94768a255cad37bf58d66e88c36ac16c6588b334
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
19 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
23 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
24 #include "llvm/ADT/MapVector.h"
25 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
26 #include "llvm/IR/CallSite.h"
27 #include "llvm/IR/Dominators.h"
28 #include "llvm/IR/Function.h"
29 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
30 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
31 #include "llvm/IR/Instructions.h"
32 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
36 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
37 #include "llvm/IR/Value.h"
38 #include "llvm/IR/Verifier.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
41 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
45 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
46
47 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
48
49 using namespace llvm;
50
51 // Print the liveset found at the insert location
52 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
53                                   cl::init(false));
54 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
55                                       cl::init(false));
56 // Print out the base pointers for debugging
57 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
58                                        cl::init(false));
59
60 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
61 // of relocating it
62 static cl::opt<unsigned>
63 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
64                            cl::init(6));
65
66 #ifdef XDEBUG
67 static bool ClobberNonLive = true;
68 #else
69 static bool ClobberNonLive = false;
70 #endif
71 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
72                                                   cl::location(ClobberNonLive),
73                                                   cl::Hidden);
74
75 static cl::opt<bool> UseDeoptBundles("rs4gc-use-deopt-bundles", cl::Hidden,
76                                      cl::init(false));
77 static cl::opt<bool>
78     AllowStatepointWithNoDeoptInfo("rs4gc-allow-statepoint-with-no-deopt-info",
79                                    cl::Hidden, cl::init(true));
80
81 /// Should we split vectors of pointers into their individual elements?  This
82 /// is known to be buggy, but the alternate implementation isn't yet ready.
83 /// This is purely to provide a debugging and dianostic hook until the vector
84 /// split is replaced with vector relocations.
85 static cl::opt<bool> UseVectorSplit("rs4gc-split-vector-values", cl::Hidden,
86                                     cl::init(true));
87
88 namespace {
89 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
90   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
91
92   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
93     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
94   }
95   bool runOnFunction(Function &F);
96   bool runOnModule(Module &M) override {
97     bool Changed = false;
98     for (Function &F : M)
99       Changed |= runOnFunction(F);
100
101     if (Changed) {
102       // stripNonValidAttributes asserts that shouldRewriteStatepointsIn
103       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
104       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
105       stripNonValidAttributes(M);
106     }
107
108     return Changed;
109   }
110
111   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
112     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
113     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
114     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
115     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
116   }
117
118   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
119   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
120   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
121   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
122   /// heap.  stripNonValidAttributes (conservatively) restores correctness
123   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
124   /// dereferenceability.
125   /// Similar reasoning also applies to the noalias attributes. gc.statepoint
126   /// can touch the entire heap including noalias objects.
127   void stripNonValidAttributes(Module &M);
128
129   // Helpers for stripNonValidAttributes
130   void stripNonValidAttributesFromBody(Function &F);
131   void stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F);
132 };
133 } // namespace
134
135 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
136
137 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
138   return new RewriteStatepointsForGC();
139 }
140
141 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
142                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
143 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
144 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
145                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
146
147 namespace {
148 struct GCPtrLivenessData {
149   /// Values defined in this block.
150   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> KillSet;
151   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
152   /// killed within this block.
153   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveSet;
154
155   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
156   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
157   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveIn;
158
159   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
160   /// any successor block)
161   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveOut;
162 };
163
164 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
165 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
166 // should not be inspected.
167 //
168 // In the actual implementation this caches two relations:
169 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
170 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
171 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
172 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
173 // types, then update all the second type to the first type
174 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
175 typedef DenseSet<Value *> StatepointLiveSetTy;
176 typedef DenseMap<AssertingVH<Instruction>, AssertingVH<Value>>
177   RematerializedValueMapTy;
178
179 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
180   /// The set of values known to be live across this safepoint
181   StatepointLiveSetTy LiveSet;
182
183   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
184   DenseMap<Value *, Value *> PointerToBase;
185
186   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
187   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
188   Instruction *StatepointToken;
189
190   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
191   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
192   Instruction *UnwindToken;
193
194   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
195   /// They are not included into 'LiveSet' field.
196   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
197   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
198 };
199 }
200
201 static ArrayRef<Use> GetDeoptBundleOperands(ImmutableCallSite CS) {
202   assert(UseDeoptBundles && "Should not be called otherwise!");
203
204   Optional<OperandBundleUse> DeoptBundle = CS.getOperandBundle("deopt");
205
206   if (!DeoptBundle.hasValue()) {
207     assert(AllowStatepointWithNoDeoptInfo &&
208            "Found non-leaf call without deopt info!");
209     return None;
210   }
211
212   return DeoptBundle.getValue().Inputs;
213 }
214
215 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
216 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
217                                 GCPtrLivenessData &Data);
218
219 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
220 /// Values at a particular instruction.
221 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
222                               StatepointLiveSetTy &out);
223
224 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
225 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Type *Ty) const override {
226
227 static bool isGCPointerType(Type *T) {
228   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
229     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
230     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
231     // updated and that no other pointer does.
232     return (1 == PT->getAddressSpace());
233   return false;
234 }
235
236 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
237 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
238 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
239 // is not encountered.)
240 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
241   // We fully support gc pointers
242   if (isGCPointerType(T))
243     return true;
244   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
245   // can't handle something.
246   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
247     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
248       return true;
249   return false;
250 }
251
252 #ifndef NDEBUG
253 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
254 /// handle that type or not.
255 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
256   if (isGCPointerType(Ty))
257     return true;
258   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
259     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
260   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
261     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
262   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
263     return std::any_of(ST->subtypes().begin(), ST->subtypes().end(),
264                        containsGCPtrType);
265   return false;
266 }
267
268 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
269 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
270 // aggregates).  Used to trip assertions.
271 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
272   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
273 }
274 #endif
275
276 static bool order_by_name(Value *a, Value *b) {
277   if (a->hasName() && b->hasName()) {
278     return -1 == a->getName().compare(b->getName());
279   } else if (a->hasName() && !b->hasName()) {
280     return true;
281   } else if (!a->hasName() && b->hasName()) {
282     return false;
283   } else {
284     // Better than nothing, but not stable
285     return a < b;
286   }
287 }
288
289 // Return the name of the value suffixed with the provided value, or if the
290 // value didn't have a name, the default value specified.
291 static std::string suffixed_name_or(Value *V, StringRef Suffix,
292                                     StringRef DefaultName) {
293   return V->hasName() ? (V->getName() + Suffix).str() : DefaultName.str();
294 }
295
296 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
297 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
298 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
299 // live.  Values used by that instruction are considered live.
300 static void analyzeParsePointLiveness(
301     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData,
302     const CallSite &CS, PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
303   Instruction *inst = CS.getInstruction();
304
305   StatepointLiveSetTy LiveSet;
306   findLiveSetAtInst(inst, OriginalLivenessData, LiveSet);
307
308   if (PrintLiveSet) {
309     // Note: This output is used by several of the test cases
310     // The order of elements in a set is not stable, put them in a vec and sort
311     // by name
312     SmallVector<Value *, 64> Temp;
313     Temp.insert(Temp.end(), LiveSet.begin(), LiveSet.end());
314     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
315     errs() << "Live Variables:\n";
316     for (Value *V : Temp)
317       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
318   }
319   if (PrintLiveSetSize) {
320     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
321     errs() << "Number live values: " << LiveSet.size() << "\n";
322   }
323   result.LiveSet = LiveSet;
324 }
325
326 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
327 namespace {
328 /// A single base defining value - An immediate base defining value for an
329 /// instruction 'Def' is an input to 'Def' whose base is also a base of 'Def'.
330 /// For instructions which have multiple pointer [vector] inputs or that
331 /// transition between vector and scalar types, there is no immediate base
332 /// defining value.  The 'base defining value' for 'Def' is the transitive
333 /// closure of this relation stopping at the first instruction which has no
334 /// immediate base defining value.  The b.d.v. might itself be a base pointer,
335 /// but it can also be an arbitrary derived pointer. 
336 struct BaseDefiningValueResult {
337   /// Contains the value which is the base defining value.
338   Value * const BDV;
339   /// True if the base defining value is also known to be an actual base
340   /// pointer.
341   const bool IsKnownBase;
342   BaseDefiningValueResult(Value *BDV, bool IsKnownBase)
343     : BDV(BDV), IsKnownBase(IsKnownBase) {
344 #ifndef NDEBUG
345     // Check consistency between new and old means of checking whether a BDV is
346     // a base.
347     bool MustBeBase = isKnownBaseResult(BDV);
348     assert(!MustBeBase || MustBeBase == IsKnownBase);
349 #endif
350   }
351 };
352 }
353
354 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I);
355
356 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
357 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
358 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
359 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
360 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
361 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
362 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
363 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
364 /// particular element in 'I'.  
365 static BaseDefiningValueResult
366 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I) {
367   assert(I->getType()->isVectorTy() &&
368          cast<VectorType>(I->getType())->getElementType()->isPointerTy() &&
369          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
370
371   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
372   // detailed motivation.
