[RewriteStatepointsForGC] Rename PhiState to reflect that it's associated w/more...
[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 accross 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(const Type *T) {
201   if (const PointerType *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 elemtns 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   // neccessarily 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 amoung 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   // analougous to pessimistic data flow and would likely lead to an
721   // overall worse solution.
722
723   ConflictStateMapTy states;
724   states[def] = BDVState();
725   // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
726   // for which we don't already know a definite base value for
727   // TODO: This should be rewritten with a worklist
728   bool done = false;
729   while (!done) {
730     done = true;
731     // Since we're adding elements to 'states' as we run, we can't keep
732     // iterators into the set.
733     SmallVector<Value *, 16> Keys;
734     Keys.reserve(states.size());
735     for (auto Pair : states) {
736       Value *V = Pair.first;
737       Keys.push_back(V);
738     }
739     for (Value *v : Keys) {
740       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
741       if (PHINode *phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
742         assert(phi->getNumIncomingValues() > 0 &&
743                "zero input phis are illegal");
744         for (Value *InVal : phi->incoming_values()) {
745           Value *local = findBaseOrBDV(InVal, cache);
746           if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
747             states[local] = BDVState();
748             done = false;
749           }
750         }
751       } else if (SelectInst *sel = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
752         Value *local = findBaseOrBDV(sel->getTrueValue(), cache);
753         if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
754           states[local] = BDVState();
755           done = false;
756         }
757         local = findBaseOrBDV(sel->getFalseValue(), cache);
758         if (!isKnownBaseResult(local) && states.find(local) == states.end()) {
759           states[local] = BDVState();
760           done = false;
761         }
762       }
763     }
764   }
765
766   if (TraceLSP) {
767     errs() << "States after initialization:\n";
768     for (auto Pair : states)
769       dbgs() << " " << Pair.second << " for " << Pair.first << "\n";
770   }
771
772   // TODO: come back and revisit the state transitions around inputs which
773   // have reached conflict state.  The current version seems too conservative.
774
775   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
776   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
777   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
778     if (isKnownBaseResult(baseValue))
779       return BDVState(baseValue);
780     auto I = states.find(baseValue);
781     assert(I != states.end() && "lookup failed!");
782     return I->second;
783   };
784
785   bool progress = true;
786   while (progress) {
787 #ifndef NDEBUG
788     size_t oldSize = states.size();
789 #endif
790     progress = false;
791     // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
792     for (auto Pair : states) {
793       Value *v = Pair.first;
794       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
795
796       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
797       // instance which represents the BDV of that value.
798       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
799         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
800         return getStateForBDV(BDV);
801       };
802
803       MeetBDVStates calculateMeet;
804       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
805         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
806         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
807       } else
808         for (Value *Val : cast<PHINode>(v)->incoming_values())
809           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
810
811       BDVState oldState = states[v];
812       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
813       if (oldState != newState) {
814         progress = true;
815         states[v] = newState;
816       }
817     }
818
819     assert(oldSize <= states.size());
820     assert(oldSize == states.size() || progress);
821   }
822
823   if (TraceLSP) {
824     errs() << "States after meet iteration:\n";
825     for (auto Pair : states)
826       dbgs() << " " << Pair.second << " for " << Pair.first << "\n";
827   }
828
829   // Insert Phis for all conflicts
830   // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
831   // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
832   // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
833   SmallVector<Value *, 16> Keys;
834   Keys.reserve(states.size());
835   for (auto Pair : states) {
836     Value *V = Pair.first;
837     Keys.push_back(V);
838   }
839   std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
840   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
841   for (Value *V : Keys) {
842     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
843     BDVState State = states[I];
844     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
845     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
846     if (!State.isConflict())
847       continue;
848
849     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
850     /// the given instruction 'I'.
851     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
852       if (isa<PHINode>(I)) {
853         BasicBlock *BB = I->getParent();
854         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
855         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
856         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, "base_phi", I);
857       }
858       SelectInst *Sel = cast<SelectInst>(I);
859       // The undef will be replaced later
860       UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
861       return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
862                                 Undef, "base_select", Sel);
863     };
864     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
865     // Add metadata marking this as a base value
866     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
867     states[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
868   }
869
870   // Fixup all the inputs of the new PHIs
871   for (auto Pair : states) {
872     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
873     BDVState state = Pair.second;
874
875     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
876     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
877     if (!state.isConflict())
878       continue;
879
880     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(state.getBase())) {
881       PHINode *phi = cast<PHINode>(v);
882       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
883       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
884         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
885         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
886
887         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
888         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
889         // nodes with multiple entries from the same basic block
890         // to have the same incoming value for each of those
891         // entries.  If we don't do this check here and basephi
892         // has a different type than base, we'll end up adding two
893         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
894         // values for the same basic block.
