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