373
374   if (isa<Argument>(I))
375     // An incoming argument to the function is a base pointer
376     return BaseDefiningValueResult(I, true);
377
378   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
379   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
380          "unexpected global variable found in base of vector");
381
382   // inlining could possibly introduce phi node that contains
383   // undef if callee has multiple returns
384   if (isa<UndefValue>(I))
385     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
386     // code.
387     return BaseDefiningValueResult(I, true);
388
389   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
390   // checks
391   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
392     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
393            "order of checks wrong!");
394     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
395     return BaseDefiningValueResult(Con, true);
396   }
397   
398   if (isa<LoadInst>(I))
399     return BaseDefiningValueResult(I, true);
400
401   if (isa<InsertElementInst>(I))
402     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
403     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
404     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
405     return BaseDefiningValueResult(I, false);
406
407   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
408     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
409     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
410     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
411     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
412     // for particular sufflevector patterns.
413     return BaseDefiningValueResult(I, false);
414
415   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
416   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
417   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
418          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
419   return BaseDefiningValueResult(I, false);
420 }
421
422 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
423 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
424 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
425 /// from pointer to vector type or back.
426 static BaseDefiningValueResult findBaseDefiningValue(Value *I) {
427   if (I->getType()->isVectorTy())
428     return findBaseDefiningValueOfVector(I);
429   
430   assert(I->getType()->isPointerTy() &&
431          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
432
433   if (isa<Argument>(I))
434     // An incoming argument to the function is a base pointer
435     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
436     return BaseDefiningValueResult(I, true);
437
438   if (isa<Constant>(I))
439     // We assume that objects with a constant base (e.g. a global) can't move
440     // and don't need to be reported to the collector because they are always
441     // live.  All constants have constant bases.  Besides global references, all
442     // kinds of constants (e.g. undef, constant expressions, null pointers) can
443     // be introduced by the inliner or the optimizer, especially on dynamically
444     // dead paths.  See e.g. test4 in constants.ll.
445     return BaseDefiningValueResult(I, true);
446
447   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
448     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
449     // If stripping pointer casts changes the address space there is an
450     // addrspacecast in between.
451     assert(cast<PointerType>(Def->getType())->getAddressSpace() ==
452                cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() &&
453            "unsupported addrspacecast");
454     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
455     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
456     // handle int->ptr conversion.
457     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
458     return findBaseDefiningValue(Def);
459   }
460
461   if (isa<LoadInst>(I))
462     // The value loaded is an gc base itself
463     return BaseDefiningValueResult(I, true);
464   
465
466   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
467     // The base of this GEP is the base
468     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
469
470   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
471     switch (II->getIntrinsicID()) {
472     default:
473       // fall through to general call handling
474       break;
475     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
476       llvm_unreachable("statepoints don't produce pointers");
477     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
478       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
479       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
480       // but why are you doing this?  There's no good reason.
481       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
482     }
483     case Intrinsic::gcroot:
484       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
485       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
486       // implications much.
487       llvm_unreachable(
488           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
489     }
490   }
491   // We assume that functions in the source language only return base
492   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
493   // both source language and internal functions.
494   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
495     return BaseDefiningValueResult(I, true);
496
497   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
498   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
499   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
500
501   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
502     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
503     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
504     // like a load.
505     return BaseDefiningValueResult(I, true);
506
507   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
508                                    "binary ops which don't apply to pointers");
509
510   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
511   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
512   // this is a defining definition of the base just like a load is.
513   if (isa<ExtractValueInst>(I))
514     return BaseDefiningValueResult(I, true);
515
516   // We should never see an insert vector since that would require we be
517   // tracing back a struct value not a pointer value.
518   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
519          "Base pointer for a struct is meaningless");
520
521   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
522   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
523   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
524   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
525   if (isa<ExtractElementInst>(I))
526     // Note: There a lot of obvious peephole cases here.  This are deliberately
527     // handled after the main base pointer inference algorithm to make writing
528     // test cases to exercise that code easier.
529     return BaseDefiningValueResult(I, false);
530
531   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
532   // return a value which dynamically selects from among several base
533   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
534   // the caller to resolve these.
535   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
536          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
537   return BaseDefiningValueResult(I, false);
538 }
539
540 /// Returns the base defining value for this value.
541 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
542   Value *&Cached = Cache[I];
543   if (!Cached) {
544     Cached = findBaseDefiningValue(I).BDV;
545     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
546                  << Cached->getName() << "\n");
547   }
548   assert(Cache[I] != nullptr);
549   return Cached;
550 }
551
552 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
553 /// base defining value.
554 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
555   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
556   auto Found = Cache.find(Def);
557   if (Found != Cache.end()) {
558     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
559     return Found->second;
560   }
561   // Only a BDV available
562   return Def;
563 }
564
565 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
566 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
567 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
568   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) &&
569       !isa<ExtractElementInst>(V) && !isa<InsertElementInst>(V) &&
570       !isa<ShuffleVectorInst>(V)) {
571     // no recursion possible
572     return true;
573   }
574   if (isa<Instruction>(V) &&
575       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
576     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
577     // that this is a base value.
578     return true;
579   }
580
581   // We need to keep searching
582   return false;
583 }
584
585 namespace {
586 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
587 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
588 /// the base of this BDV.
589 class BDVState {
590 public:
591   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
592
593   BDVState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
594     assert(status != Base || b);
595   }
596   explicit BDVState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
597   BDVState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
598
599   Status getStatus() const { return status; }
600   Value *getBase() const { return base; }
601
602   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
603   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
604   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
605
606   bool operator==(const BDVState &other) const {
607     return base == other.base && status == other.status;
608   }
609
610   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
611
612   LLVM_DUMP_METHOD
613   void dump() const { print(dbgs()); dbgs() << '\n'; }
614   
615   void print(raw_ostream &OS) const {
616     switch (status) {
617     case Unknown:
618       OS << "U";
619       break;
620     case Base:
621       OS << "B";
622       break;
623     case Conflict:
624       OS << "C";
625       break;
626     };
627     OS << " (" << base << " - "
628        << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
629   }
630
631 private:
632   Status status;
633   AssertingVH<Value> base; // non null only if status == base
634 };
635 }
636
637 #ifndef NDEBUG
638 static raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
639   State.print(OS);
640   return OS;
641 }
642 #endif
643
644 namespace {
645 // Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
646 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
647 // operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
648 class MeetBDVStates {
649 public:
650   /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
651   /// any other state to produce that state.
652   MeetBDVStates() {}
653
654   // Destructively meet the current result with the given BDVState
655   void meetWith(BDVState otherState) {
656     currentResult = meet(otherState, currentResult);
657   }
658
659   BDVState getResult() const { return currentResult; }
660
661 private:
662   BDVState currentResult;
663
664   /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
665   static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
666     assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
667            "math is wrong: meet does not commute!");
668     BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
669     DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
670                  << " produced " << Result << "\n");
671     return Result;
672   }
673
674   static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
675     switch (stateA.getStatus()) {
676     case BDVState::Unknown:
677       return stateB;
678
679     case BDVState::Base:
680       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
681       if (stateB.isUnknown())
682         return stateA;
683
684       if (stateB.isBase()) {
685         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
686           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
687           return stateA;
688         }
689         return BDVState(BDVState::Conflict);
690       }
691       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
692       return BDVState(BDVState::Conflict);
693
694     case BDVState::Conflict:
695       return stateA;
696     }
697     llvm_unreachable("only three states!");
698   }
699 };
700 }
701
702
703 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
704 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
705 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
706 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
707 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
708   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
709
710   if (isKnownBaseResult(def)) {
711     return def;
712   }
713
714   // Here's the rough algorithm:
715   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
716   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
717   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
718   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
719   //   looks like:
720   //   UNKNOWN
721   //   b1 b2 b3 b4
722   //   CONFLICT
723   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
724   //   base or be in a conflict state.
725   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
726   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
727   //   non-conflict, add the actual base.
728   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
729   //   arguments.
730   //
731   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
732   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
733   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
734   // overall worse solution.
735
736 #ifndef NDEBUG
737   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
738     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) ||
739            isa<ExtractElementInst>(BDV) || isa<InsertElementInst>(BDV);
740   };
741 #endif
742
743   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
744   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
745   // We use the order of insertion (DFS over the def/use graph) to provide a
746   // stable deterministic ordering for visiting DenseMaps (which are unordered)
747   // below.  This is important for deterministic compilation.
748   MapVector<Value *, BDVState> States;
749
750   // Recursively fill in all base defining values reachable from the initial
751   // one for which we don't already know a definite base value for
752   /* scope */ {
753     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
754     Worklist.push_back(def);
755     States.insert(std::make_pair(def, BDVState()));
756     while (!Worklist.empty()) {
757       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
758       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
759
760       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
761         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
762         if (isKnownBaseResult(Base))
763           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
764           // ignored safely
765           return;
766         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
767                "we see should be base defining values");
768         if (States.insert(std::make_pair(Base, BDVState())).second)
769           Worklist.push_back(Base);
770       };
771       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
772         for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
773           visitIncomingValue(InVal);
774       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
775         visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
776         visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
777       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
778         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
779       } else if (auto *IE = dyn_cast<InsertElementInst>(Current)) {
780         visitIncomingValue(IE->getOperand(0)); // vector operand
781         visitIncomingValue(IE->getOperand(1)); // scalar operand
782       } else {
783         // There is one known class of instructions we know we don't handle.
