
1438   } else {
1439     // This branch will be gone soon, and we will soon only support the
1440     // UseDeoptBundles == true configuration.
1441     Statepoint OldSP(CS);
1442     StatepointID = OldSP.getID();
1443     NumPatchBytes = OldSP.getNumPatchBytes();
1444     Flags = OldSP.getFlags();
1445
1446     CallArgs = {OldSP.arg_begin(), OldSP.arg_end()};
1447     DeoptArgs = {OldSP.vm_state_begin(), OldSP.vm_state_end()};
1448     TransitionArgs = {OldSP.gc_transition_args_begin(),
1449                       OldSP.gc_transition_args_end()};
1450     CallTarget = OldSP.getCalledValue();
1451   }
1452
1453   // Create the statepoint given all the arguments
1454   Instruction *Token = nullptr;
1455   AttributeSet ReturnAttrs;
1456   if (CS.isCall()) {
1457     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1458     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
1459         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1460         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1461
1462     Call->setTailCall(ToReplace->isTailCall());
1463     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1464
1465     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1466     // function attributes.
1467     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1468     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1469     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1470     Call->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1471     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1472
1473     Token = Call;
1474
1475     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1476     // the old call (which we're about to delete)
1477     assert(ToReplace->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1478     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
1479     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
1480   } else {
1481     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1482
1483     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1484     // moment at which point this will become the new terminator for the
1485     // original block.
1486     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1487         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, ToReplace->getNormalDest(),
1488         ToReplace->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs,
1489         GCArgs, "statepoint_token");
1490
1491     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1492
1493     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1494     // function attributes.
1495     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1496     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1497     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1498     Invoke->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1499     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1500
1501     Token = Invoke;
1502
1503     // Generate gc relocates in exceptional path
1504     BasicBlock *UnwindBlock = ToReplace->getUnwindDest();
1505     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1506            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1507            "can't safely insert in this block!");
1508
1509     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1510     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
1511
1512     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1513     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1514     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1515
1516     const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1517     CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, ExceptionalToken,
1518                       Builder);
1519
1520     // Generate gc relocates and returns for normal block
1521     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
1522     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1523            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1524            "can't safely insert in this block!");
1525
1526     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1527
1528     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1529     // statepoint
1530   }
1531   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1532
1533   if (UseDeoptBundles) {
1534     Token->setName("statepoint_token");
1535     if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
1536       StringRef Name =
1537           CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
1538       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), Name);
1539       GCResult->setAttributes(CS.getAttributes().getRetAttributes());
1540
1541       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1542       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1543       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1544       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1545       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1546       // have raw pointers to worry about.
1547       Replacements.emplace_back(CS.getInstruction(), GCResult);
1548     } else {
1549       Replacements.emplace_back(CS.getInstruction(), nullptr);
1550     }
1551   } else {
1552     assert(!CS.getInstruction()->hasNUsesOrMore(2) &&
1553            "only valid use before rewrite is gc.result");
1554     assert(!CS.getInstruction()->hasOneUse() ||
1555            isGCResult(cast<Instruction>(*CS.getInstruction()->user_begin())));
1556
1557     // Take the name of the original statepoint token if there was one.
1558     Token->takeName(CS.getInstruction());
1559
1560     // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1561     // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1562     // considered a live reference.
1563     CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(Token);
1564     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1565   }
1566
1567   Result.StatepointToken = Token;
1568
1569   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1570   const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1571   CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, Token, Builder);
1572 }
1573
1574 namespace {
1575 struct NameOrdering {
1576   Value *Base;
1577   Value *Derived;
1578
1579   bool operator()(NameOrdering const &a, NameOrdering const &b) {
1580     return -1 == a.Derived->getName().compare(b.Derived->getName());
1581   }
1582 };
1583 }
1584
1585 static void StabilizeOrder(SmallVectorImpl<Value *> &BaseVec,
1586                            SmallVectorImpl<Value *> &LiveVec) {
1587   assert(BaseVec.size() == LiveVec.size());
1588
1589   SmallVector<NameOrdering, 64> Temp;
1590   for (size_t i = 0; i < BaseVec.size(); i++) {
1591     NameOrdering v;
1592     v.Base = BaseVec[i];
1593     v.Derived = LiveVec[i];
1594     Temp.push_back(v);
1595   }
1596
1597   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), NameOrdering());
1598   for (size_t i = 0; i < BaseVec.size(); i++) {
1599     BaseVec[i] = Temp[i].Base;
1600     LiveVec[i] = Temp[i].Derived;
1601   }
1602 }
1603
1604 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1605 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1606 //
1607 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1608 // values.  That's the callers responsibility.
