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112   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after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