784         assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current));
785         llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
786       }
787     }
788   }
789
790 #ifndef NDEBUG
791   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
792   for (auto Pair : States) {
793     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
794   }
795 #endif
796
797   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
798   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
799   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
800     if (isKnownBaseResult(baseValue))
801       return BDVState(baseValue);
802     auto I = States.find(baseValue);
803     assert(I != States.end() && "lookup failed!");
804     return I->second;
805   };
806
807   bool progress = true;
808   while (progress) {
809 #ifndef NDEBUG
810     const size_t oldSize = States.size();
811 #endif
812     progress = false;
813     // We're only changing values in this loop, thus safe to keep iterators.
814     // Since this is computing a fixed point, the order of visit does not
815     // effect the result.  TODO: We could use a worklist here and make this run
816     // much faster.
817     for (auto Pair : States) {
818       Value *BDV = Pair.first;
819       assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
820
821       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
822       // instance which represents the BDV of that value.
823       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
824         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
825         return getStateForBDV(BDV);
826       };
827
828       MeetBDVStates calculateMeet;
829       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(BDV)) {
830         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
831         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
832       } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(BDV)) {
833         for (Value *Val : Phi->incoming_values())
834           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
835       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(BDV)) {
836         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
837         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
838         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
839       } else {
840         // Given there's a inherent type mismatch between the operands, will
841         // *always* produce Conflict.
842         auto *IE = cast<InsertElementInst>(BDV);
843         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(IE->getOperand(0)));
844         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(IE->getOperand(1)));
845       }
846
847       BDVState oldState = States[BDV];
848       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
849       if (oldState != newState) {
850         progress = true;
851         States[BDV] = newState;
852       }
853     }
854
855     assert(oldSize == States.size() &&
856            "fixed point shouldn't be adding any new nodes to state");
857   }
858
859 #ifndef NDEBUG
860   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
861   for (auto Pair : States) {
862     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
863   }
864 #endif
865   
866   // Insert Phis for all conflicts
867   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
868   for (auto Pair : States) {
869     Instruction *I = cast<Instruction>(Pair.first);
870     BDVState State = Pair.second;
871     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
872     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
873
874     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
875     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
876     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
877     // base for the particular indice we're interested in.
878     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
879         isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
880       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
881       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
882       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
883       // about the BDV not being known to be a base.
884       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
885                                                   EE->getIndexOperand(),
886                                                   "base_ee", EE);
887       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
888       States[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
889     }
890
891     // Since we're joining a vector and scalar base, they can never be the
892     // same.  As a result, we should always see insert element having reached
893     // the conflict state.
894     if (isa<InsertElementInst>(I)) {
895       assert(State.isConflict());
896     }
897     
898     if (!State.isConflict())
899       continue;
900
901     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
902     /// the given instruction 'I'.
903     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
904       if (isa<PHINode>(I)) {
905         BasicBlock *BB = I->getParent();
906         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
907         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
908         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_phi");
909         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
910       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
911         // The undef will be replaced later
912         UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
913         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_select");
914         return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
915                                   Undef, Name, Sel);
916       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
917         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
918         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ee");
919         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
920                                           EE);
921       } else {
922         auto *IE = cast<InsertElementInst>(I);
923         UndefValue *VecUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(0)->getType());
924         UndefValue *ScalarUndef = UndefValue::get(IE->getOperand(1)->getType());
925         std::string Name = suffixed_name_or(I, ".base", "base_ie");
926         return InsertElementInst::Create(VecUndef, ScalarUndef,
927                                          IE->getOperand(2), Name, IE);
928       }
929
930     };
931     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
932     // Add metadata marking this as a base value
933     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
934     States[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
935   }
936
937   // Returns a instruction which produces the base pointer for a given
938   // instruction.  The instruction is assumed to be an input to one of the BDVs
939   // seen in the inference algorithm above.  As such, we must either already
940   // know it's base defining value is a base, or have inserted a new
941   // instruction to propagate the base of it's BDV and have entered that newly
942   // introduced instruction into the state table.  In either case, we are
943   // assured to be able to determine an instruction which produces it's base
944   // pointer. 
945   auto getBaseForInput = [&](Value *Input, Instruction *InsertPt) {
946     Value *BDV = findBaseOrBDV(Input, cache);
947     Value *Base = nullptr;
948     if (isKnownBaseResult(BDV)) {
949       Base = BDV;
950     } else {
951       // Either conflict or base.
952       assert(States.count(BDV));
953       Base = States[BDV].getBase();
954     }
955     assert(Base && "can't be null");
956     // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
957     if (Base->getType() != Input->getType() &&
958         InsertPt) {
959       Base = new BitCastInst(Base, Input->getType(), "cast",
960                              InsertPt);
961     }
962     return Base;
963   };
964
965   // Fixup all the inputs of the new PHIs.  Visit order needs to be
966   // deterministic and predictable because we're naming newly created
967   // instructions.
968   for (auto Pair : States) {
969     Instruction *BDV = cast<Instruction>(Pair.first);
970     BDVState State = Pair.second;
971
972     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
973     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
974     if (!State.isConflict())
975       continue;
976
977     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(State.getBase())) {
978       PHINode *phi = cast<PHINode>(BDV);
979       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
980       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
981         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
982         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
983
984         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
985         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
986         // nodes with multiple entries from the same basic block
987         // to have the same incoming value for each of those
988         // entries.  If we don't do this check here and basephi
989         // has a different type than base, we'll end up adding two
990         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
991         // values for the same basic block.
992
993         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
994         if (blockIndex != -1) {
995           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
996           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
997           
998 #ifndef NDEBUG
999           Value *Base = getBaseForInput(InVal, nullptr);
1000           // In essence this assert states: the only way two
1001           // values incoming from the same basic block may be
1002           // different is by being different bitcasts of the same
1003           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
1004           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
1005           // type (and still remain pure).  This will remove the
1006           // need to add bitcasts.
1007           assert(Base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
1008                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
1009 #endif
1010           continue;
1011         }
1012
1013         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1014         // need to insert a bitcast in the incoming block.
1015         // TODO: Need to split critical edges if insertion is needed
1016         Value *Base = getBaseForInput(InVal, InBB->getTerminator());
1017         basephi->addIncoming(Base, InBB);
1018       }
1019       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
1020     } else if (SelectInst *BaseSel = dyn_cast<SelectInst>(State.getBase())) {
1021       SelectInst *Sel = cast<SelectInst>(BDV);
1022       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
1023       // something more safe and less hacky.
1024       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
1025         Value *InVal = Sel->getOperand(i);
1026         // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1027         // need to insert a bitcast.
1028         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseSel);
1029         BaseSel->setOperand(i, Base);
1030       }
1031     } else if (auto *BaseEE = dyn_cast<ExtractElementInst>(State.getBase())) {
1032       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(BDV)->getVectorOperand();
1033       // Find the instruction which produces the base for each input.  We may
1034       // need to insert a bitcast.
1035       Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseEE);
1036       BaseEE->setOperand(0, Base);
1037     } else {
1038       auto *BaseIE = cast<InsertElementInst>(State.getBase());
1039       auto *BdvIE = cast<InsertElementInst>(BDV);
1040       auto UpdateOperand = [&](int OperandIdx) {
1041         Value *InVal = BdvIE->getOperand(OperandIdx);
1042         Value *Base = getBaseForInput(InVal, BaseIE);
1043         BaseIE->setOperand(OperandIdx, Base);
1044       };
1045       UpdateOperand(0); // vector operand
1046       UpdateOperand(1); // scalar operand
1047     }
1048
1049   }
1050
1051   // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
1052   // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
1053   // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
1054   // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
1055   DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
1056   SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
1057   SmallSetVector<AssertingVH<Instruction>, 16> Worklist;
1058   // Note: We need to visit the states in a deterministic order.  We uses the
1059   // Keys we sorted above for this purpose.  Note that we are papering over a
1060   // bigger problem with the algorithm above - it's visit order is not
1061   // deterministic.  A larger change is needed to fix this.