1609 static void
1610 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS,
1611                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1612                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1613   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1614   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1615
1616   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1617   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1618   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1619   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1620   for (Value *L : LiveSet) {
1621     LiveVec.push_back(L);
1622     assert(PointerToBase.count(L));
1623     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1624     BaseVec.push_back(Base);
1625   }
1626   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1627
1628   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1629   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1630   // The order is otherwise meaningless.
1631   StabilizeOrder(BaseVec, LiveVec);
1632
1633   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1634   makeStatepointExplicitImpl(CS, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1635 }
1636
1637 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1638 //
1639 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1640 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1641 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1642 // for sanity checking.
1643 static void
1644 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1645                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1646                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1647
1648   for (User *U : GCRelocs) {
1649     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1650     if (!Relocate)
1651       continue;
1652
1653     Value *OriginalValue = const_cast<Value *>(Relocate->getDerivedPtr());
1654     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1655     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1656
1657     // Emit store into the related alloca
1658     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1659     // the correct type according to alloca.
1660     assert(Relocate->getNextNode() &&
1661            "Should always have one since it's not a terminator");
1662     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1663     Value *CastedRelocatedValue =
1664       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1665                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1666                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1667
1668     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1669     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1670
1671 #ifndef NDEBUG
1672     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1673 #endif
1674   }
1675 }
1676
1677 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1678 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1679 static void
1680 insertRematerializationStores(
1681   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1682   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1683   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1684
1685   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1686     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1687     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1688
1689     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1690            "Can not find alloca for rematerialized value");
1691     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1692
1693     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1694     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1695
1696 #ifndef NDEBUG
1697     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1698 #endif
1699   }
1700 }
1701
1702 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1703 static void relocationViaAlloca(
1704     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1705     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1706 #ifndef NDEBUG
1707   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1708   // number when we get done.
1709   int InitialAllocaNum = 0;
1710   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1711        I++)
1712     if (isa<AllocaInst>(*I))
1713       InitialAllocaNum++;
1714 #endif
1715
1716   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1717   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1718   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1719   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1720   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1721   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1722
1723   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1724   // "PromotableAllocas"
1725   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1726     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1727                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1728     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1729     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1730   };
1731
1732   // Emit alloca for each live gc pointer
1733   for (Value *V : Live)
1734     emitAllocaFor(V);
1735
1736   // Emit allocas for rematerialized values
1737   for (const auto &Info : Records)
1738     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1739       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1740       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1741         continue;
1742
1743       emitAllocaFor(OriginalValue);
1744       ++NumRematerializedValues;
1745     }
1746
1747   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1748   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1749   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1750   // into distinct loops for performance reasons.
1751
1752   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1753   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1754   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1755   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1756   for (const auto &Info : Records) {
1757     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1758
1759     // This will be used for consistency check
1760     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1761
1762     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1763     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1764
1765     // In case if it was invoke statepoint
1766     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1767     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1768       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1769                              VisitedLiveValues);
1770     }
1771
1772     // Do similar thing with rematerialized values
1773     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1774                                   VisitedLiveValues);
1775
1776     if (ClobberNonLive) {
1777       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1778       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1779       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1780       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1781       // wise.
1782       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1783       for (auto Pair : AllocaMap) {
1784         Value *Def = Pair.first;
1785         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1786
1787         // This value was relocated
1788         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1789           continue;
1790         }
1791         ToClobber.push_back(Alloca);
1792       }
1793
1794       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1795         for (auto *AI : ToClobber) {
1796           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1797           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1798           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1799           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1800           Store->insertBefore(IP);
1801         }
1802       };
1803
1804       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1805       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1806       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1807         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1808         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1809       } else {
1810         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1811       }
1812     }
1813   }
1814
1815   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1816   for (auto Pair : AllocaMap) {
1817     Value *Def = Pair.first;
1818     Value *Alloca = Pair.second;
1819
1820     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1821     // later update that changes the user information..
