352beffa4a09524e7a3e5213bafbcffbecc08d5b
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
18 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
22 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
23 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
24 #include "llvm/IR/CallSite.h"
25 #include "llvm/IR/Dominators.h"
26 #include "llvm/IR/Function.h"
27 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
28 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
29 #include "llvm/IR/Instructions.h"
30 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
31 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
32 #include "llvm/IR/Module.h"
33 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
34 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
35 #include "llvm/IR/Value.h"
36 #include "llvm/IR/Verifier.h"
37 #include "llvm/Support/Debug.h"
38 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
39 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
40 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
44
45 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
46
47 using namespace llvm;
48
49 // Print tracing output
50 static cl::opt<bool> TraceLSP("trace-rewrite-statepoints", cl::Hidden,
51                               cl::init(false));
52
53 // Print the liveset found at the insert location
54 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
55                                   cl::init(false));
56 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
57                                       cl::init(false));
58 // Print out the base pointers for debugging
59 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
60                                        cl::init(false));
61
62 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
63 // of relocating it
64 static cl::opt<unsigned>
65 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
66                            cl::init(6));
67
68 #ifdef XDEBUG
69 static bool ClobberNonLive = true;
70 #else
71 static bool ClobberNonLive = false;
72 #endif
73 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
74                                                   cl::location(ClobberNonLive),
75                                                   cl::Hidden);
76
77 namespace {
78 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
79   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
80
81   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
82     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
83   }
84   bool runOnFunction(Function &F);
85   bool runOnModule(Module &M) override {
86     bool Changed = false;
87     for (Function &F : M)
88       Changed |= runOnFunction(F);
89
90     if (Changed) {
91       // stripDereferenceabilityInfo asserts that shouldRewriteStatepointsIn
92       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
93       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
94       stripDereferenceabilityInfo(M);
95     }
96
97     return Changed;
98   }
99
100   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
101     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
102     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
103     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
104     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
105   }
106
107   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
108   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
109   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
110   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
111   /// heap.  stripDereferenceabilityInfo (conservatively) restores correctness
112   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
113   /// dereferenceability.
114   ///
115   void stripDereferenceabilityInfo(Module &M);
116
117   // Helpers for stripDereferenceabilityInfo
118   void stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F);
119   void stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F);
120 };
121 } // namespace
122
123 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
124
125 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
126   return new RewriteStatepointsForGC();
127 }
128
129 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
130                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
131 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
132 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
133                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
134
135 namespace {
136 struct GCPtrLivenessData {
137   /// Values defined in this block.
138   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> KillSet;
139   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
140   /// killed within this block.
141   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveSet;
142
143   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
144   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
145   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveIn;
146
147   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
148   /// any successor block)
149   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveOut;
150 };
151
152 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
153 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
154 // should not be inspected.
155 //
156 // In the actual implementation this caches two relations:
157 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
158 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
159 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
160 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
161 // types, then update all the second type to the first type
162 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
163 typedef DenseSet<llvm::Value *> StatepointLiveSetTy;
164 typedef DenseMap<Instruction *, Value *> RematerializedValueMapTy;
165
166 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
167   /// The set of values known to be live accross this safepoint
168   StatepointLiveSetTy liveset;
169
170   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
171   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
172
173   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
174   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
175   Instruction *StatepointToken;
176
177   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
178   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
179   Instruction *UnwindToken;
180
181   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
182   /// They are not included into 'liveset' field.
183   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
184   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
185 };
186 }
187
188 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
189 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
190                                 GCPtrLivenessData &Data);
191
192 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
193 /// Values at a particular instruction.
194 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
195                               StatepointLiveSetTy &out);
196
197 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
198 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Value *V) const override {
199
200 static bool isGCPointerType(const Type *T) {
201   if (const PointerType *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
202     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
203     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
204     // updated and that no other pointer does.
205     return (1 == PT->getAddressSpace());
206   return false;
207 }
208
209 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
210 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
211 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
212 // is not encountered.)
213 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
214   // We fully support gc pointers
215   if (isGCPointerType(T))
216     return true;
217   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
218   // can't handle something.
219   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
220     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
221       return true;
222   return false;
223 }
224
225 #ifndef NDEBUG
226 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
227 /// handle that type or not.
228 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
229   if (isGCPointerType(Ty))
230     return true;
231   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
232     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
233   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
234     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
235   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
236     return std::any_of(
237         ST->subtypes().begin(), ST->subtypes().end(),
238         [](Type *SubType) { return containsGCPtrType(SubType); });
239   return false;
240 }
241
242 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
243 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
244 // aggregates).  Used to trip assertions.
245 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
246   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
247 }
248 #endif
249
250 static bool order_by_name(llvm::Value *a, llvm::Value *b) {
251   if (a->hasName() && b->hasName()) {
252     return -1 == a->getName().compare(b->getName());
253   } else if (a->hasName() && !b->hasName()) {
254     return true;
255   } else if (!a->hasName() && b->hasName()) {
256     return false;
257   } else {
258     // Better than nothing, but not stable
259     return a < b;
260   }
261 }
262
263 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
264 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
265 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
266 // live.  Values used by that instruction are considered live.
267 static void analyzeParsePointLiveness(
268     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData,
269     const CallSite &CS, PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
270   Instruction *inst = CS.getInstruction();
271
272   StatepointLiveSetTy liveset;
273   findLiveSetAtInst(inst, OriginalLivenessData, liveset);
274
275   if (PrintLiveSet) {
276     // Note: This output is used by several of the test cases
277     // The order of elemtns in a set is not stable, put them in a vec and sort
278     // by name
279     SmallVector<Value *, 64> temp;
280     temp.insert(temp.end(), liveset.begin(), liveset.end());
281     std::sort(temp.begin(), temp.end(), order_by_name);
282     errs() << "Live Variables:\n";
283     for (Value *V : temp) {
284       errs() << " " << V->getName(); // no newline
285       V->dump();
286     }
287   }
288   if (PrintLiveSetSize) {
289     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
290     errs() << "Number live values: " << liveset.size() << "\n";
291   }
292   result.liveset = liveset;
293 }
294
295 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I);
296
297 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
298 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
299 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
300 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
301 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
302 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
303 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
304 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
305 /// particular element in 'I'.  
306 static std::pair<Value *, bool>
307 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I, Value *Index = nullptr) {
308   assert(I->getType()->isVectorTy() &&
309          cast<VectorType>(I->getType())->getElementType()->isPointerTy() &&
310          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
311
312   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
313   // detailed motivation.
314
315   if (isa<Argument>(I))
316     // An incoming argument to the function is a base pointer
317     return std::make_pair(I, true);
318
319   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
320   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
321          "unexpected global variable found in base of vector");
322
323   // inlining could possibly introduce phi node that contains
324   // undef if callee has multiple returns
325   if (isa<UndefValue>(I))
326     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
327     // code.
328     return std::make_pair(I, true);
329
330   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
331   // checks
332   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
333     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
334            "order of checks wrong!");
335     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
336     return std::make_pair(Con, true);
337   }
338   
339   if (isa<LoadInst>(I))
340     return std::make_pair(I, true);
341   
342   // For an insert element, we might be able to look through it if we know
343   // something about the indexes.
344   if (InsertElementInst *IEI = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
345     if (Index) {
346       Value *InsertIndex = IEI->getOperand(2);
347       // This index is inserting the value, look for its BDV
348       if (InsertIndex == Index)
349         return std::make_pair(findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(1)), false);
350       // Both constant, and can't be equal per above. This insert is definitely
351       // not relevant, look back at the rest of the vector and keep trying.