1062   for (auto Pair : States) {
1063     auto *BDV = Pair.first;
1064     auto State = Pair.second;
1065     Value *Base = State.getBase();
1066     assert(BDV && Base);
1067     assert(!isKnownBaseResult(BDV) && "why did it get added?");
1068     assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1069            "must be something we 'know' is a base pointer");
1070     if (!State.isConflict())
1071       continue;
1072
1073     ReverseMap[Base] = BDV;
1074     if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
1075       NewInsts.insert(BaseI);
1076       Worklist.insert(BaseI);
1077     }
1078   }
1079   auto ReplaceBaseInstWith = [&](Value *BDV, Instruction *BaseI,
1080                                  Value *Replacement) {
1081     // Add users which are new instructions (excluding self references)
1082     for (User *U : BaseI->users())
1083       if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
1084         if (NewInsts.count(UI) && UI != BaseI)
1085           Worklist.insert(UI);
1086     // Then do the actual replacement
1087     NewInsts.erase(BaseI);
1088     ReverseMap.erase(BaseI);
1089     BaseI->replaceAllUsesWith(Replacement);
1090     assert(States.count(BDV));
1091     assert(States[BDV].isConflict() && States[BDV].getBase() == BaseI);
1092     States[BDV] = BDVState(BDVState::Conflict, Replacement);
1093     BaseI->eraseFromParent();
1094   };
1095   const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
1096   while (!Worklist.empty()) {
1097     Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
1098     assert(NewInsts.count(BaseI));
1099     Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
1100     if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
1101       if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
1102         DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
1103         ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, Bdv);
1104         continue;
1105       }
1106     if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
1107       DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
1108       ReplaceBaseInstWith(Bdv, BaseI, V);
1109       continue;
1110     }
1111   }
1112
1113   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1114   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1115   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1116   for (auto Pair : States) {
1117     auto *BDV = Pair.first;
1118     Value *base = Pair.second.getBase();
1119     assert(BDV && base);
1120
1121     std::string fromstr = cache.count(BDV) ? cache[BDV]->getName() : "none";
1122     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1123           << " for: " << BDV->getName()
1124           << " from: " << fromstr
1125           << " to: " << base->getName() << "\n");
1126
1127     if (cache.count(BDV)) {
1128       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
1129       // the base relation being stored, it must be stable
1130       assert((!isKnownBaseResult(cache[BDV]) || cache[BDV] == base) &&
1131              "base relation should be stable");
1132     }
1133     cache[BDV] = base;
1134   }
1135   assert(cache.count(def));
1136   return cache[def];
1137 }
1138
1139 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1140 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1141 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1142 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1143 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1144 // additional PHI nodes.
1145 //
1146 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1147 //
1148 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1149 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1150 //
1151 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1152 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1153 // pointer was a base pointer.
1154 static void
1155 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1156                  DenseMap<Value *, Value *> &PointerToBase,
1157                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1158   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1159   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1160   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1161   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1162   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1163   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1164   for (Value *ptr : Temp) {
1165     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1166     assert(base && "failed to find base pointer");
1167     PointerToBase[ptr] = base;
1168     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1169             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1170                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1171            "The base we found better dominate the derived pointer");
1172
1173     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1174     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1175     // disabling the verifier at your own substantial risk.
1176     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1177            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1178            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1179            "safepoint ir verifier.");
1180   }
1181 }
1182
1183 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1184 /// parse point.
1185 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1186                              const CallSite &CS,
1187                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1188   DenseMap<Value *, Value *> PointerToBase;
1189   findBasePointers(result.LiveSet, PointerToBase, &DT, DVCache);
1190
1191   if (PrintBasePointers) {
1192     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1193     // some tests.
1194     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1195     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1196     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1197     for (auto Pair : PointerToBase) {
1198       Temp.push_back(Pair.first);
1199     }
1200     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1201     for (Value *Ptr : Temp) {
1202       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1203       errs() << " derived ";
1204       Ptr->printAsOperand(errs(), false);
1205       errs() << " base ";
1206       Base->printAsOperand(errs(), false);
1207       errs() << "\n";;
1208     }
1209   }
1210
1211   result.PointerToBase = PointerToBase;
1212 }
1213
1214 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1215 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1216 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1217                                   const CallSite &CS,
1218                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1219
1220 static void recomputeLiveInValues(
1221     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1222     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1223   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1224   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1225   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1226   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1227   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1228     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1229     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1230     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1231   }
1232 }
1233
1234 // When inserting gc.relocate and gc.result calls, we need to ensure there are
1235 // no uses of the original value / return value between the gc.statepoint and
1236 // the gc.relocate / gc.result call.  One case which can arise is a phi node
1237 // starting one of the successor blocks.  We also need to be able to insert the
1238 // gc.relocates only on the path which goes through the statepoint.  We might
1239 // need to split an edge to make this possible.
1240 static BasicBlock *
1241 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1242                             DominatorTree &DT) {
1243   BasicBlock *Ret = BB;
1244   if (!BB->getUniquePredecessor())
1245     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1246
1247   // Now that 'Ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1248   // from it
1249   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1250   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()) &&
1251          "All PHI nodes should have been removed!");
1252
1253   // At this point, we can safely insert a gc.relocate or gc.result as the first
1254   // instruction in Ret if needed.
1255   return Ret;
1256 }
1257
1258 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1259 // from original call to the safepoint.
1260 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1261   AttributeSet Ret;
1262
1263   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1264     unsigned Index = AS.getSlotIndex(Slot);
1265
1266     if (Index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1267         Index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1268
1269       for (Attribute Attr : make_range(AS.begin(Slot), AS.end(Slot))) {
1270
1271         // Do not allow certain attributes - just skip them
1272         // Safepoint can not be read only or read none.
1273         if (Attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1274             Attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1275           continue;
1276
1277         // These attributes control the generation of the gc.statepoint call /
1278         // invoke itself; and once the gc.statepoint is in place, they're of no
1279         // use.
1280         if (Attr.hasAttribute("statepoint-num-patch-bytes") ||
1281             Attr.hasAttribute("statepoint-id"))
1282           continue;
1283
1284         Ret = Ret.addAttributes(
1285             AS.getContext(), Index,
1286             AttributeSet::get(AS.getContext(), Index, AttrBuilder(Attr)));
1287       }
1288     }
1289
1290     // Just skip parameter attributes for now
1291   }
1292
1293   return Ret;
1294 }
1295
1296 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1297 /// statepoint.
1298 /// Inputs:
1299 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1300 ///   liveStart - index of the first live variable.
1301 ///   basePtrs - base pointers.
1302 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1303 ///   bound.
1304 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1305 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<Value *> LiveVariables,
1306                               const int LiveStart,
1307                               ArrayRef<Value *> BasePtrs,
1308                               Instruction *StatepointToken,
1309                               IRBuilder<> Builder) {
1310   if (LiveVariables.empty())
1311     return;
1312
1313   auto FindIndex = [](ArrayRef<Value *> LiveVec, Value *Val) {
1314     auto ValIt = std::find(LiveVec.begin(), LiveVec.end(), Val);
1315     assert(ValIt != LiveVec.end() && "Val not found in LiveVec!");
1316     size_t Index = std::distance(LiveVec.begin(), ValIt);
1317     assert(Index < LiveVec.size() && "Bug in std::find?");
1318     return Index;
1319   };
1320
1321   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1322   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1323   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1324   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1325   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1326   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1327   Module *M = StatepointToken->getModule();
1328   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1329   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1330   Value *GCRelocateDecl =
1331     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1332
1333   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1334     // Generate the gc.relocate call and save the result
1335     Value *BaseIdx =
1336       Builder.getInt32(LiveStart + FindIndex(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1337     Value *LiveIdx = Builder.getInt32(LiveStart + i);
1338
1339     // only specify a debug name if we can give a useful one
1340     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1341         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1342         suffixed_name_or(LiveVariables[i], ".relocated", ""));
1343     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1344     // fake call.
1345     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1346   }
1347 }
1348
1349 namespace {
1350
1351 /// This struct is used to defer RAUWs and `eraseFromParent` s.  Using this
1352 /// avoids having to worry about keeping around dangling pointers to Values.
1353 class DeferredReplacement {
1354   AssertingVH<Instruction> Old;
1355   AssertingVH<Instruction> New;
1356
1357 public:
1358   explicit DeferredReplacement(Instruction *Old, Instruction *New) :
1359     Old(Old), New(New) {
1360     assert(Old != New && "Not allowed!");
1361   }
1362
1363   /// Does the task represented by this instance.
1364   void doReplacement() {
1365     Instruction *OldI = Old;
1366     Instruction *NewI = New;
1367
1368     assert(OldI != NewI && "Disallowed at construction?!");
1369
1370     Old = nullptr;
1371     New = nullptr;
1372
1373     if (NewI)
1374       OldI->replaceAllUsesWith(NewI);
1375     OldI->eraseFromParent();
1376   }
1377 };
1378 }
1379
1380 static void
1381 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite CS, /* to replace */
1382                            const SmallVectorImpl<Value *> &BasePtrs,
1383                            const SmallVectorImpl<Value *> &LiveVariables,
1384                            PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1385                            std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1386   assert(BasePtrs.size() == LiveVariables.size());
1387   assert((UseDeoptBundles || isStatepoint(CS)) &&
1388          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1389
1390   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1391   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1392   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1393   // be replacing a terminator.
1394   Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction();
1395   IRBuilder<> Builder(InsertBefore);
1396
1397   ArrayRef<Value *> GCArgs(LiveVariables);
1398   uint64_t StatepointID = 0xABCDEF00;
1399   uint32_t NumPatchBytes = 0;
1400   uint32_t Flags = uint32_t(StatepointFlags::None);
1401
1402   ArrayRef<Use> CallArgs;
1403   ArrayRef<Use> DeoptArgs;
1404   ArrayRef<Use> TransitionArgs;
1405
1406   Value *CallTarget = nullptr;
1407
1408   if (UseDeoptBundles) {
1409     CallArgs = {CS.arg_begin(), CS.arg_end()};
1410     DeoptArgs = GetDeoptBundleOperands(CS);
1411     // TODO: we don't fill in TransitionArgs or Flags in this branch, but we
1412     // could have an operand bundle for that too.