1822
1823     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1824     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1825     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1826     for (User *U : Def->users()) {
1827       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1828         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1829         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1830         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1831         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1832         // use does not need to be fixed up.
1833         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1834       }
1835     }
1836
1837     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1838     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1839     Uses.erase(Last, Uses.end());
1840
1841     for (Instruction *Use : Uses) {
1842       if (isa<PHINode>(Use)) {
1843         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1844         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1845           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1846             LoadInst *Load = new LoadInst(
1847                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1848             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1849           }
1850         }
1851       } else {
1852         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1853         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1854       }
1855     }
1856
1857     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1858     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1859     // inserted before it.
1860     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1861     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1862       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1863         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1864         // into its normal destination block.
1865         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1866         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1867       } else {
1868         assert(!Inst->isTerminator() &&
1869                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1870                "InvokeInst which is handled above.");
1871         Store->insertAfter(Inst);
1872       }
1873     } else {
1874       assert(isa<Argument>(Def));
1875       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1876     }
1877   }
1878
1879   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1880          "we must have the same allocas with lives");
1881   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1882     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1883     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1884   }
1885
1886 #ifndef NDEBUG
1887   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1888     if (isa<AllocaInst>(I))
1889       InitialAllocaNum--;
1890   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1891 #endif
1892 }
1893
1894 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1895 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1896 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1897 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1898   SmallSet<T, 8> Seen;
1899   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1900               return !Seen.insert(V).second;
1901             }), Vec.end());
1902 }
1903
1904 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1905 /// lifetime of the call.
1906 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1907                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1908   if (Values.empty())
1909     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1910     return;
1911
1912   Module *M = CS.getInstruction()->getModule();
1913   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1914   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1915       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1916   if (CS.isCall()) {
1917     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1918     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "",
1919                                        &*++CS.getInstruction()->getIterator()));
1920     return;
1921   }
1922   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1923   // exceptional destination blocks
1924   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1925   Holders.push_back(CallInst::Create(
1926       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1927   Holders.push_back(CallInst::Create(
1928       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1929 }
1930
1931 static void findLiveReferences(
1932     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1933     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1934   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1935   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1936   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1937     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1938     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1939     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1940   }
1941 }
1942
1943 /// Remove any vector of pointers from the live set by scalarizing them over the
1944 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the live set.  It
1945 /// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
1946 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1947 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1948 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
1949 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1950                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1951                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1952                               DominatorTree &DT) {
1953   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1954   for (Value *V : LiveSet)
1955     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1956       ToSplit.push_back(V);
1957
1958   if (ToSplit.empty())
1959     return;
1960
1961   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1962
1963   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1964
1965   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1966   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1967   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1968   for (Value *V : ToSplit) {
1969     AllocaInst *Alloca =
1970         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1971     AllocaMap[V] = Alloca;
1972
1973     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1974     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1975     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1976     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1977       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1978     ElementMapping[V] = Elements;
1979
1980     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1981       Builder.SetInsertPoint(IP);
1982       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1983       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1984       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1985         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1986                                                 Builder.getInt32(i));
1987       return ResultVec;
1988     };
1989
1990     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1991       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1992       Next++;
1993       Instruction *IP = &*(Next);
1994       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1995       Replacements[V].second = nullptr;
1996     } else {
1997       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1998       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1999       // blocks
2000       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
2001       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
2002       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
2003       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
2004       // Insert insert element sequences in both successors
2005       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
2006       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
2007       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
2008       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
2009     }
2010   }
2011
2012   for (Value *V : ToSplit) {
2013     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
2014
2015     // Capture all users before we start mutating use lists
2016     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
2017     for (User *U : V->users())
2018       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
2019
2020     for (Instruction *I : Users) {
2021       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2022         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
2023           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
2024             LoadInst *Load = new LoadInst(
2025                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
2026             Phi->setIncomingValue(i, Load);
2027           }
2028       } else {
2029         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
2030         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
2031       }
2032     }
2033
2034     // Store the original value and the replacement value into the alloca
2035     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
2036     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
2037       Store->insertAfter(I);
2038     else
2039       Store->insertAfter(Alloca);
2040
2041     // Normal return for invoke, or call return
2042     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
2043     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
2044     // Unwind return for invoke only
2045     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
2046     if (Replacement)
2047       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
2048   }
2049
2050   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
2051   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
2052   for (Value *V : ToSplit)
2053     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
2054   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
2055
2056   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
2057   // changes we just made.