895
896         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
897         if (blockIndex != -1) {
898           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
899           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
900 #ifndef NDEBUG
901           Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
902           if (!isKnownBaseResult(base)) {
903             // Either conflict or base.
904             assert(states.count(base));
905             base = states[base].getBase();
906             assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
907           }
908
909           // In essense this assert states: the only way two
910           // values incoming from the same basic block may be
911           // different is by being different bitcasts of the same
912           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
913           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
914           // type (and still remain pure).  This will remove the
915           // need to add bitcasts.
916           assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
917                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
918 #endif
919           continue;
920         }
921
922         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
923         // a non-phi node
924         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
925         if (!isKnownBaseResult(base)) {
926           // Either conflict or base.
927           assert(states.count(base));
928           base = states[base].getBase();
929           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
930         }
931         assert(base && "can't be null");
932         // Must use original input BB since base may not be Instruction
933         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
934         if (base->getType() != basephi->getType()) {
935           base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
936                                  InBB->getTerminator());
937         }
938         basephi->addIncoming(base, InBB);
939       }
940       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
941     } else {
942       SelectInst *basesel = cast<SelectInst>(state.getBase());
943       SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
944       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
945       // something more safe and less hacky.
946       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
947         Value *InVal = sel->getOperand(i);
948         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
949         // a non-phi node
950         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
951         if (!isKnownBaseResult(base)) {
952           // Either conflict or base.
953           assert(states.count(base));
954           base = states[base].getBase();
955           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
956         }
957         assert(base && "can't be null");
958         // Must use original input BB since base may not be Instruction
959         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
960         if (base->getType() != basesel->getType()) {
961           base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
962         }
963         basesel->setOperand(i, base);
964       }
965     }
966   }
967
968   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
969   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
970   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
971   for (auto item : states) {
972     Value *v = item.first;
973     Value *base = item.second.getBase();
974     assert(v && base);
975     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
976
977     if (TraceLSP) {
978       std::string fromstr =
979           cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
980                          : "none";
981       errs() << "Updating base value cache"
982              << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
983              << " from: " << fromstr
984              << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n";
985     }
986
987     assert(isKnownBaseResult(base) &&
988            "must be something we 'know' is a base pointer");
989     if (cache.count(v)) {
990       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
991       // the base relation being stored, it must be stable
992       assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
993              "base relation should be stable");
994     }
995     cache[v] = base;
996   }
997   assert(cache.find(def) != cache.end());
998   return cache[def];
999 }
1000
1001 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1002 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1003 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1004 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1005 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1006 // additional PHI nodes.
1007 //
1008 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1009 //
1010 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1011 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1012 //
1013 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1014 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1015 // pointer was a base pointer.
1016 static void
1017 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1018                  DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> &PointerToBase,
1019                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1020   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1021   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1022   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1023   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1024   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1025   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1026   for (Value *ptr : Temp) {
1027     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1028     assert(base && "failed to find base pointer");
1029     PointerToBase[ptr] = base;
1030     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1031             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1032                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1033            "The base we found better dominate the derived pointer");
1034
1035     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1036     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1037     // disabling the verifier at your own substaintial risk.
1038     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1039            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1040            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1041            "safepoint ir verifier.");
1042   }
1043 }
1044
1045 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1046 /// parse point.
1047 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1048                              const CallSite &CS,
1049                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1050   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
1051   findBasePointers(result.liveset, PointerToBase, &DT, DVCache);
1052
1053   if (PrintBasePointers) {
1054     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1055     // some tests.
1056     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1057     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1058     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1059     for (auto Pair : PointerToBase) {
1060       Temp.push_back(Pair.first);
1061     }
1062     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1063     for (Value *Ptr : Temp) {
1064       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1065       errs() << " derived %" << Ptr->getName() << " base %" << Base->getName()
1066              << "\n";
1067     }
1068   }
1069
1070   result.PointerToBase = PointerToBase;
1071 }
1072
1073 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1074 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1075 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1076                                   const CallSite &CS,
1077                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1078
1079 static void recomputeLiveInValues(
1080     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1081     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1082   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1083   // again.  The old values are still live and will help it stablize quickly.
1084   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1085   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1086   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1087     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1088     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1089     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1090   }
1091 }
1092
1093 // When inserting gc.relocate calls, we need to ensure there are no uses
1094 // of the original value between the gc.statepoint and the gc.relocate call.
1095 // One case which can arise is a phi node starting one of the successor blocks.
1096 // We also need to be able to insert the gc.relocates only on the path which
1097 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
1098 // possible.
1099 static BasicBlock *
1100 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1101                             DominatorTree &DT) {
1102   BasicBlock *Ret = BB;
1103   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
1104     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1105   }
1106
1107   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1108   // from it
1109   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1110   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()));
1111
1112   // At this point, we can safely insert a gc.relocate as the first instruction
1113   // in Ret if needed.