1413     AttributeSet OriginalAttrs = CS.getAttributes();
1414
1415     Attribute AttrID = OriginalAttrs.getAttribute(AttributeSet::FunctionIndex,
1416                                                   "statepoint-id");
1417     if (AttrID.isStringAttribute())
1418       AttrID.getValueAsString().getAsInteger(10, StatepointID);
1419
1420     Attribute AttrNumPatchBytes = OriginalAttrs.getAttribute(
1421         AttributeSet::FunctionIndex, "statepoint-num-patch-bytes");
1422     if (AttrNumPatchBytes.isStringAttribute())
1423       AttrNumPatchBytes.getValueAsString().getAsInteger(10, NumPatchBytes);
1424
1425     CallTarget = CS.getCalledValue();
1426   } else {
1427     // This branch will be gone soon, and we will soon only support the
1428     // UseDeoptBundles == true configuration.
1429     Statepoint OldSP(CS);
1430     StatepointID = OldSP.getID();
1431     NumPatchBytes = OldSP.getNumPatchBytes();
1432     Flags = OldSP.getFlags();
1433
1434     CallArgs = {OldSP.arg_begin(), OldSP.arg_end()};
1435     DeoptArgs = {OldSP.vm_state_begin(), OldSP.vm_state_end()};
1436     TransitionArgs = {OldSP.gc_transition_args_begin(),
1437                       OldSP.gc_transition_args_end()};
1438     CallTarget = OldSP.getCalledValue();
1439   }
1440
1441   // Create the statepoint given all the arguments
1442   Instruction *Token = nullptr;
1443   AttributeSet ReturnAttrs;
1444   if (CS.isCall()) {
1445     CallInst *ToReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1446     CallInst *Call = Builder.CreateGCStatepointCall(
1447         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, Flags, CallArgs,
1448         TransitionArgs, DeoptArgs, GCArgs, "safepoint_token");
1449
1450     Call->setTailCall(ToReplace->isTailCall());
1451     Call->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1452
1453     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1454     // function attributes.
1455     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1456     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1457     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1458     Call->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1459     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1460
1461     Token = Call;
1462
1463     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1464     // the old call (which we're about to delete)
1465     assert(ToReplace->getNextNode() && "Not a terminator, must have next!");
1466     Builder.SetInsertPoint(ToReplace->getNextNode());
1467     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getNextNode()->getDebugLoc());
1468   } else {
1469     InvokeInst *ToReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1470
1471     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1472     // moment at which point this will become the new terminator for the
1473     // original block.
1474     InvokeInst *Invoke = Builder.CreateGCStatepointInvoke(
1475         StatepointID, NumPatchBytes, CallTarget, ToReplace->getNormalDest(),
1476         ToReplace->getUnwindDest(), Flags, CallArgs, TransitionArgs, DeoptArgs,
1477         GCArgs, "statepoint_token");
1478
1479     Invoke->setCallingConv(ToReplace->getCallingConv());
1480
1481     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1482     // function attributes.
1483     AttributeSet NewAttrs = legalizeCallAttributes(ToReplace->getAttributes());
1484     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1485     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1486     Invoke->setAttributes(NewAttrs.getFnAttributes());
1487     ReturnAttrs = NewAttrs.getRetAttributes();
1488
1489     Token = Invoke;
1490
1491     // Generate gc relocates in exceptional path
1492     BasicBlock *UnwindBlock = ToReplace->getUnwindDest();
1493     assert(!isa<PHINode>(UnwindBlock->begin()) &&
1494            UnwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1495            "can't safely insert in this block!");
1496
1497     Builder.SetInsertPoint(&*UnwindBlock->getFirstInsertionPt());
1498     Builder.SetCurrentDebugLocation(ToReplace->getDebugLoc());
1499
1500     // Attach exceptional gc relocates to the landingpad.
1501     Instruction *ExceptionalToken = UnwindBlock->getLandingPadInst();
1502     Result.UnwindToken = ExceptionalToken;
1503
1504     const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1505     CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, ExceptionalToken,
1506                       Builder);
1507
1508     // Generate gc relocates and returns for normal block
1509     BasicBlock *NormalDest = ToReplace->getNormalDest();
1510     assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()) &&
1511            NormalDest->getUniquePredecessor() &&
1512            "can't safely insert in this block!");
1513
1514     Builder.SetInsertPoint(&*NormalDest->getFirstInsertionPt());
1515
1516     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1517     // statepoint
1518   }
1519   assert(Token && "Should be set in one of the above branches!");
1520
1521   if (UseDeoptBundles) {
1522     Token->setName("statepoint_token");
1523     if (!CS.getType()->isVoidTy() && !CS.getInstruction()->use_empty()) {
1524       StringRef Name =
1525           CS.getInstruction()->hasName() ? CS.getInstruction()->getName() : "";
1526       CallInst *GCResult = Builder.CreateGCResult(Token, CS.getType(), Name);
1527       GCResult->setAttributes(CS.getAttributes().getRetAttributes());
1528
1529       // We cannot RAUW or delete CS.getInstruction() because it could be in the
1530       // live set of some other safepoint, in which case that safepoint's
1531       // PartiallyConstructedSafepointRecord will hold a raw pointer to this
1532       // llvm::Instruction.  Instead, we defer the replacement and deletion to
1533       // after the live sets have been made explicit in the IR, and we no longer
1534       // have raw pointers to worry about.
1535       Replacements.emplace_back(CS.getInstruction(), GCResult);
1536     } else {
1537       Replacements.emplace_back(CS.getInstruction(), nullptr);
1538     }
1539   } else {
1540     assert(!CS.getInstruction()->hasNUsesOrMore(2) &&
1541            "only valid use before rewrite is gc.result");
1542     assert(!CS.getInstruction()->hasOneUse() ||
1543            isGCResult(cast<Instruction>(*CS.getInstruction()->user_begin())));
1544
1545     // Take the name of the original statepoint token if there was one.
1546     Token->takeName(CS.getInstruction());
1547
1548     // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1549     // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1550     // considered a live reference.
1551     CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(Token);
1552     CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1553   }
1554
1555   Result.StatepointToken = Token;
1556
1557   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1558   const unsigned LiveStartIdx = Statepoint(Token).gcArgsStartIdx();
1559   CreateGCRelocates(LiveVariables, LiveStartIdx, BasePtrs, Token, Builder);
1560 }
1561
1562 namespace {
1563 struct NameOrdering {
1564   Value *Base;
1565   Value *Derived;
1566
1567   bool operator()(NameOrdering const &a, NameOrdering const &b) {
1568     return -1 == a.Derived->getName().compare(b.Derived->getName());
1569   }
1570 };
1571 }
1572
1573 static void StabilizeOrder(SmallVectorImpl<Value *> &BaseVec,
1574                            SmallVectorImpl<Value *> &LiveVec) {
1575   assert(BaseVec.size() == LiveVec.size());
1576
1577   SmallVector<NameOrdering, 64> Temp;
1578   for (size_t i = 0; i < BaseVec.size(); i++) {
1579     NameOrdering v;
1580     v.Base = BaseVec[i];
1581     v.Derived = LiveVec[i];
1582     Temp.push_back(v);
1583   }
1584
1585   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), NameOrdering());
1586   for (size_t i = 0; i < BaseVec.size(); i++) {
1587     BaseVec[i] = Temp[i].Base;
1588     LiveVec[i] = Temp[i].Derived;
1589   }
1590 }
1591
1592 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1593 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1594 //
1595 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1596 // values.  That's the callers responsibility.
1597 static void
1598 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS,
1599                        PartiallyConstructedSafepointRecord &Result,
1600                        std::vector<DeferredReplacement> &Replacements) {
1601   const auto &LiveSet = Result.LiveSet;
1602   const auto &PointerToBase = Result.PointerToBase;
1603
1604   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1605   SmallVector<Value *, 64> BaseVec, LiveVec;
1606   LiveVec.reserve(LiveSet.size());
1607   BaseVec.reserve(LiveSet.size());
1608   for (Value *L : LiveSet) {
1609     LiveVec.push_back(L);
1610     assert(PointerToBase.count(L));
1611     Value *Base = PointerToBase.find(L)->second;
1612     BaseVec.push_back(Base);
1613   }
1614   assert(LiveVec.size() == BaseVec.size());
1615
1616   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1617   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1618   // The order is otherwise meaningless.
1619   StabilizeOrder(BaseVec, LiveVec);
1620
1621   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1622   makeStatepointExplicitImpl(CS, BaseVec, LiveVec, Result, Replacements);
1623 }
1624
1625 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1626 //
1627 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits a store to the
1628 // assigned location (via allocaMap) for the each one of them.  It adds the
1629 // visited values into the visitedLiveValues set, which we will later use them
1630 // for sanity checking.
1631 static void
1632 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1633                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1634                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1635
1636   for (User *U : GCRelocs) {
1637     GCRelocateInst *Relocate = dyn_cast<GCRelocateInst>(U);
1638     if (!Relocate)
1639       continue;
1640
1641     Value *OriginalValue = const_cast<Value *>(Relocate->getDerivedPtr());
1642     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1643     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1644
1645     // Emit store into the related alloca
1646     // All gc_relocates are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1647     // the correct type according to alloca.