352       if (isa<ConstantInt>(Index) && isa<ConstantInt>(InsertIndex))
353         return findBaseDefiningValueOfVector(IEI->getOperand(0), Index);
354     }
355     
356     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
357     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
358     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
359     return std::make_pair(IEI, false);
360   }
361
362   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
363     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
364     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
365     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
366     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
367     // for particular sufflevector patterns.
368     return std::make_pair(I, false);
369
370   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
371   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
372   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
373          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
374   return std::make_pair(I, false);
375 }
376
377 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
378
379 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
380 /// defines the base pointer for the input or b) blocks the simple search
381 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers)
382 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
383   if (I->getType()->isVectorTy())
384     return findBaseDefiningValueOfVector(I).first;
385   
386   assert(I->getType()->isPointerTy() &&
387          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
388
389   // This case is a bit of a hack - it only handles extracts from vectors which
390   // trivially contain only base pointers or cases where we can directly match
391   // the index of the original extract element to an insertion into the vector.
392   // See note inside the function for how to improve this.
393   if (auto *EEI = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
394     Value *VectorOperand = EEI->getVectorOperand();
395     Value *Index = EEI->getIndexOperand();
396     std::pair<Value *, bool> pair =
397       findBaseDefiningValueOfVector(VectorOperand, Index);
398     Value *VectorBase = pair.first;
399     if (VectorBase->getType()->isPointerTy())
400       // We found a BDV for this specific element with the vector.  This is an
401       // optimization, but in practice it covers most of the useful cases
402       // created via scalarization.
403       return VectorBase;
404     else {
405       assert(VectorBase->getType()->isVectorTy());
406       if (pair.second)
407         // If the entire vector returned is known to be entirely base pointers,
408         // then the extractelement is valid base for this value.
409         return EEI;
410       else {
411         // Otherwise, we have an instruction which potentially produces a
412         // derived pointer and we need findBasePointers to clone code for us
413         // such that we can create an instruction which produces the
414         // accompanying base pointer.
415         // Note: This code is currently rather incomplete.  We don't currently
416         // support the general form of shufflevector of insertelement.
417         // Conceptually, these are just 'base defining values' of the same
418         // variety as phi or select instructions.  We need to update the
419         // findBasePointers algorithm to insert new 'base-only' versions of the
420         // original instructions. This is relative straight forward to do, but
421         // the case which would motivate the work hasn't shown up in real
422         // workloads yet.  
423         assert((isa<PHINode>(VectorBase) || isa<SelectInst>(VectorBase)) &&
424                "need to extend findBasePointers for generic vector"
425                "instruction cases");
426         return VectorBase;
427       }
428     }
429   }
430
431   if (isa<Argument>(I))
432     // An incoming argument to the function is a base pointer
433     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
434     return I;
435
436   if (isa<GlobalVariable>(I))
437     // base case
438     return I;
439
440   // inlining could possibly introduce phi node that contains
441   // undef if callee has multiple returns
442   if (isa<UndefValue>(I))
443     // utterly meaningless, but useful for dealing with
444     // partially optimized code.
445     return I;
446
447   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
448   // checks
449   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
450     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
451            "order of checks wrong!");
452     // Note: Finding a constant base for something marked for relocation
453     // doesn't really make sense.  The most likely case is either a) some
454     // screwed up the address space usage or b) your validating against
455     // compiled C++ code w/o the proper separation.  The only real exception
456     // is a null pointer.  You could have generic code written to index of
457     // off a potentially null value and have proven it null.  We also use
458     // null pointers in dead paths of relocation phis (which we might later
459     // want to find a base pointer for).
460     assert(isa<ConstantPointerNull>(Con) &&
461            "null is the only case which makes sense");
462     return Con;
463   }
464
465   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
466     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
467     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
468     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
469     // handle int->ptr conversion.
470     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
471     return findBaseDefiningValue(Def);
472   }
473
474   if (isa<LoadInst>(I))
475     return I; // The value loaded is an gc base itself
476
477   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
478     // The base of this GEP is the base
479     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
480
481   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
482     switch (II->getIntrinsicID()) {
483     case Intrinsic::experimental_gc_result_ptr:
484     default:
485       // fall through to general call handling
486       break;
487     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
488     case Intrinsic::experimental_gc_result_float:
489     case Intrinsic::experimental_gc_result_int:
490       llvm_unreachable("these don't produce pointers");
491     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
492       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
493       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
494       // but why are you doing this?  There's no good reason.
495       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
496     }
497     case Intrinsic::gcroot:
498       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
499       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
500       // implications much.
501       llvm_unreachable(
502           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
503     }
504   }
505   // We assume that functions in the source language only return base
506   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
507   // both source language and internal functions.
508   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
509     return I;
510
511   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
512   // neccessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
513   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
514
515   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
516     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
517     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
518     // like a load.
519     return I;
520
521   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
522                                    "binary ops which don't apply to pointers");
523
524   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
525   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
526   // this is a defining definition of the base just like a load is.
527   if (isa<ExtractValueInst>(I))
528     return I;
529
530   // We should never see an insert vector since that would require we be
531   // tracing back a struct value not a pointer value.
532   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
533          "Base pointer for a struct is meaningless");
534
535   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
536   // return a value which dynamically selects from amoung several base
537   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
538   // the caller to resolve these.
539   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
540          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
541   return I;
542 }
543
544 /// Returns the base defining value for this value.
545 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
546   Value *&Cached = Cache[I];
547   if (!Cached) {
548     Cached = findBaseDefiningValue(I);
549   }
550   assert(Cache[I] != nullptr);
551
552   if (TraceLSP) {
553     dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> " << Cached->getName()
554            << "\n";
555   }
556   return Cached;
557 }
558
559 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
560 /// base defining value.
561 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
562   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
563   auto Found = Cache.find(Def);
564   if (Found != Cache.end()) {
565     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
566     return Found->second;
567   }
568   // Only a BDV available
569   return Def;
570 }
571
572 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
573 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
574 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
575   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V)) {
576     // no recursion possible
577     return true;
578   }
579   if (isa<Instruction>(V) &&
580       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
581     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
582     // that this is a base value.
583     return true;
584   }
585
586   // We need to keep searching
587   return false;
588 }
589
590 // TODO: find a better name for this
591 namespace {
592 class PhiState {
593 public:
594   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
595
596   PhiState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
597     assert(status != Base || b);
598   }
599   PhiState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
600   PhiState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
601
602   Status getStatus() const { return status; }
603   Value *getBase() const { return base; }
604
605   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
606   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
607   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
608
609   bool operator==(const PhiState &other) const {
610     return base == other.base && status == other.status;
611   }
612
613   bool operator!=(const PhiState &other) const { return !(*this == other); }
614
615   void dump() {
616     errs() << status << " (" << base << " - "
617            << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
618   }
619
620 private:
621   Status status;
622   Value *base; // non null only if status == base
623 };
624
625 typedef DenseMap<Value *, PhiState> ConflictStateMapTy;
626 // Values of type PhiState form a lattice, and this is a helper
627 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
628 // operation is implemented in MeetPhiStates::pureMeet
629 class MeetPhiStates {
630 public:
631   // phiStates is a mapping from PHINodes and SelectInst's to PhiStates.