2058   for (Value *V : ToSplit) {
2059     auto &Elements = ElementMapping[V];
2060
2061     LiveSet.erase(V);
2062     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
2063     // We need to update the base mapping as well.
2064     assert(PointerToBase.count(V));
2065     Value *OldBase = PointerToBase[V];
2066     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
2067     PointerToBase.erase(V);
2068     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
2069     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
2070       Value *Elem = Elements[i];
2071       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
2072     }
2073   }
2074 }
2075
2076 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
2077 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
2078 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
2079 // successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
2080 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
2081 // recorded.
2082 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
2083   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
2084   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
2085
2086   // We have found a base value
2087   if (CurrentValue == BaseValue) {
2088     return true;
2089   }
2090
2091   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
2092     ChainToBase.push_back(GEP);
2093     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2094                                                   GEP->getPointerOperand(),
2095                                                   BaseValue);
2096   }
2097
2098   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
2099     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2100       return false;
2101
2102     ChainToBase.push_back(CI);
2103     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2104                                                   CI->getOperand(0), BaseValue);
2105   }
2106
2107   // Not supported instruction in the chain
2108   return false;
2109 }
2110
2111 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2112 // chain we are going to rematerialize.
2113 static unsigned
2114 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2115                        TargetTransformInfo &TTI) {
2116   unsigned Cost = 0;
2117
2118   for (Instruction *Instr : Chain) {
2119     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2120       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2121              "non noop cast is found during rematerialization");
2122
2123       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2124       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
2125
2126     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2127       // Cost of the address calculation
2128       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
2129       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2130
2131       // And cost of the GEP itself
2132       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2133       //       allowed for the external usage)
2134       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2135         Cost += 2;
2136
2137     } else {
2138       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
2139     }
2140   }
2141
2142   return Cost;
2143 }
2144
2145 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
2146 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
2147 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2148 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2149 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
2150                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2151                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2152   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2153
2154   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2155   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2156   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2157
2158   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
2159     // For each live pointer find it's defining chain
2160     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2161     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2162     bool FoundChain =
2163       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2164                                              LiveValue,
2165                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
2166     // Nothing to do, or chain is too long
2167     if (!FoundChain ||
2168         ChainToBase.size() == 0 ||
2169         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2170       continue;
2171
2172     // Compute cost of this chain
2173     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2174     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2175     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2176     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2177     //       don't have any uses besides this statepoint.
2178
2179     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2180     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2181     if (CS.isInvoke()) {
2182       Cost *= 2;
2183     }
2184     // If it's too expensive - skip it
2185     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2186       continue;
2187
2188     // Remove value from the live set
2189     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2190
2191     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2192
2193     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2194     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2195
2196     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2197     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2198     // which should be used after statepoint.
2199     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
2200       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2201       Instruction *LastValue = nullptr;
2202       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2203         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2204         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2205         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2206         // otherwise not used after this statepoint.
2207         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2208
2209         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2210         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2211         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2212
2213         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2214         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2215         if (LastClonedValue) {
2216           assert(LastValue);
2217           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2218 #ifndef NDEBUG
2219           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2220           // this chain other than LastClonedValue
2221           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2222             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2223                        ChainToBase.end() &&
2224                    "incorrect use in rematerialization chain");
2225           }
2226 #endif
2227         }
2228
2229         LastClonedValue = ClonedValue;
2230         LastValue = Instr;
2231       }
2232       assert(LastClonedValue);
2233       return LastClonedValue;
2234     };
2235
2236     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2237     // instructions both on normal and unwind path.
2238     if (CS.isCall()) {
2239       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2240       assert(InsertBefore);
2241       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2242       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2243     } else {
2244       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2245
2246       Instruction *NormalInsertBefore =
2247           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2248       Instruction *UnwindInsertBefore =
2249           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2250
2251       Instruction *NormalRematerializedValue =
2252           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2253       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2254           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2255
2256       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2257       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2258     }
2259   }
2260
2261   // Remove rematerializaed values from the live set
2262   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2263     Info.LiveSet.erase(LiveValue);
2264   }
2265 }
2266
2267 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2268                               TargetTransformInfo &TTI,
2269                               SmallVectorImpl<CallSite> &ToUpdate) {
2270 #ifndef NDEBUG
2271   // sanity check the input
2272   std::set<CallSite> Uniqued;
2273   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2274   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2275
2276   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2277     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2278     assert((UseDeoptBundles || isStatepoint(CS)) &&
2279            "expected to already be a deopt statepoint");
2280   }
2281 #endif
2282
2283   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2284   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2285   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2286   // may restructure the CFG.