1648     assert(Relocate->getNextNode() &&
1649            "Should always have one since it's not a terminator");
1650     IRBuilder<> Builder(Relocate->getNextNode());
1651     Value *CastedRelocatedValue =
1652       Builder.CreateBitCast(Relocate,
1653                             cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1654                             suffixed_name_or(Relocate, ".casted", ""));
1655
1656     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1657     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1658
1659 #ifndef NDEBUG
1660     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1661 #endif
1662   }
1663 }
1664
1665 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1666 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1667 static void
1668 insertRematerializationStores(
1669   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1670   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1671   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1672
1673   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1674     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1675     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1676
1677     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1678            "Can not find alloca for rematerialized value");
1679     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1680
1681     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1682     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1683
1684 #ifndef NDEBUG
1685     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1686 #endif
1687   }
1688 }
1689
1690 /// Do all the relocation update via allocas and mem2reg
1691 static void relocationViaAlloca(
1692     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1693     ArrayRef<PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1694 #ifndef NDEBUG
1695   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1696   // number when we get done.
1697   int InitialAllocaNum = 0;
1698   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1699        I++)
1700     if (isa<AllocaInst>(*I))
1701       InitialAllocaNum++;
1702 #endif
1703
1704   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1705   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1706   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1707   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1708   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1709   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1710
1711   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1712   // "PromotableAllocas"
1713   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1714     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1715                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1716     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1717     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1718   };
1719
1720   // Emit alloca for each live gc pointer
1721   for (Value *V : Live)
1722     emitAllocaFor(V);
1723
1724   // Emit allocas for rematerialized values
1725   for (const auto &Info : Records)
1726     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1727       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1728       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1729         continue;
1730
1731       emitAllocaFor(OriginalValue);
1732       ++NumRematerializedValues;
1733     }
1734
1735   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1736   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1737   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1738   // into distinct loops for performance reasons.
1739
1740   // Update gc pointer after each statepoint: either store a relocated value or
1741   // null (if no relocated value was found for this gc pointer and it is not a
1742   // gc_result).  This must happen before we update the statepoint with load of
1743   // alloca otherwise we lose the link between statepoint and old def.
1744   for (const auto &Info : Records) {
1745     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1746
1747     // This will be used for consistency check
1748     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1749
1750     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1751     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1752
1753     // In case if it was invoke statepoint
1754     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1755     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1756       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1757                              VisitedLiveValues);
1758     }
1759
1760     // Do similar thing with rematerialized values
1761     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1762                                   VisitedLiveValues);
1763
1764     if (ClobberNonLive) {
1765       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1766       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1767       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1768       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1769       // wise.
1770       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1771       for (auto Pair : AllocaMap) {
1772         Value *Def = Pair.first;
1773         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1774
1775         // This value was relocated
1776         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1777           continue;
1778         }
1779         ToClobber.push_back(Alloca);
1780       }
1781
1782       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1783         for (auto *AI : ToClobber) {
1784           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1785           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1786           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1787           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1788           Store->insertBefore(IP);
1789         }
1790       };
1791
1792       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1793       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1794       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1795         InsertClobbersAt(&*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1796         InsertClobbersAt(&*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1797       } else {
1798         InsertClobbersAt(cast<Instruction>(Statepoint)->getNextNode());
1799       }
1800     }
1801   }
1802
1803   // Update use with load allocas and add store for gc_relocated.
1804   for (auto Pair : AllocaMap) {
1805     Value *Def = Pair.first;
1806     Value *Alloca = Pair.second;
1807
1808     // We pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1809     // later update that changes the user information..
1810
1811     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1812     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1813     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1814     for (User *U : Def->users()) {
1815       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1816         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1817         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1818         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1819         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1820         // use does not need to be fixed up.
1821         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1822       }
1823     }
1824
1825     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1826     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1827     Uses.erase(Last, Uses.end());
1828
1829     for (Instruction *Use : Uses) {
1830       if (isa<PHINode>(Use)) {
1831         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1832         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1833           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1834             LoadInst *Load = new LoadInst(
1835                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1836             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1837           }
1838         }
1839       } else {
1840         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1841         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1842       }
1843     }
1844
1845     // Emit store for the initial gc value.  Store must be inserted after load,
1846     // otherwise store will be in alloca's use list and an extra load will be
1847     // inserted before it.
1848     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1849     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1850       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1851         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1852         // into its normal destination block.
1853         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1854         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1855       } else {
1856         assert(!Inst->isTerminator() &&
1857                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1858                "InvokeInst which is handled above.");
1859         Store->insertAfter(Inst);
1860       }
1861     } else {
1862       assert(isa<Argument>(Def));
1863       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1864     }
1865   }
1866
1867   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1868          "we must have the same allocas with lives");
1869   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1870     // Apply mem2reg to promote alloca to SSA
1871     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1872   }
1873
1874 #ifndef NDEBUG
1875   for (auto &I : F.getEntryBlock())
1876     if (isa<AllocaInst>(I))
1877       InitialAllocaNum--;
1878   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1879 #endif
1880 }
1881
1882 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1883 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1884 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1885 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1886   SmallSet<T, 8> Seen;
1887   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1888               return !Seen.insert(V).second;
1889             }), Vec.end());
1890 }
1891
1892 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1893 /// lifetime of the call.
1894 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1895                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1896   if (Values.empty())
1897     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1898     return;
1899
1900   Module *M = CS.getInstruction()->getModule();
1901   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1902   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1903       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1904   if (CS.isCall()) {
1905     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1906     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "",
1907                                        &*++CS.getInstruction()->getIterator()));
1908     return;
1909   }
1910   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1911   // exceptional destination blocks
1912   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1913   Holders.push_back(CallInst::Create(
1914       Func, Values, "", &*II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1915   Holders.push_back(CallInst::Create(
1916       Func, Values, "", &*II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1917 }
1918
1919 static void findLiveReferences(
1920     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1921     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1922   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1923   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1924   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1925     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1926     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1927     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1928   }
1929 }
1930
1931 /// Remove any vector of pointers from the live set by scalarizing them over the
1932 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the live set.  It
1933 /// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
1934 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1935 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1936 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
1937 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1938                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1939                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1940                               DominatorTree &DT) {
1941   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1942   for (Value *V : LiveSet)
1943     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1944       ToSplit.push_back(V);
1945
1946   if (ToSplit.empty())
1947     return;
1948
1949   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1950
1951   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1952
1953   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1954   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1955   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1956   for (Value *V : ToSplit) {
1957     AllocaInst *Alloca =
1958         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1959     AllocaMap[V] = Alloca;
1960
1961     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1962     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1963     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1964     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1965       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1966     ElementMapping[V] = Elements;
1967
1968     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1969       Builder.SetInsertPoint(IP);
1970       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1971       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1972       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1973         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1974                                                 Builder.getInt32(i));
1975       return ResultVec;
1976     };
1977
1978     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1979       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1980       Next++;
1981       Instruction *IP = &*(Next);
1982       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1983       Replacements[V].second = nullptr;
1984     } else {
1985       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1986       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1987       // blocks
1988       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1989       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1990       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1991       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1992       // Insert insert element sequences in both successors
1993       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1994       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1995       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1996       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1997     }
1998   }
1999
2000   for (Value *V : ToSplit) {
2001     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
2002
2003     // Capture all users before we start mutating use lists
2004     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
2005     for (User *U : V->users())
2006       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
2007
2008     for (Instruction *I : Users) {
2009       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
2010         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
2011           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
2012             LoadInst *Load = new LoadInst(
2013                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
2014             Phi->setIncomingValue(i, Load);
2015           }
2016       } else {
2017         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
2018         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
2019       }
2020     }
2021
2022     // Store the original value and the replacement value into the alloca
2023     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
2024     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
2025       Store->insertAfter(I);
2026     else
2027       Store->insertAfter(Alloca);
2028
2029     // Normal return for invoke, or call return
2030     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
2031     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
2032     // Unwind return for invoke only
2033     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
2034     if (Replacement)
2035       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
2036   }
2037
2038   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
2039   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
2040   for (Value *V : ToSplit)
2041     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
2042   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
2043
2044   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
2045   // changes we just made.
2046   for (Value *V : ToSplit) {
2047     auto &Elements = ElementMapping[V];
2048
2049     LiveSet.erase(V);
2050     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
2051     // We need to update the base mapping as well.
2052     assert(PointerToBase.count(V));
2053     Value *OldBase = PointerToBase[V];
2054     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
2055     PointerToBase.erase(V);
2056     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
2057     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
2058       Value *Elem = Elements[i];
2059       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
2060     }
2061   }
2062 }
2063
2064 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
2065 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
2066 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
2067 // successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
2068 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
2069 // recorded.
2070 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
2071   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
2072   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
2073
2074   // We have found a base value
2075   if (CurrentValue == BaseValue) {
2076     return true;
2077   }
2078
2079   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
2080     ChainToBase.push_back(GEP);
2081     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2082                                                   GEP->getPointerOperand(),
2083                                                   BaseValue);
2084   }
2085
2086   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
2087     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2088       return false;
2089
2090     ChainToBase.push_back(CI);
2091     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2092                                                   CI->getOperand(0), BaseValue);
2093   }
2094
2095   // Not supported instruction in the chain
2096   return false;
2097 }
2098
2099 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2100 // chain we are going to rematerialize.