632   explicit MeetPhiStates(const ConflictStateMapTy &phiStates)
633       : phiStates(phiStates) {}
634
635   // Destructively meet the current result with the base V.  V can
636   // either be a merge instruction (SelectInst / PHINode), in which
637   // case its status is looked up in the phiStates map; or a regular
638   // SSA value, in which case it is assumed to be a base.
639   void meetWith(Value *V) {
640     PhiState otherState = getStateForBDV(V);
641     assert((MeetPhiStates::pureMeet(otherState, currentResult) ==
642             MeetPhiStates::pureMeet(currentResult, otherState)) &&
643            "math is wrong: meet does not commute!");
644     currentResult = MeetPhiStates::pureMeet(otherState, currentResult);
645   }
646
647   PhiState getResult() const { return currentResult; }
648
649 private:
650   const ConflictStateMapTy &phiStates;
651   PhiState currentResult;
652
653   /// Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
654   /// base state for known bases and expect to find a cached state otherwise
655   PhiState getStateForBDV(Value *baseValue) {
656     if (isKnownBaseResult(baseValue)) {
657       return PhiState(baseValue);
658     } else {
659       return lookupFromMap(baseValue);
660     }
661   }
662
663   PhiState lookupFromMap(Value *V) {
664     auto I = phiStates.find(V);
665     assert(I != phiStates.end() && "lookup failed!");
666     return I->second;
667   }
668
669   static PhiState pureMeet(const PhiState &stateA, const PhiState &stateB) {
670     switch (stateA.getStatus()) {
671     case PhiState::Unknown:
672       return stateB;
673
674     case PhiState::Base:
675       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
676       if (stateB.isUnknown())
677         return stateA;
678
679       if (stateB.isBase()) {
680         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
681           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
682           return stateA;
683         }
684         return PhiState(PhiState::Conflict);
685       }
686       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
687       return PhiState(PhiState::Conflict);
688
689     case PhiState::Conflict:
690       return stateA;
691     }
692     llvm_unreachable("only three states!");
693   }
694 };
695 }
696 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
697 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
698 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
699 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
700 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
701   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
702
703   if (isKnownBaseResult(def)) {
704     return def;
705   }
706
707   // Here's the rough algorithm:
708   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
709   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
710   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
711   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
712   //   looks like:
713   //   UNKNOWN
714   //   b1 b2 b3 b4
715   //   CONFLICT
716   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
717   //   base or be in a conflict state.
718   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
719   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
720   //   non-conflict, add the actual base.
721   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
722   //   arguments.
723   //
724   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
725   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
726   // analougous to pessimistic data flow and would likely lead to an
727   // overall worse solution.
728
729   ConflictStateMapTy states;
730   states[def] = PhiState();
731   // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
732   // for which we don't already know a definite base value for
733   // TODO: This should be rewritten with a worklist
734   bool done = false;
735   while (!done) {
736     done = true;
737     // Since we're adding elements to 'states' as we run, we can't keep
738     // iterators into the set.
739     SmallVector<Value *, 16> Keys;
740     Keys.reserve(states.size());
741     for (auto Pair : states) {
742       Value *V = Pair.first;
743       Keys.push_back(V);
744     }
745     for (Value *v : Keys) {
746       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
747       if (PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
748         assert(phi->getNumIncomingValues() > 0 &&
749                "zero input phis are illegal");
750         for (Value *InVal : phi->incoming_values()) {
751           Value *local = findBaseOrBDV(InVal, cache);
752           if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
753             states[local] = PhiState();
754             done = false;
755           }
756         }
757       } else if (SelectInst *sel = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
758         Value *local = findBaseOrBDV(sel->getTrueValue(), cache);
759         if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
760           states[local] = PhiState();
761           done = false;
762         }
763         local = findBaseOrBDV(sel->getFalseValue(), cache);
764         if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
765           states[local] = PhiState();
766           done = false;
767         }
768       }
769     }
770   }
771
772   if (TraceLSP) {
773     errs() << "States after initialization:\n";
774     for (auto Pair : states) {
775       Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
776       PhiState state = Pair.second;
777       state.dump();
778       v->dump();
779     }
780   }
781
782   // TODO: come back and revisit the state transitions around inputs which
783   // have reached conflict state.  The current version seems too conservative.
784
785   bool progress = true;
786   while (progress) {
787 #ifndef NDEBUG
788     size_t oldSize = states.size();
789 #endif
790     progress = false;
791     // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
792     for (auto Pair : states) {
793       MeetPhiStates calculateMeet(states);
794       Value *v = Pair.first;
795       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
796       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
797         calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(select->getTrueValue(), cache));
798         calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(select->getFalseValue(), cache));
799       } else
800         for (Value *Val : cast<PHINode>(v)->incoming_values())
801           calculateMeet.meetWith(findBaseOrBDV(Val, cache));
802
803       PhiState oldState = states[v];
804       PhiState newState = calculateMeet.getResult();
805       if (oldState != newState) {
806         progress = true;
807         states[v] = newState;
808       }
809     }
810
811     assert(oldSize <= states.size());
812     assert(oldSize == states.size() || progress);
813   }
814
815   if (TraceLSP) {
816     errs() << "States after meet iteration:\n";
817     for (auto Pair : states) {
818       Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
819       PhiState state = Pair.second;
820       state.dump();
821       v->dump();
822     }
823   }
824
825   // Insert Phis for all conflicts
826   // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
827   // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
828   // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
829   SmallVector<Value *, 16> Keys;
830   Keys.reserve(states.size());
831   for (auto Pair : states) {
832     Value *V = Pair.first;
833     Keys.push_back(V);
834   }
835   std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
836   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
837   for (Value *V : Keys) {
838     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
839     PhiState State = states[I];
840     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
841     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
842     if (!State.isConflict())
843       continue;
844
845     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
846     /// the given instruction 'I'.
847     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
848       if (isa<PHINode>(I)) {
849         BasicBlock *BB = I->getParent();
850         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
851         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
852         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, "base_phi", I);
853       }
854       SelectInst *Sel = cast<SelectInst>(I);
855       // The undef will be replaced later
856       UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
857       return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
858                                 Undef, "base_select", Sel);
859     };
860     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
861     // Add metadata marking this as a base value
862     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
863     states[I] = PhiState(PhiState::Conflict, BaseInst);
864   }
865
866   // Fixup all the inputs of the new PHIs
867   for (auto Pair : states) {
868     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
869     PhiState state = Pair.second;
870
871     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
872     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
873     if (!state.isConflict())
874       continue;
875
876     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(state.getBase())) {
877       PHINode *phi = cast<PHINode>(v);
878       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
879       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
880         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
881         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
882
883         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
884         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
885         // nodes with multiple entries from the same basic block
886         // to have the same incoming value for each of those
887         // entries.  If we don't do this check here and basephi
888         // has a different type than base, we'll end up adding two
889         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
890         // values for the same basic block.
891
892         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
893         if (blockIndex != -1) {
894           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
895           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
896 #ifndef NDEBUG
897           Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
898           if (!isKnownBaseResult(base)) {
899             // Either conflict or base.
900             assert(states.count(base));
901             base = states[base].getBase();
902             assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
903           }
904
905           // In essense this assert states: the only way two
906           // values incoming from the same basic block may be
907           // different is by being different bitcasts of the same
908           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
909           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
910           // type (and still remain pure).  This will remove the
911           // need to add bitcasts.
