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