2101 static unsigned
2102 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2103                        TargetTransformInfo &TTI) {
2104   unsigned Cost = 0;
2105
2106   for (Instruction *Instr : Chain) {
2107     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2108       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2109              "non noop cast is found during rematerialization");
2110
2111       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2112       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
2113
2114     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2115       // Cost of the address calculation
2116       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
2117       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2118
2119       // And cost of the GEP itself
2120       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2121       //       allowed for the external usage)
2122       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2123         Cost += 2;
2124
2125     } else {
2126       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
2127     }
2128   }
2129
2130   return Cost;
2131 }
2132
2133 // From the statepoint live set pick values that are cheaper to recompute then
2134 // to relocate. Remove this values from the live set, rematerialize them after
2135 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2136 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2137 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
2138                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2139                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2140   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2141
2142   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2143   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2144   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2145
2146   for (Value *LiveValue: Info.LiveSet) {
2147     // For each live pointer find it's defining chain
2148     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2149     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2150     bool FoundChain =
2151       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2152                                              LiveValue,
2153                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
2154     // Nothing to do, or chain is too long
2155     if (!FoundChain ||
2156         ChainToBase.size() == 0 ||
2157         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2158       continue;
2159
2160     // Compute cost of this chain
2161     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2162     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2163     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2164     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2165     //       don't have any uses besides this statepoint.
2166
2167     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2168     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2169     if (CS.isInvoke()) {
2170       Cost *= 2;
2171     }
2172     // If it's too expensive - skip it
2173     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2174       continue;
2175
2176     // Remove value from the live set
2177     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2178
2179     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2180
2181     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2182     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2183
2184     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2185     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2186     // which should be used after statepoint.
2187     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
2188       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2189       Instruction *LastValue = nullptr;
2190       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2191         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2192         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2193         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2194         // otherwise not used after this statepoint.
2195         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2196
2197         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2198         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2199         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2200
2201         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2202         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2203         if (LastClonedValue) {
2204           assert(LastValue);
2205           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2206 #ifndef NDEBUG
2207           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2208           // this chain other than LastClonedValue
2209           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2210             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2211                        ChainToBase.end() &&
2212                    "incorrect use in rematerialization chain");
2213           }
2214 #endif
2215         }
2216
2217         LastClonedValue = ClonedValue;
2218         LastValue = Instr;
2219       }
2220       assert(LastClonedValue);
2221       return LastClonedValue;
2222     };
2223
2224     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2225     // instructions both on normal and unwind path.
2226     if (CS.isCall()) {
2227       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2228       assert(InsertBefore);
2229       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2230       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2231     } else {
2232       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2233
2234       Instruction *NormalInsertBefore =
2235           &*Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2236       Instruction *UnwindInsertBefore =
2237           &*Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2238
2239       Instruction *NormalRematerializedValue =
2240           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2241       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2242           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2243
2244       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2245       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2246     }
2247   }
2248
2249   // Remove rematerializaed values from the live set
2250   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2251     Info.LiveSet.erase(LiveValue);
2252   }
2253 }
2254
2255 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT,
2256                               TargetTransformInfo &TTI,
2257                               SmallVectorImpl<CallSite> &ToUpdate) {
2258 #ifndef NDEBUG
2259   // sanity check the input
2260   std::set<CallSite> Uniqued;
2261   Uniqued.insert(ToUpdate.begin(), ToUpdate.end());
2262   assert(Uniqued.size() == ToUpdate.size() && "no duplicates please!");
2263
2264   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2265     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2266     assert((UseDeoptBundles || isStatepoint(CS)) &&
2267            "expected to already be a deopt statepoint");
2268   }
2269 #endif
2270
2271   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2272   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2273   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2274   // may restructure the CFG.
2275   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2276     if (!CS.isInvoke())
2277       continue;
2278     auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2279     normalizeForInvokeSafepoint(II->getNormalDest(), II->getParent(), DT);
2280     normalizeForInvokeSafepoint(II->getUnwindDest(), II->getParent(), DT);
2281   }
2282
2283   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2284   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2285   SmallVector<CallInst *, 64> Holders;
2286
2287   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2288   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2289   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2290   // thus makes sure they get relocated.)
2291   for (CallSite CS : ToUpdate) {
2292     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2293
2294     iterator_range<const Use *> DeoptStateRange =
2295         UseDeoptBundles
2296             ? iterator_range<const Use *>(GetDeoptBundleOperands(CS))
2297             : iterator_range<const Use *>(Statepoint(CS).vm_state_args());
2298
2299     for (Value *Arg : DeoptStateRange) {
2300       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2301              "support for FCA unimplemented");
2302       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2303         DeoptValues.push_back(Arg);
2304     }
2305
2306     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, Holders);
2307   }
2308
2309   SmallVector<PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> Records(ToUpdate.size());
2310
2311   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2312   // site.
2313   findLiveReferences(F, DT, ToUpdate, Records);
2314
2315   // B) Find the base pointers for each live pointer
2316   /* scope for caching */ {
2317     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2318     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2319     // large numbers of duplicate base_phis.
2320     DefiningValueMapTy DVCache;
2321
2322     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2323       PartiallyConstructedSafepointRecord &info = Records[i];
2324       findBasePointers(DT, DVCache, ToUpdate[i], info);
2325     }
2326   } // end of cache scope
2327
2328   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2329   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2330   // example is:
2331   // loop:
2332   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2333   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2334   //   gep a + 1
2335   //   safepoint 2
2336   //   br loop
2337   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2338   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2339   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2340   // remove the dummy calls.
2341   Holders.reserve(Holders.size() + Records.size());
2342   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2343     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2344
2345     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2346     for (auto Pair : Info.PointerToBase)
2347       Bases.push_back(Pair.second);
2348
2349     insertUseHolderAfter(ToUpdate[i], Bases, Holders);
2350   }
2351
2352   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2353   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2354   // not the key issue.
2355   recomputeLiveInValues(F, DT, ToUpdate, Records);
2356
2357   if (PrintBasePointers) {
2358     for (auto &Info : Records) {
2359       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2360       for (auto Pair : Info.PointerToBase) {
2361         errs() << " derived ";
2362         Pair.first->printAsOperand(errs(), false);
2363         errs() << " base ";
2364         Pair.second->printAsOperand(errs(), false);
2365         errs() << "\n";
2366       }
2367     }
2368   }
2369
2370   // It is possible that non-constant live variables have a constant base.  For
2371   // example, a GEP with a variable offset from a global.  In this case we can
2372   // remove it from the liveset.  We already don't add constants to the liveset
2373   // because we assume they won't move at runtime and the GC doesn't need to be
2374   // informed about them.  The same reasoning applies if the base is constant.
2375   // Note that the relocation placement code relies on this filtering for
2376   // correctness as it expects the base to be in the liveset, which isn't true
2377   // if the base is constant.
2378   for (auto &Info : Records)
2379     for (auto &BasePair : Info.PointerToBase)
2380       if (isa<Constant>(BasePair.second))
2381         Info.LiveSet.erase(BasePair.first);
2382
2383   for (CallInst *CI : Holders)
2384     CI->eraseFromParent();
2385
2386   Holders.clear();
2387
2388   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2389   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2390   // the cost of some possible performance loss.  Note: This is known to not
2391   // handle updating of the side tables correctly which can lead to relocation
2392   // bugs when the same vector is live at multiple statepoints.  We're in the
2393   // process of implementing the alternate lowering - relocating the
2394   // vector-of-pointers as first class item and updating the backend to
2395   // understand that - but that's not yet complete.  
2396   if (UseVectorSplit)
2397     for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2398       PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2399       Instruction *Statepoint = ToUpdate[i].getInstruction();
2400       splitVectorValues(cast<Instruction>(Statepoint), Info.LiveSet,
2401                         Info.PointerToBase, DT);
2402     }
2403
2404   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2405   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2406   // does not influence correctness.
2407   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2408     rematerializeLiveValues(ToUpdate[i], Records[i], TTI);
2409
2410   // We need this to safely RAUW and delete call or invoke return values that
2411   // may themselves be live over a statepoint.  For details, please see usage in
2412   // makeStatepointExplicitImpl.
2413   std::vector<DeferredReplacement> Replacements;
2414
2415   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2416   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2417   // relocated. We have references to live variables that need to
2418   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2419   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2420   // the old statepoint calls as we go.)
2421   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++)
2422     makeStatepointExplicit(DT, ToUpdate[i], Records[i], Replacements);
2423
2424   ToUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2425
2426   for (auto &PR : Replacements)
2427     PR.doReplacement();
2428
2429   Replacements.clear();
2430
2431   for (auto &Info : Records) {
2432     // These live sets may contain state Value pointers, since we replaced calls
2433     // with operand bundles with calls wrapped in gc.statepoint, and some of
2434     // those calls may have been def'ing live gc pointers.  Clear these out to
2435     // avoid accidentally using them.
2436     //
2437     // TODO: We should create a separate data structure that does not contain
2438     // these live sets, and migrate to using that data structure from this point
2439     // onward.
2440     Info.LiveSet.clear();
2441     Info.PointerToBase.clear();
2442   }
2443
2444   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2445   SmallVector<Value *, 128> Live;
2446   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
2447     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
2448
2449     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2450     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2451     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2452     // Thankfully, the live set is embedded in the statepoint (and updated), so
2453     // we just grab that.