912           assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
913                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
914 #endif
915           continue;
916         }
917
918         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
919         // a non-phi node
920         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
921         if (!isKnownBaseResult(base)) {
922           // Either conflict or base.
923           assert(states.count(base));
924           base = states[base].getBase();
925           assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
926         }
927         assert(base && "can't be null");
928         // Must use original input BB since base may not be Instruction
929         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
930         if (base->getType() != basephi->getType()) {
931           base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
932                                  InBB->getTerminator());
933         }
934         basephi->addIncoming(base, InBB);
935       }
936       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
937     } else {
938       SelectInst *basesel = cast<SelectInst>(state.getBase());
939       SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
940       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
941       // something more safe and less hacky.
942       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
943         Value *InVal = sel->getOperand(i);
944         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
945         // a non-phi node
946         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
947         if (!isKnownBaseResult(base)) {
948           // Either conflict or base.
949           assert(states.count(base));
950           base = states[base].getBase();
951           assert(base != nullptr && "unknown PhiState!");
952         }
953         assert(base && "can't be null");
954         // Must use original input BB since base may not be Instruction
955         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
956         if (base->getType() != basesel->getType()) {
957           base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
958         }
959         basesel->setOperand(i, base);
960       }
961     }
962   }
963
964   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
965   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
966   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
967   for (auto item : states) {
968     Value *v = item.first;
969     Value *base = item.second.getBase();
970     assert(v && base);
971     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
972
973     if (TraceLSP) {
974       std::string fromstr =
975           cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
976                          : "none";
977       errs() << "Updating base value cache"
978              << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
979              << " from: " << fromstr
980              << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n";
981     }
982
983     assert(isKnownBaseResult(base) &&
984            "must be something we 'know' is a base pointer");
985     if (cache.count(v)) {
986       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
987       // the base relation being stored, it must be stable
988       assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
989              "base relation should be stable");
990     }
991     cache[v] = base;
992   }
993   assert(cache.find(def) != cache.end());
994   return cache[def];
995 }
996
997 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
998 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
999 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1000 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1001 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1002 // additional PHI nodes.
1003 //
1004 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1005 //
1006 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1007 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1008 //
1009 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1010 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1011 // pointer was a base pointer.
1012 static void
1013 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1014                  DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> &PointerToBase,
1015                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1016   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1017   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1018   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1019   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1020   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1021   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1022   for (Value *ptr : Temp) {
1023     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1024     assert(base && "failed to find base pointer");
1025     PointerToBase[ptr] = base;
1026     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1027             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1028                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1029            "The base we found better dominate the derived pointer");
1030
1031     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1032     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1033     // disabling the verifier at your own substaintial risk.
1034     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1035            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1036            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1037            "safepoint ir verifier.");
1038   }
1039 }
1040
1041 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1042 /// parse point.
1043 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1044                              const CallSite &CS,
1045                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1046   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
1047   findBasePointers(result.liveset, PointerToBase, &DT, DVCache);
1048
1049   if (PrintBasePointers) {
1050     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1051     // some tests.
1052     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1053     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1054     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1055     for (auto Pair : PointerToBase) {
1056       Temp.push_back(Pair.first);
1057     }
1058     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1059     for (Value *Ptr : Temp) {
1060       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1061       errs() << " derived %" << Ptr->getName() << " base %" << Base->getName()
1062              << "\n";
1063     }
1064   }
1065
1066   result.PointerToBase = PointerToBase;
1067 }
1068
1069 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1070 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1071 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1072                                   const CallSite &CS,
1073                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1074
1075 static void recomputeLiveInValues(
1076     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1077     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1078   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1079   // again.  The old values are still live and will help it stablize quickly.
1080   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1081   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1082   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1083     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1084     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1085     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1086   }
1087 }
1088
1089 // When inserting gc.relocate calls, we need to ensure there are no uses
1090 // of the original value between the gc.statepoint and the gc.relocate call.
1091 // One case which can arise is a phi node starting one of the successor blocks.
1092 // We also need to be able to insert the gc.relocates only on the path which
1093 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
1094 // possible.
1095 static BasicBlock *
1096 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1097                             DominatorTree &DT) {
1098   BasicBlock *Ret = BB;
1099   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
1100     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", nullptr, &DT);
1101   }
1102
1103   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1104   // from it
1105   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1106   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()));
1107
1108   // At this point, we can safely insert a gc.relocate as the first instruction
1109   // in Ret if needed.
1110   return Ret;
1111 }
1112
1113 static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
1114   auto itr = std::find(livevec.begin(), livevec.end(), val);
1115   assert(livevec.end() != itr);
1116   size_t index = std::distance(livevec.begin(), itr);
1117   assert(index < livevec.size());
1118   return index;
1119 }
1120
1121 // Create new attribute set containing only attributes which can be transfered
1122 // from original call to the safepoint.
1123 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1124   AttributeSet ret;
1125
1126   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1127     unsigned index = AS.getSlotIndex(Slot);
1128
1129     if (index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1130         index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1131
1132       for (auto it = AS.begin(Slot), it_end = AS.end(Slot); it != it_end;
1133            ++it) {
1134         Attribute attr = *it;
1135
1136         // Do not allow certain attributes - just skip them
1137         // Safepoint can not be read only or read none.
1138         if (attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1139             attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1140           continue;
1141
1142         ret = ret.addAttributes(
1143             AS.getContext(), index,
1144             AttributeSet::get(AS.getContext(), index, AttrBuilder(attr)));
1145       }
1146     }
1147
1148     // Just skip parameter attributes for now
1149   }
1150
1151   return ret;
1152 }
1153
1154 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1155 /// statepoint.
1156 /// Inputs:
1157 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1158 ///   liveStart - index of the first live variable.
1159 ///   basePtrs - base pointers.
1160 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1161 ///   bound.
1162 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1163 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
1164                               const int LiveStart,
1165                               ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
1166                               Instruction *StatepointToken,
1167                               IRBuilder<> Builder) {
1168   if (LiveVariables.empty())
1169     return;
1170   
1171   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1172   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1173   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1174   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1175   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1176   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1177   Module *M = StatepointToken->getModule();
1178   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1179   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1180   Value *GCRelocateDecl =
1181     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1182
1183   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1184     // Generate the gc.relocate call and save the result
1185     Value *BaseIdx =
1186       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1187     Value *LiveIdx =
1188       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
1189
1190     // only specify a debug name if we can give a useful one
1191     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1192         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1193         LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
1194                                     : "");
1195     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1196     // fake call.
1197     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1198   }
1199 }
1200
1201 static void
1202 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
1203                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &basePtrs,
1204                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &liveVariables,
1205                            Pass *P,
1206                            PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1207   assert(basePtrs.size() == liveVariables.size());
1208   assert(isStatepoint(CS) &&
1209          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1210
1211   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
1212   assert(BB);
1213   Function *F = BB->getParent();
1214   assert(F && "must be set");
1215   Module *M = F->getParent();
1216   (void)M;
1217   assert(M && "must be set");
1218
1219   // We're not changing the function signature of the statepoint since the gc
1220   // arguments go into the var args section.
1221   Function *gc_statepoint_decl = CS.getCalledFunction();
1222
1223   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1224   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1225   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1226   // be replacing a terminator.