2287   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2288     if (!CS.isInvoke())
2289       continue;
2290     auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2291     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2292     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2293   }
2294
2295   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2296   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2297   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2298
2299   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2300   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2301   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2302   // thus makes sure they get relocated.)
2303   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2304     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2305
2306     iterator_range<const Use *> DeoptStateRange =
2307         UseDeoptBundles
2308             ? iterator_range<const Use *>(GetDeoptBundleOperands(CS))
2309             : iterator_range<const Use *>(Statepoint(CS).vm_state_args());
2310
2311     for (Value *Arg : DeoptStateRange) {
2312       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2313              "support for FCA unimplemented");
2314       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2315         DeoptValues.push_back(Arg);
2316     }
2317
2318     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, Holders);
2319   }
2320
2321   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2322
2323   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2324   // site.
2325   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2326
2327   // B) Find the base pointers for each live pointer
2328   /* scope for caching */ {
2329     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2330     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2331     // large numbers of duplicate base_phis.
2332     DefiningValueMapTy DVCache;
2333
2334     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2335       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2336       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2337     }
2338   } // end of cache scope
2339
2340   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2341   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2342   // example is:
2343   // loop:
2344   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2345   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2346   //   gep a + 1
2347   //   safepoint 2
2348   //   br loop
2349   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2350   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2351   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2352   // remove the dummy calls.
2353   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2354   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2355     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2356
2357     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2358     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2359       Bases.push_back(Pair.second);
2360
2361     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2362   }
2363
2364   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2365   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2366   // not the key issue.
2367   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2368
2369   if (PrintBasePointers) {
2370     for (auto &Info : Records) {
2371       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2372       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2373         errs() << " derived ";
2374         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2375         errs() << " base ";
2376         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2377         errs() << "\n";
2378       }
2379     }
2380   }
2381
2382   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2383   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2384   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2385   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2386   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2387   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2388   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2389   // if the base is constant.
2390   for (auto &Info : Records)
2391     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2392       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2393         Info.LiveSet.erase(BasePair.first);
2394
2395   for (CallInst *CI : Holders)
2396     CI->eraseFromParent();
2397
2398   Holders.clear();
2399
2400   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2401   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2402   // the cost of some possible performance loss.  Note: This is known to not
2403   // handle updating of the side tables correctly which can lead to relocation
2404   // bugs when the same vector is live at multiple statepoints.  We're in the
2405   // process of implementing the alternate lowering - relocating the
2406   // vector-of-pointers as first class item and updating the backend to
2407   // understand that - but that's not yet complete.  
2408   if (UseVectorSplit)
2409     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2410       PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2411       Instruction *Statepoint = ToUpdate[i].getInstruction();
2412       splitVectorValues(cast<Instruction>(Statepoint), Info.LiveSet,
2413                         Info.PointerToBase, DT);
2414     }
2415
2416   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2417   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2418   // does not influence correctness.
2419   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2420     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2421
2422   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2423   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2424   // makeStatepointExplicitImpl.
2425   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2426
2427   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2428   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2429   // relocated. We have references to live variables that need to
2430   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2431   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2432   // the old statepoint calls as we go.)
2433   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2434     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2435
2436   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2437
2438   for (auto &PR : Replacements)
2439     PR.doReplacement();
2440
2441   Replacements.clear();
2442
2443   for (auto &Info : Records) {
2444     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2445     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2446     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2447     // avoid accidentally using them.
2448     //
2449     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2450     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2451     // onward.
2452     Info.LiveSet.clear();
2453     Info.PointerToBase.clear();
2454   }
2455
2456   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2457   SmallVector<Value *, 128> Live;
2458   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2459     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2460
2461     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2462     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2463     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2464     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2465     // we just grab that.
