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