1227   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
1228   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
1229   // Copy all of the arguments from the original statepoint - this includes the
1230   // target, call args, and deopt args
1231   SmallVector<llvm::Value *, 64> args;
1232   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1233   // TODO: Clear the 'needs rewrite' flag
1234
1235   // add all the pointers to be relocated (gc arguments)
1236   // Capture the start of the live variable list for use in the gc_relocates
1237   const int live_start = args.size();
1238   args.insert(args.end(), liveVariables.begin(), liveVariables.end());
1239
1240   // Create the statepoint given all the arguments
1241   Instruction *token = nullptr;
1242   AttributeSet return_attributes;
1243   if (CS.isCall()) {
1244     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1245     CallInst *call =
1246         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
1247     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
1248     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1249
1250     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1251     // function attributes.
1252     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1253     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
1254     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1255     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1256     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1257
1258     token = call;
1259
1260     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1261     // the old call (which we're about to delete)
1262     BasicBlock::iterator next(toReplace);
1263     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
1264     next++;
1265     Instruction *IP = &*(next);
1266     Builder.SetInsertPoint(IP);
1267     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1268
1269   } else {
1270     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1271
1272     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1273     // moment at which point this will become the new terminator for the
1274     // original block.
1275     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
1276         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
1277         toReplace->getUnwindDest(), args, "", toReplace->getParent());
1278     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1279
1280     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1281     // function attributes.
1282     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1283     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
1284     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1285     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1286     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1287
1288     token = invoke;
1289
1290     // Generate gc relocates in exceptional path
1291     BasicBlock *unwindBlock = toReplace->getUnwindDest();
1292     assert(!isa<PHINode>(unwindBlock->begin()) &&
1293            unwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1294            "can't safely insert in this block!");
1295
1296     Instruction *IP = &*(unwindBlock->getFirstInsertionPt());
1297     Builder.SetInsertPoint(IP);
1298     Builder.SetCurrentDebugLocation(toReplace->getDebugLoc());
1299
1300     // Extract second element from landingpad return value. We will attach
1301     // exceptional gc relocates to it.
1302     const unsigned idx = 1;
1303     Instruction *exceptional_token =
1304         cast<Instruction>(Builder.CreateExtractValue(
1305             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
1306     result.UnwindToken = exceptional_token;
1307
1308     CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
1309                       exceptional_token, Builder);
1310
1311     // Generate gc relocates and returns for normal block
1312     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
1313     assert(!isa<PHINode>(normalDest->begin()) &&
1314            normalDest->getUniquePredecessor() &&
1315            "can't safely insert in this block!");
1316
1317     IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
1318     Builder.SetInsertPoint(IP);
1319
1320     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1321     // statepoint
1322   }
1323   assert(token);
1324
1325   // Take the name of the original value call if it had one.
1326   token->takeName(CS.getInstruction());
1327
1328 // The GCResult is already inserted, we just need to find it
1329 #ifndef NDEBUG
1330   Instruction *toReplace = CS.getInstruction();
1331   assert((toReplace->hasNUses(0) || toReplace->hasNUses(1)) &&
1332          "only valid use before rewrite is gc.result");
1333   assert(!toReplace->hasOneUse() ||
1334          isGCResult(cast<Instruction>(*toReplace->user_begin())));
1335 #endif
1336
1337   // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1338   // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1339   // considered a live reference.
1340   CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(token);
1341
1342   result.StatepointToken = token;
1343
1344   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1345   CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs, token, Builder);
1346 }
1347
1348 namespace {
1349 struct name_ordering {
1350   Value *base;
1351   Value *derived;
1352   bool operator()(name_ordering const &a, name_ordering const &b) {
1353     return -1 == a.derived->getName().compare(b.derived->getName());
1354   }
1355 };
1356 }
1357 static void stablize_order(SmallVectorImpl<Value *> &basevec,
1358                            SmallVectorImpl<Value *> &livevec) {
1359   assert(basevec.size() == livevec.size());
1360
1361   SmallVector<name_ordering, 64> temp;
1362   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1363     name_ordering v;
1364     v.base = basevec[i];
1365     v.derived = livevec[i];
1366     temp.push_back(v);
1367   }
1368   std::sort(temp.begin(), temp.end(), name_ordering());
1369   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1370     basevec[i] = temp[i].base;
1371     livevec[i] = temp[i].derived;
1372   }
1373 }
1374
1375 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1376 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1377 //
1378 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1379 // values.  That's the callers responsibility.
1380 static void
1381 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
1382                        PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1383   auto liveset = result.liveset;
1384   auto PointerToBase = result.PointerToBase;
1385
1386   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1387   SmallVector<Value *, 64> basevec, livevec;
1388   livevec.reserve(liveset.size());
1389   basevec.reserve(liveset.size());
1390   for (Value *L : liveset) {
1391     livevec.push_back(L);
1392     assert(PointerToBase.count(L));
1393     Value *base = PointerToBase[L];
1394     basevec.push_back(base);
1395   }
1396   assert(livevec.size() == basevec.size());
1397
1398   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1399   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1400   // The order is otherwise meaningless.
1401   stablize_order(basevec, livevec);
1402
1403   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1404   makeStatepointExplicitImpl(CS, basevec, livevec, P, result);
1405   CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1406 }
1407
1408 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1409 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits store to the
1410 // assigned
1411 // location (via allocaMap) for the each one of them.
1412 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
1413 // for sanity check.
1414 static void
1415 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1416                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1417                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1418
1419   for (User *U : GCRelocs) {
1420     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
1421       continue;
1422
1423     IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
1424
1425     // We only care about relocates
1426     if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
1427         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
1428       continue;
1429     }
1430
1431     GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
1432     Value *OriginalValue =
1433         const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
1434     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1435     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1436
1437     // Emit store into the related alloca
1438     // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1439     // the correct type according to alloca.
1440     assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
1441     IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
1442     Value *CastedRelocatedValue =
1443         Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1444         RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
1445
1446     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1447     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1448
1449 #ifndef NDEBUG
1450     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1451 #endif
1452   }
1453 }
1454
1455 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1456 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1457 static void
1458 insertRematerializationStores(
1459   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1460   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1461   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1462
1463   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1464     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1465     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1466
1467     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1468            "Can not find alloca for rematerialized value");
1469     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1470
1471     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1472     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1473
1474 #ifndef NDEBUG
1475     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1476 #endif
1477   }
1478 }
1479
1480 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
1481 static void relocationViaAlloca(
1482     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1483     ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1484 #ifndef NDEBUG
1485   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1486   // number when we get done.
1487   int InitialAllocaNum = 0;
1488   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1489        I++)
1490     if (isa<AllocaInst>(*I))
1491       InitialAllocaNum++;
1492 #endif
1493
1494   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1495   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1496   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1497   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1498   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1499   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1500
1501   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1502   // "PromotableAllocas"
1503   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1504     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1505                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1506     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1507     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1508   };
1509
1510   // emit alloca for each live gc pointer
1511   for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
1512     emitAllocaFor(Live[i]);
1513   }
1514
1515   // emit allocas for rematerialized values
1516   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1517     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1518
1519     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1520       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1521       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1522         continue;
1523
1524       emitAllocaFor(OriginalValue);
1525       ++NumRematerializedValues;
1526     }
1527   }
1528
1529   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1530   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1531   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1532   // into distinct loops for performance reasons.