2466     Statepoint Statepoint(Info.StatepointToken);
2467     Live.insert(Live.end(), Statepoint.gc_args_begin(),
2468                 Statepoint.gc_args_end());
2469 #ifndef NDEBUG
2470     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2471     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2472     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2473     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2474     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2475            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2476     for (Value *V : Statepoint.gc_args()) {
2477       if (!isa<Instruction>(V))
2478         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2479         continue;
2480       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2481       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2482              "unreachable values should never be live");
2483       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2484              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2485     }
2486 #endif
2487   }
2488   unique_unsorted(Live);
2489
2490 #ifndef NDEBUG
2491   // sanity check
2492   for (auto *Ptr : Live)
2493     assert(isHandledGCPointerType(Ptr->getType()) &&
2494            "must be a gc pointer type");
2495 #endif
2496
2497   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2498   return !Records.empty();
2499 }
2500
2501 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2502 template <typename AttrHolder>
2503 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2504                                       unsigned Index) {
2505   AttrBuilder R;
2506   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2507     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2508                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2509   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2510     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2511                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2512   if (AH.doesNotAlias(Index))
2513     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2514
2515   if (!R.empty())
2516     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2517         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2518 }
2519
2520 void
2521 RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2522   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2523
2524   for (Argument &A : F.args())
2525     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2526       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2527
2528   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2529     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2530 }
2531
2532 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromBody(Function &F) {
2533   if (F.empty())
2534     return;
2535
2536   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2537   MDBuilder Builder(Ctx);
2538
2539   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2540     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2541       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2542       bool IsImmutableTBAA =
2543           MD->getNumOperands() == 4 &&
2544           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2545
2546       if (!IsImmutableTBAA)
2547         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2548
2549       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2550       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2551       uint64_t Offset =
2552           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2553
2554       MDNode *MutableTBAA =
2555           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2556       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2557     }
2558
2559     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2560       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2561         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2562           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2563       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2564         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2565     }
2566   }
2567 }
2568
2569 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2570 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2571 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2572   // TODO: This should check the GCStrategy
2573   if (F.hasGC()) {
2574     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2575     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2576     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2577     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2578            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2579   } else
2580     return false;
2581 }
2582
2583 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributes(Module &M) {
2584 #ifndef NDEBUG
2585   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2586          "precondition!");
2587 #endif
2588
2589   for (Function &F : M)
2590     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2591
2592   for (Function &F : M)
2593     stripNonValidAttributesFromBody(F);
2594 }
2595
2596 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2597   // Nothing to do for declarations.
2598   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2599     return false;
2600
2601   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2602   // compiling code without a GCStrategy.
2603   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2604     return false;
2605
2606   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2607   TargetTransformInfo &TTI =
2608       getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2609
2610   auto NeedsRewrite = [](Instruction &I) {
2611     if (UseDeoptBundles) {
2612       if (ImmutableCallSite CS = ImmutableCallSite(&I))
2613         return !callsGCLeafFunction(CS);
2614       return false;
2615     }
2616
2617     return isStatepoint(I);
2618   };
2619
2620   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2621   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2622   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2623   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2624   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2625   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2626     // TODO: only the ones with the flag set!
2627     if (NeedsRewrite(I)) {
2628       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2629         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2630       else
2631         HasUnreachableStatepoint = true;
2632     }
2633   }
2634
2635   bool MadeChange = false;
2636
2637   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2638   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2639   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2640   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2641   if (HasUnreachableStatepoint)
2642     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2643
2644   // Return early if no work to do.
2645   if (ParsePointNeeded.empty())
2646     return MadeChange;
2647
2648   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2649   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2650   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2651   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2652   for (BasicBlock &BB : F)
2653     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2654       MadeChange = true;
2655       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2656     }
2657
2658   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2659   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2660   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2661   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2662   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2663   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2664   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2665   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2666   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2667   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2668   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2669   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2670   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2671   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2672     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2673       if (BI->isConditional())
2674         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2675     // TODO: Extend this to handle switches
2676     return nullptr;
2677   };
2678   for (BasicBlock &BB : F) {
2679     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2680     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2681       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2682       // most instructions without side effects or memory access.  