2454     Statepoint Statepoint(Info.StatepointToken);
2455     Live.insert(Live.end(), Statepoint.gc_args_begin(),
2456                 Statepoint.gc_args_end());
2457 #ifndef NDEBUG
2458     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2459     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2460     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2461     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2462     assert(DT.isReachableFromEntry(Info.StatepointToken->getParent()) &&
2463            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2464     for (Value *V : Statepoint.gc_args()) {
2465       if (!isa<Instruction>(V))
2466         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2467         continue;
2468       auto *LiveInst = cast<Instruction>(V);
2469       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2470              "unreachable values should never be live");
2471       assert(DT.dominates(LiveInst, Info.StatepointToken) &&
2472              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2473     }
2474 #endif
2475   }
2476   unique_unsorted(Live);
2477
2478 #ifndef NDEBUG
2479   // sanity check
2480   for (auto *Ptr : Live)
2481     assert(isGCPointerType(Ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2482 #endif
2483
2484   relocationViaAlloca(F, DT, Live, Records);
2485   return !Records.empty();
2486 }
2487
2488 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2489 template <typename AttrHolder>
2490 static void RemoveNonValidAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2491                                       unsigned Index) {
2492   AttrBuilder R;
2493   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2494     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2495                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2496   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2497     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2498                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2499   if (AH.doesNotAlias(Index))
2500     R.addAttribute(Attribute::NoAlias);
2501
2502   if (!R.empty())
2503     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2504         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2505 }
2506
2507 void
2508 RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromPrototype(Function &F) {
2509   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2510
2511   for (Argument &A : F.args())
2512     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2513       RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2514
2515   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2516     RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2517 }
2518
2519 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributesFromBody(Function &F) {
2520   if (F.empty())
2521     return;
2522
2523   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2524   MDBuilder Builder(Ctx);
2525
2526   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2527     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2528       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2529       bool IsImmutableTBAA =
2530           MD->getNumOperands() == 4 &&
2531           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2532
2533       if (!IsImmutableTBAA)
2534         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2535
2536       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2537       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2538       uint64_t Offset =
2539           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2540
2541       MDNode *MutableTBAA =
2542           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2543       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2544     }
2545
2546     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2547       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2548         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2549           RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2550       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2551         RemoveNonValidAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2552     }
2553   }
2554 }
2555
2556 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2557 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2558 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2559   // TODO: This should check the GCStrategy
2560   if (F.hasGC()) {
2561     const auto &FunctionGCName = F.getGC();
2562     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2563     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2564     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2565            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2566   } else
2567     return false;
2568 }
2569
2570 void RewriteStatepointsForGC::stripNonValidAttributes(Module &M) {
2571 #ifndef NDEBUG
2572   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2573          "precondition!");
2574 #endif
2575
2576   for (Function &F : M)
2577     stripNonValidAttributesFromPrototype(F);
2578
2579   for (Function &F : M)
2580     stripNonValidAttributesFromBody(F);
2581 }
2582
2583 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2584   // Nothing to do for declarations.
2585   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2586     return false;
2587
2588   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2589   // compiling code without a GCStrategy.
2590   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2591     return false;
2592
2593   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2594   TargetTransformInfo &TTI =
2595       getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2596
2597   auto NeedsRewrite = [](Instruction &I) {
2598     if (UseDeoptBundles) {
2599       if (ImmutableCallSite CS = ImmutableCallSite(&I))
2600         return !callsGCLeafFunction(CS);
2601       return false;
2602     }
2603
2604     return isStatepoint(I);
2605   };
2606
2607   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2608   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2609   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2610   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2611   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2612   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2613     // TODO: only the ones with the flag set!
2614     if (NeedsRewrite(I)) {
2615       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2616         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2617       else
2618         HasUnreachableStatepoint = true;
2619     }
2620   }
2621
2622   bool MadeChange = false;
2623
2624   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2625   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2626   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2627   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2628   if (HasUnreachableStatepoint)
2629     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2630
2631   // Return early if no work to do.
2632   if (ParsePointNeeded.empty())
2633     return MadeChange;
2634
2635   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2636   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2637   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2638   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2639   for (BasicBlock &BB : F)
2640     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2641       MadeChange = true;
2642       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2643     }
2644
2645   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2646   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2647   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2648   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2649   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2650   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2651   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2652   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2653   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2654   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2655   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2656   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2657   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2658   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2659     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2660       if (BI->isConditional())
2661         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2662     // TODO: Extend this to handle switches
2663     return nullptr;
2664   };
2665   for (BasicBlock &BB : F) {
2666     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2667     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2668       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2669       // most instructions without side effects or memory access.  
2670       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2671         MadeChange = true;
2672         Cond->moveBefore(TI);
2673       }
2674   }
2675
2676   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, TTI, ParsePointNeeded);
2677   return MadeChange;
2678 }
2679
2680 // liveness computation via standard dataflow
2681 // -------------------------------------------------------------------
2682
2683 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2684 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2685
2686 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2687 /// the live-out set of the basic block
2688 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2689                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2690                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2691
2692   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2693     Instruction *I = &*ritr;
2694
2695     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2696     LiveTmp.erase(I);
2697
2698     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2699     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2700     if (isa<PHINode>(I))
2701       continue;
2702
2703     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2704     for (Value *V : I->operands()) {
2705       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2706              "support for FCA unimplemented");
2707       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2708         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2709         // There are two independent reasons:
2710         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2711         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2712         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2713         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2714         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2715         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2716         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2717         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2718         LiveTmp.insert(V);
2719       }
2720     }
2721   }
2722 }
2723
2724 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2725
2726   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2727     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2728     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2729       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2730       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2731       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2732              "support for FCA unimplemented");
2733       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2734         LiveTmp.insert(V);
2735       }
2736     }
2737   }
2738 }
2739
2740 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2741   DenseSet<Value *> KillSet;
2742   for (Instruction &I : *BB)
2743     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2744       KillSet.insert(&I);
2745   return KillSet;
2746 }
2747
2748 #ifndef NDEBUG
2749 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2750 /// sanity check for the liveness computation.
2751 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2752                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2753   for (Value *V : Live) {
2754     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2755       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2756       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2757       // such, we need to special case this to allow it.
2758       if (TermOkay && TI == I)
2759         continue;
2760       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2761              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2762     }
2763   }
2764 }
2765
2766 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2767 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2768 /// a def.
2769 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2770                           BasicBlock &BB) {
2771   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2772   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2773   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2774 }
2775 #endif
2776
2777 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2778                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2779
2780   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2781   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2782     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2783     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2784   };
2785   auto NextItem = [&]() {
2786     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2787     Worklist.pop_back();
2788     return BB;
2789   };
2790
2791   // Seed the liveness for each individual block
2792   for (BasicBlock &BB : F) {
2793     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2794     Data.LiveSet[&BB].clear();
2795     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2796
2797 #ifndef NDEBUG
2798     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2799       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2800 #endif
2801
2802     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2803     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2804     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2805     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2806     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2807     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2808       AddPredsToWorklist(&BB);
2809   }
2810
2811   // Propagate that liveness until stable
2812   while (!Worklist.empty()) {
2813     BasicBlock *BB = NextItem();
2814
2815     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2816     // despite the contribution of our successor.
2817     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2818     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2819     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2820       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2821       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2822     }
2823     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2824     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2825       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2826       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2827       // hasn't changed.
2828       continue;
2829     }
2830     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2831
2832     // Apply the effects of this basic block
2833     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2834     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2835     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2836
2837     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2838     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2839     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2840     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2841       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2842       AddPredsToWorklist(BB);
2843     }
2844   } // while( !worklist.empty() )
2845
2846 #ifndef NDEBUG
2847   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2848   // missing kills during the above iteration.
2849   for (BasicBlock &BB : F) {
2850     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2851   }
2852 #endif
2853 }
2854
2855 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2856                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2857
2858   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2859
2860   // Note: The copy is intentional and required
2861   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2862   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2863
2864   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2865   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2866   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2867   // specifically what we need to relocate
2868   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst->getIterator());
2869   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2870   LiveOut.erase(Inst);
2871   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2872 }
2873
2874 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2875                                   const CallSite &CS,
2876                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2877   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2878   StatepointLiveSetTy Updated;
2879   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2880
2881 #ifndef NDEBUG
2882   DenseSet<Value *> Bases;
2883   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2884     Bases.insert(KVPair.second);
2885   }
2886 #endif
2887   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2888   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2889   for (auto V : Updated)
2890     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2891       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2892       Info.PointerToBase[V] = V;
2893       continue;
2894     }
2895
2896 #ifndef NDEBUG
2897   for (auto V : Updated) {
2898     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2899            "must be able to find base for live value");
2900   }
2901 #endif
2902
2903   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2904   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2905   DenseSet<Value *> ToErase;
2906   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2907     if (!Updated.count(KVPair.first))
2908       ToErase.insert(KVPair.first);
2909   for (auto V : ToErase)
2910     Info.PointerToBase.erase(V);
2911
2912 #ifndef NDEBUG
2913   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2914     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2915 #endif
2916
2917   Info.LiveSet = Updated;
2918 }