1533
1534   // update gc pointer after each statepoint
1535   // either store a relocated value or null (if no relocated value found for
1536   // this gc pointer and it is not a gc_result)
1537   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
1538   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
1539   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1540     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1541     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1542
1543     // This will be used for consistency check
1544     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1545
1546     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1547     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1548
1549     // In case if it was invoke statepoint
1550     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1551     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1552       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1553                              VisitedLiveValues);
1554     }
1555
1556     // Do similar thing with rematerialized values
1557     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1558                                   VisitedLiveValues);
1559
1560     if (ClobberNonLive) {
1561       // As a debuging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1562       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1563       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1564       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1565       // wise.
1566       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1567       for (auto Pair : AllocaMap) {
1568         Value *Def = Pair.first;
1569         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1570
1571         // This value was relocated
1572         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1573           continue;
1574         }
1575         ToClobber.push_back(Alloca);
1576       }
1577
1578       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1579         for (auto *AI : ToClobber) {
1580           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1581           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1582           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1583           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1584           Store->insertBefore(IP);
1585         }
1586       };
1587
1588       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1589       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1590       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1591         InsertClobbersAt(II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1592         InsertClobbersAt(II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1593       } else {
1594         BasicBlock::iterator Next(cast<CallInst>(Statepoint));
1595         Next++;
1596         InsertClobbersAt(Next);
1597       }
1598     }
1599   }
1600   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
1601   for (auto Pair : AllocaMap) {
1602     Value *Def = Pair.first;
1603     Value *Alloca = Pair.second;
1604
1605     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1606     // later update
1607     // that change the user information.
1608     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1609     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1610     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1611     for (User *U : Def->users()) {
1612       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1613         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1614         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1615         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1616         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1617         // use does not need to be fixed up.
1618         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1619       }
1620     }
1621
1622     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1623     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1624     Uses.erase(Last, Uses.end());
1625
1626     for (Instruction *Use : Uses) {
1627       if (isa<PHINode>(Use)) {
1628         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1629         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1630           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1631             LoadInst *Load = new LoadInst(
1632                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1633             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1634           }
1635         }
1636       } else {
1637         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1638         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1639       }
1640     }
1641
1642     // emit store for the initial gc value
1643     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
1644     // use list and an extra load will be inserted before it
1645     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1646     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1647       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1648         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1649         // into its normal destination block.
1650         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1651         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1652       } else {
1653         assert(!Inst->isTerminator() &&
1654                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1655                "InvokeInst which is handled above.");
1656         Store->insertAfter(Inst);
1657       }
1658     } else {
1659       assert(isa<Argument>(Def));
1660       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1661     }
1662   }
1663
1664   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1665          "we must have the same allocas with lives");
1666   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1667     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1668     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1669   }
1670
1671 #ifndef NDEBUG
1672   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1673        I++)
1674     if (isa<AllocaInst>(*I))
1675       InitialAllocaNum--;
1676   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1677 #endif
1678 }
1679
1680 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1681 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1682 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1683 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1684   SmallSet<T, 8> Seen;
1685   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1686               return !Seen.insert(V).second;
1687             }), Vec.end());
1688 }
1689
1690 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1691 /// lifetime of the call.
1692 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1693                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1694   if (Values.empty())
1695     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1696     return;
1697
1698   Module *M = CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent();
1699   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1700   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1701       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1702   if (CS.isCall()) {
1703     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1704     BasicBlock::iterator Next(CS.getInstruction());
1705     Next++;
1706     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "", Next));
1707     return;
1708   }
1709   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1710   // exceptional destination blocks
1711   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1712   Holders.push_back(CallInst::Create(
1713       Func, Values, "", II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1714   Holders.push_back(CallInst::Create(
1715       Func, Values, "", II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1716 }
1717
1718 static void findLiveReferences(
1719     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1720     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1721   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1722   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1723   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1724     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1725     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1726     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1727   }
1728 }
1729
1730 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
1731 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
1732 /// would be preferrable to include the vector in the statepoint itself, but
1733 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1734 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1735 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable comprimise.
1736 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1737                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1738                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1739                               DominatorTree &DT) {
1740   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1741   for (Value *V : LiveSet)
1742     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1743       ToSplit.push_back(V);
1744
1745   if (ToSplit.empty())
1746     return;
1747
1748   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1749
1750   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1751
1752   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1753   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1754   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1755   for (Value *V : ToSplit) {
1756     AllocaInst *Alloca =
1757         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1758     AllocaMap[V] = Alloca;
1759
1760     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1761     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1762     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1763     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1764       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1765     ElementMapping[V] = Elements;
1766
1767     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1768       Builder.SetInsertPoint(IP);
1769       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1770       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1771       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1772         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1773                                                 Builder.getInt32(i));
1774       return ResultVec;
1775     };
1776
1777     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1778       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1779       Next++;
1780       Instruction *IP = &*(Next);
1781       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1782       Replacements[V].second = nullptr;
1783     } else {
1784       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1785       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1786       // blocks
1787       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1788       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1789       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1790       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1791       // Insert insert element sequences in both successors
1792       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1793       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1794       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1795       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1796     }
1797   }
1798
1799   for (Value *V : ToSplit) {
1800     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
1801
1802     // Capture all users before we start mutating use lists
1803     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
1804     for (User *U : V->users())
1805       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
1806
1807     for (Instruction *I : Users) {
1808       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1809         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
1810           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
1811             LoadInst *Load = new LoadInst(
1812                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1813             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1814           }
1815       } else {
1816         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
1817         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
1818       }
1819     }
1820
1821     // Store the original value and the replacement value into the alloca
1822     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
1823     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
1824       Store->insertAfter(I);
1825     else
1826       Store->insertAfter(Alloca);
1827
1828     // Normal return for invoke, or call return
1829     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
1830     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1831     // Unwind return for invoke only
1832     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
1833     if (Replacement)
1834       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1835   }
1836
1837   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1838   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
1839   for (Value *V : ToSplit)
1840     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
1841   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
1842
1843   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
1844   // changes we just made.
1845   for (Value *V : ToSplit) {
1846     auto &Elements = ElementMapping[V];
1847
1848     LiveSet.erase(V);
1849     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
1850     // We need to update the base mapping as well.
1851     assert(PointerToBase.count(V));
1852     Value *OldBase = PointerToBase[V];
1853     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
1854     PointerToBase.erase(V);
1855     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
1856     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
1857       Value *Elem = Elements[i];
1858       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
1859     }
1860   }
1861 }
1862
1863 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1864 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
1865 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
1866 // sucessfully reached "BaseValue" and false otherwise.
1867 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
1868 // recorded.
1869 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
1870   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1871   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
1872
1873   // We have found a base value
1874   if (CurrentValue == BaseValue) {
1875     return true;
1876   }
1877
1878   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1879     ChainToBase.push_back(GEP);
1880     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1881                                                   GEP->getPointerOperand(),
1882                                                   BaseValue);
1883   }
1884
1885   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1886     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
1887
1888     // This two checks are basically similar. First one is here for the
1889     // consistency with findBasePointers logic.
1890     assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
1891     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
1892       return false;
1893
1894     ChainToBase.push_back(CI);
1895     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
1896   }
1897
1898   // Not supported instruction in the chain
1899   return false;
1900 }
1901
1902 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
1903 // chain we are going to rematerialize.