2683       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2684         MadeChange = true;
2685         Cond->moveBefore(TI);
2686       }
2687   }
2688
2689   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2690   return MadeChange;
2691 }
2692
2693 // liveness computation via standard dataflow
2694 // -------------------------------------------------------------------
2695
2696 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2697 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2698
2699 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2700 /// the live-out set of the basic block
2701 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2702                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2703                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2704
2705   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2706     Instruction *I = &*ritr;
2707
2708     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2709     LiveTmp.erase(I);
2710
2711     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2712     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2713     if (isa<PHINode>(I))
2714       continue;
2715
2716     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2717     for (Value *V : I->operands()) {
2718       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2719              "support for FCA unimplemented");
2720       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2721         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2722         // There are two independent reasons:
2723         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2724         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2725         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2726         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2727         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2728         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2729         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2730         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2731         LiveTmp.insert(V);
2732       }
2733     }
2734   }
2735 }
2736
2737 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2738
2739   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2740     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2741     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2742       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2743       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2744       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2745              "support for FCA unimplemented");
2746       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2747         LiveTmp.insert(V);
2748       }
2749     }
2750   }
2751 }
2752
2753 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2754   DenseSet<Value *> KillSet;
2755   for (Instruction &I : *BB)
2756     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2757       KillSet.insert(&I);
2758   return KillSet;
2759 }
2760
2761 #ifndef NDEBUG
2762 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2763 /// sanity check for the liveness computation.
2764 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2765                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2766   for (Value *V : Live) {
2767     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2768       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2769       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2770       // such, we need to special case this to allow it.
2771       if (TermOkay && TI == I)
2772         continue;
2773       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2774              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2775     }
2776   }
2777 }
2778
2779 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2780 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2781 /// a def.
2782 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2783                           BasicBlock &BB) {
2784   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2785   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2786   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2787 }
2788 #endif
2789
2790 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2791                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2792
2793   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2794   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2795     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2796     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2797   };
2798   auto NextItem = [&]() {
2799     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2800     Worklist.pop_back();
2801     return BB;
2802   };
2803
2804   // Seed the liveness for each individual block
2805   for (BasicBlock &BB : F) {
2806     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2807     Data.LiveSet[&BB].clear();
2808     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2809
2810 #ifndef NDEBUG
2811     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2812       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2813 #endif
2814
2815     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2816     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2817     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2818     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2819     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2820     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2821       AddPredsToWorklist(&BB);
2822   }
2823
2824   // Propagate that liveness until stable
2825   while (!Worklist.empty()) {
2826     BasicBlock *BB = NextItem();
2827
2828     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2829     // despite the contribution of our successor.
2830     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2831     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2832     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2833       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2834       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2835     }
2836     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2837     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2838       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2839       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2840       // hasn't changed.
2841       continue;
2842     }
2843     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2844
2845     // Apply the effects of this basic block
2846     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2847     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2848     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2849
2850     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2851     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2852     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2853     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2854       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2855       AddPredsToWorklist(BB);
2856     }
2857   } // while( !worklist.empty() )
2858
2859 #ifndef NDEBUG
2860   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2861   // missing kills during the above iteration.
2862   for (BasicBlock &BB : F) {
2863     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2864   }
2865 #endif
2866 }
2867
2868 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2869                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2870
2871   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2872
2873   // Note: The copy is intentional and required
2874   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2875   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2876
2877   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2878   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2879   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2880   // specifically what we need to relocate
2881   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst->getIterator());
2882   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2883   LiveOut.erase(Inst);
2884   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2885 }
2886
2887 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2888                                   const CallSite &CS,
2889                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2890   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2891   StatepointLiveSetTy Updated;
2892   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2893
2894 #ifndef NDEBUG
2895   DenseSet<Value *> Bases;
2896   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2897     Bases.insert(KVPair.second);
2898   }
2899 #endif
2900   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2901   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2902   for (auto V : Updated)
2903     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2904       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2905       Info.PointerToBase[V] = V;
2906       continue;
2907     }
2908
2909 #ifndef NDEBUG
2910   for (auto V : Updated) {
2911     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2912            "must be able to find base for live value");
2913   }
2914 #endif
2915
2916   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2917   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2918   DenseSet<Value *> ToErase;
2919   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2920     if (!Updated.count(KVPair.first))
2921       ToErase.insert(KVPair.first);
2922   for (auto V : ToErase)
2923     Info.PointerToBase.erase(V);
2924
2925 #ifndef NDEBUG
2926   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2927     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2928 #endif
2929
2930   Info.LiveSet = Updated;
2931 }