1904 static unsigned
1905 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
1906                        TargetTransformInfo &TTI) {
1907   unsigned Cost = 0;
1908
1909   for (Instruction *Instr : Chain) {
1910     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
1911       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
1912              "non noop cast is found during rematerialization");
1913
1914       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1915       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
1916
1917     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
1918       // Cost of the address calculation
1919       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
1920       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
1921
1922       // And cost of the GEP itself
1923       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
1924       //       allowed for the external usage)
1925       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1926         Cost += 2;
1927
1928     } else {
1929       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
1930     }
1931   }
1932
1933   return Cost;
1934 }
1935
1936 // From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
1937 // relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
1938 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
1939 // relocated values we don't do any user adjustments here.
1940 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
1941                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
1942                                     TargetTransformInfo &TTI) {
1943   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
1944
1945   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
1946   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
1947   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
1948
1949   for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
1950     // For each live pointer find it's defining chain
1951     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
1952     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
1953     bool FoundChain =
1954       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1955                                              LiveValue,
1956                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
1957     // Nothing to do, or chain is too long
1958     if (!FoundChain ||
1959         ChainToBase.size() == 0 ||
1960         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
1961       continue;
1962
1963     // Compute cost of this chain
1964     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
1965     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
1966     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
1967     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
1968     //       don't have any uses besides this statepoint.
1969
1970     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
1971     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
1972     if (CS.isInvoke()) {
1973       Cost *= 2;
1974     }
1975     // If it's too expensive - skip it
1976     if (Cost >= RematerializationThreshold)
1977       continue;
1978
1979     // Remove value from the live set
1980     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
1981
1982     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
1983
1984     // Walk backwards to visit top-most instructions first
1985     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
1986
1987     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
1988     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
1989     // which should be used after statepoint.
1990     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
1991       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
1992       Instruction *LastValue = nullptr;
1993       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
1994         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
1995         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
1996         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
1997         // otherwise not used after this statepoint.
1998         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
1999
2000         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2001         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2002         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2003
2004         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2005         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2006         if (LastClonedValue) {
2007           assert(LastValue);
2008           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2009 #ifndef NDEBUG
2010           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2011           // this chain other than LastClonedValue
2012           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2013             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2014                        ChainToBase.end() &&
2015                    "incorrect use in rematerialization chain");
2016           }
2017 #endif
2018         }
2019
2020         LastClonedValue = ClonedValue;
2021         LastValue = Instr;
2022       }
2023       assert(LastClonedValue);
2024       return LastClonedValue;
2025     };
2026
2027     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2028     // instructions both on normal and unwind path.
2029     if (CS.isCall()) {
2030       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2031       assert(InsertBefore);
2032       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2033       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2034     } else {
2035       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2036
2037       Instruction *NormalInsertBefore =
2038           Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2039       Instruction *UnwindInsertBefore =
2040           Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2041
2042       Instruction *NormalRematerializedValue =
2043           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2044       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2045           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2046
2047       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2048       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2049     }
2050   }
2051
2052   // Remove rematerializaed values from the live set
2053   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2054     Info.liveset.erase(LiveValue);
2055   }
2056 }
2057
2058 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
2059                               SmallVectorImpl<CallSite> &toUpdate) {
2060 #ifndef NDEBUG
2061   // sanity check the input
2062   std::set<CallSite> uniqued;
2063   uniqued.insert(toUpdate.begin(), toUpdate.end());
2064   assert(uniqued.size() == toUpdate.size() && "no duplicates please!");
2065
2066   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2067     CallSite &CS = toUpdate[i];
2068     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2069     assert(isStatepoint(CS) && "expected to already be a deopt statepoint");
2070   }
2071 #endif
2072
2073   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2074   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2075   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2076   // may restructure the CFG.
2077   for (CallSite CS : toUpdate) {
2078     if (!CS.isInvoke())
2079       continue;
2080     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2081     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
2082                                 DT);
2083     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
2084                                 DT);
2085   }
2086
2087   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2088   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2089   SmallVector<CallInst *, 64> holders;
2090
2091   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2092   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2093   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2094   // thus makes sure they get relocated.)
2095   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2096     CallSite &CS = toUpdate[i];
2097     Statepoint StatepointCS(CS);
2098
2099     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2100     for (Use &U : StatepointCS.vm_state_args()) {
2101       Value *Arg = cast<Value>(&U);
2102       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2103              "support for FCA unimplemented");
2104       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2105         DeoptValues.push_back(Arg);
2106     }
2107     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, holders);
2108   }
2109
2110   SmallVector<struct PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> records;
2111   records.reserve(toUpdate.size());
2112   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2113     struct PartiallyConstructedSafepointRecord info;
2114     records.push_back(info);
2115   }
2116   assert(records.size() == toUpdate.size());
2117
2118   // A) Identify all gc pointers which are staticly live at the given call
2119   // site.
2120   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
2121
2122   // B) Find the base pointers for each live pointer
2123   /* scope for caching */ {
2124     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2125     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2126     // large numbers of duplicate base_phis.
2127     DefiningValueMapTy DVCache;
2128
2129     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2130       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2131       CallSite &CS = toUpdate[i];
2132       findBasePointers(DT, DVCache, CS, info);
2133     }
2134   } // end of cache scope
2135
2136   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2137   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2138   // example is:
2139   // loop:
2140   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2141   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2142   //   gep a + 1
2143   //   safepoint 2
2144   //   br loop
2145   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2146   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2147   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2148   // remove the dummy calls.
2149   holders.reserve(holders.size() + records.size());
2150   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2151     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2152     CallSite &CS = toUpdate[i];
2153
2154     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2155     for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2156       Bases.push_back(Pair.second);
2157     }
2158     insertUseHolderAfter(CS, Bases, holders);
2159   }
2160
2161   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2162   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2163   // not the key issue.
2164   recomputeLiveInValues(F, DT, P, toUpdate, records);
2165
2166   if (PrintBasePointers) {
2167     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2168       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2169       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2170       for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2171         errs() << " derived %" << Pair.first->getName() << " base %"
2172                << Pair.second->getName() << "\n";
2173       }
2174     }
2175   }
2176   for (size_t i = 0; i < holders.size(); i++) {
2177     holders[i]->eraseFromParent();
2178     holders[i] = nullptr;
2179   }
2180   holders.clear();
2181
2182   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2183   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2184   // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
2185   // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
2186   // to scalarize here.
2187   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2188     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2189     Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
2190     splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
2191                       info.PointerToBase, DT);
2192   }
2193
2194   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2195   // some values instead of relocating them. This is purelly an optimization and
2196   // does not influence correctness.
2197   TargetTransformInfo &TTI =
2198     P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2199
2200   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2201     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2202     CallSite &CS = toUpdate[i];
2203
2204     rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
2205   }
2206
2207   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2208   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2209   // relocated. We have references to live variables that need to
2210   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2211   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2212   // the old statepoint calls as we go.)
2213   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2214     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2215     CallSite &CS = toUpdate[i];
2216     makeStatepointExplicit(DT, CS, P, info);
2217   }
2218   toUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2219
2220   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2221   SmallVector<Value *, 128> live;
2222   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2223     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2224     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2225     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2226     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2227     // Thankfully, the liveset is embedded in the statepoint (and updated), so
2228     // we just grab that.
2229     Statepoint statepoint(info.StatepointToken);
2230     live.insert(live.end(), statepoint.gc_args_begin(),
2231                 statepoint.gc_args_end());
2232 #ifndef NDEBUG
2233     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2234     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2235     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2236     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2237     assert(DT.isReachableFromEntry(info.StatepointToken->getParent()) &&
2238            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2239     for (Value *V : statepoint.gc_args()) {
2240       if (!isa<Instruction>(V))
2241         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2242         continue;
2243       auto LiveInst = cast<Instruction>(V);
2244       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2245              "unreachable values should never be live");
2246       assert(DT.dominates(LiveInst, info.StatepointToken) &&
2247              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2248     }
2249 #endif
2250   }
2251   unique_unsorted(live);
2252
2253 #ifndef NDEBUG
2254   // sanity check
2255   for (auto ptr : live) {
2256     assert(isGCPointerType(ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2257   }
2258 #endif
2259
2260   relocationViaAlloca(F, DT, live, records);
2261   return !records.empty();
2262 }
2263
2264 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2265 template <typename AttrHolder>
2266 static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2267                                    unsigned Index) {
2268   AttrBuilder R;
2269   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2270     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2271                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2272   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2273     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2274                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2275
2276   if (!R.empty())
2277     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2278         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2279 }
2280
2281 void
2282 RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
2283   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2284
2285   for (Argument &A : F.args())
2286     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2287       RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2288
2289   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2290     RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2291 }
2292
2293 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
2294   if (F.empty())
2295     return;
2296
2297   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2298   MDBuilder Builder(Ctx);
2299
2300   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
2301     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2302       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2303       bool IsImmutableTBAA =
2304           MD->getNumOperands() == 4 &&
2305           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2306
2307       if (!IsImmutableTBAA)
2308         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2309
2310       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2311       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2312       uint64_t Offset =
2313           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2314
2315       MDNode *MutableTBAA =
2316           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2317       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2318     }
2319
2320     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2321       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2322         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2323           RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2324       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2325         RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2326     }
2327   }
2328 }
2329
2330 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2331 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2332 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2333   // TODO: This should check the GCStrategy
2334   if (F.hasGC()) {
2335     const char *FunctionGCName = F.getGC();
2336     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2337     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2338     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2339            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2340   } else
2341     return false;
2342 }
2343
2344 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
2345 #ifndef NDEBUG
2346   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2347          "precondition!");
2348 #endif
2349
2350   for (Function &F : M)
2351     stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
2352
2353   for (Function &F : M)
2354     stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
2355 }
2356
2357 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2358   // Nothing to do for declarations.
2359   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2360     return false;
2361
2362   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2363   // compiling code without a GCStrategy.
2364   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2365     return false;
2366
2367   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2368
2369   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2370   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2371   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2372   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2373   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2374   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
2375     // TODO: only the ones with the flag set!
2376     if (isStatepoint(I)) {
2377       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2378         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2379       else
2380         HasUnreachableStatepoint = true;
2381     }
2382   }
2383
2384   bool MadeChange = false;
2385
2386   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2387   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2388   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2389   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2390   if (HasUnreachableStatepoint)
2391     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2392
2393   // Return early if no work to do.
2394   if (ParsePointNeeded.empty())
2395     return MadeChange;
2396
2397   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2398   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2399   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2400   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2401   for (BasicBlock &BB : F)
2402     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2403       MadeChange = true;
2404       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2405     }
2406
2407   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
2408   return MadeChange;
2409 }
2410
2411 // liveness computation via standard dataflow
2412 // -------------------------------------------------------------------
2413
2414 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2415 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2416
2417 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2418 /// the live-out set of the basic block
2419 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2420                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2421                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2422
2423   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2424     Instruction *I = &*ritr;
2425
2426     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2427     LiveTmp.erase(I);
2428
2429     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2430     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2431     if (isa<PHINode>(I))
2432       continue;
2433
2434     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2435     for (Value *V : I->operands()) {
2436       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2437              "support for FCA unimplemented");
2438       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2439         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2440         // There are two idependent reasons:
2441         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2442         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2443         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2444         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2445         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2446         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2447         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2448         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2449         LiveTmp.insert(V);
2450       }
2451     }
2452   }
2453 }
2454
2455 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2456
2457   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2458     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2459     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2460       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2461       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2462       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2463              "support for FCA unimplemented");
2464       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2465         LiveTmp.insert(V);
2466       }
2467     }
2468   }
2469 }
2470
2471 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2472   DenseSet<Value *> KillSet;
2473   for (Instruction &I : *BB)
2474     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2475       KillSet.insert(&I);
2476   return KillSet;
2477 }
2478
2479 #ifndef NDEBUG
2480 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2481 /// sanity check for the liveness computation.
2482 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2483                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2484   for (Value *V : Live) {
2485     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2486       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2487       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2488       // such, we need to special case this to allow it.
2489       if (TermOkay && TI == I)
2490         continue;
2491       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2492              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2493     }
2494   }
2495 }
2496
2497 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2498 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2499 /// a def.
2500 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2501                           BasicBlock &BB) {
2502   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2503   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2504   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2505 }
2506 #endif
2507
2508 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2509                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2510
2511   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2512   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2513     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2514     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2515   };
2516   auto NextItem = [&]() {
2517     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2518     Worklist.pop_back();
2519     return BB;
2520   };
2521
2522   // Seed the liveness for each individual block
2523   for (BasicBlock &BB : F) {
2524     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2525     Data.LiveSet[&BB].clear();
2526     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2527
2528 #ifndef NDEBUG
2529     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2530       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2531 #endif
2532
2533     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2534     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2535     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2536     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2537     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2538     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2539       AddPredsToWorklist(&BB);
2540   }
2541
2542   // Propagate that liveness until stable
2543   while (!Worklist.empty()) {
2544     BasicBlock *BB = NextItem();
2545
2546     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2547     // despite the contribution of our successor.
2548     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2549     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2550     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2551       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2552       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2553     }
2554     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2555     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2556       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2557       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2558       // hasn't changed.
2559       continue;
2560     }
2561     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2562
2563     // Apply the effects of this basic block
2564     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2565     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2566     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2567
2568     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2569     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2570     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2571     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2572       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2573       AddPredsToWorklist(BB);
2574     }
2575   } // while( !worklist.empty() )
2576
2577 #ifndef NDEBUG
2578   // Sanity check our ouput against SSA properties.  This helps catch any
2579   // missing kills during the above iteration.
2580   for (BasicBlock &BB : F) {
2581     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2582   }
2583 #endif
2584 }
2585
2586 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2587                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2588
2589   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2590
2591   // Note: The copy is intentional and required
2592   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2593   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2594
2595   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2596   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2597   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2598   // specifically what we need to relocate
2599   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst);
2600   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2601   LiveOut.erase(Inst);
2602   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2603 }
2604
2605 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2606                                   const CallSite &CS,
2607                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2608   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2609   StatepointLiveSetTy Updated;
2610   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2611
2612 #ifndef NDEBUG
2613   DenseSet<Value *> Bases;
2614   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2615     Bases.insert(KVPair.second);
2616   }
2617 #endif
2618   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2619   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2620   for (auto V : Updated)
2621     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2622       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2623       Info.PointerToBase[V] = V;
2624       continue;
2625     }
2626
2627 #ifndef NDEBUG
2628   for (auto V : Updated) {
2629     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2630            "must be able to find base for live value");
2631   }
2632 #endif
2633
2634   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2635   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2636   DenseSet<Value *> ToErase;
2637   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2638     if (!Updated.count(KVPair.first))
2639       ToErase.insert(KVPair.first);
2640   for (auto V : ToErase)
2641     Info.PointerToBase.erase(V);
2642
2643 #ifndef NDEBUG
2644   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2645     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2646 #endif
2647
2648   Info.liveset = Updated;
2649 }