1114   return Ret;
1115 }
1116
1117 static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
1118   auto itr = std::find(livevec.begin(), livevec.end(), val);
1119   assert(livevec.end() != itr);
1120   size_t index = std::distance(livevec.begin(), itr);
1121   assert(index < livevec.size());
1122   return index;
1123 }
1124
1125 // Create new attribute set containing only attributes which can be transfered
1126 // from original call to the safepoint.
1127 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1128   AttributeSet ret;
1129
1130   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1131     unsigned index = AS.getSlotIndex(Slot);
1132
1133     if (index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1134         index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1135
1136       for (auto it = AS.begin(Slot), it_end = AS.end(Slot); it != it_end;
1137            ++it) {
1138         Attribute attr = *it;
1139
1140         // Do not allow certain attributes - just skip them
1141         // Safepoint can not be read only or read none.
1142         if (attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1143             attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1144           continue;
1145
1146         ret = ret.addAttributes(
1147             AS.getContext(), index,
1148             AttributeSet::get(AS.getContext(), index, AttrBuilder(attr)));
1149       }
1150     }
1151
1152     // Just skip parameter attributes for now
1153   }
1154
1155   return ret;
1156 }
1157
1158 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1159 /// statepoint.
1160 /// Inputs:
1161 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1162 ///   liveStart - index of the first live variable.
1163 ///   basePtrs - base pointers.
1164 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1165 ///   bound.
1166 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1167 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
1168                               const int LiveStart,
1169                               ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
1170                               Instruction *StatepointToken,
1171                               IRBuilder<> Builder) {
1172   if (LiveVariables.empty())
1173     return;
1174   
1175   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1176   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1177   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1178   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1179   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1180   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1181   Module *M = StatepointToken->getModule();
1182   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1183   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1184   Value *GCRelocateDecl =
1185     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1186
1187   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1188     // Generate the gc.relocate call and save the result
1189     Value *BaseIdx =
1190       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1191     Value *LiveIdx =
1192       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
1193
1194     // only specify a debug name if we can give a useful one
1195     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1196         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1197         LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
1198                                     : "");
1199     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1200     // fake call.
1201     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1202   }
1203 }
1204
1205 static void
1206 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
1207                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &basePtrs,
1208                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &liveVariables,
1209                            Pass *P,
1210                            PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1211   assert(basePtrs.size() == liveVariables.size());
1212   assert(isStatepoint(CS) &&
1213          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1214
1215   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
1216   assert(BB);
1217   Function *F = BB->getParent();
1218   assert(F && "must be set");
1219   Module *M = F->getParent();
1220   (void)M;
1221   assert(M && "must be set");
1222
1223   // We're not changing the function signature of the statepoint since the gc
1224   // arguments go into the var args section.
1225   Function *gc_statepoint_decl = CS.getCalledFunction();
1226
1227   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1228   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1229   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1230   // be replacing a terminator.
1231   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
1232   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
1233   // Copy all of the arguments from the original statepoint - this includes the
1234   // target, call args, and deopt args
1235   SmallVector<llvm::Value *, 64> args;
1236   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1237   // TODO: Clear the 'needs rewrite' flag
1238
1239   // add all the pointers to be relocated (gc arguments)
1240   // Capture the start of the live variable list for use in the gc_relocates
1241   const int live_start = args.size();
1242   args.insert(args.end(), liveVariables.begin(), liveVariables.end());
1243
1244   // Create the statepoint given all the arguments
1245   Instruction *token = nullptr;
1246   AttributeSet return_attributes;
1247   if (CS.isCall()) {
1248     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1249     CallInst *call =
1250         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
1251     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
1252     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1253
1254     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1255     // function attributes.
1256     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1257     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
1258     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1259     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1260     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1261
1262     token = call;
1263
1264     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1265     // the old call (which we're about to delete)
1266     BasicBlock::iterator next(toReplace);
1267     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
1268     next++;
1269     Instruction *IP = &*(next);
1270     Builder.SetInsertPoint(IP);
1271     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1272
1273   } else {
1274     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1275
1276     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1277     // moment at which point this will become the new terminator for the
1278     // original block.
1279     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
1280         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
1281         toReplace->getUnwindDest(), args, "", toReplace->getParent());
1282     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1283
1284     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1285     // function attributes.
1286     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1287     // In case if we can handle this set of sttributes - set up function attrs
1288     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1289     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1290     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1291
1292     token = invoke;
1293
1294     // Generate gc relocates in exceptional path
1295     BasicBlock *unwindBlock = toReplace->getUnwindDest();
1296     assert(!isa<PHINode>(unwindBlock->begin()) &&
1297            unwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1298            "can't safely insert in this block!");
1299
1300     Instruction *IP = &*(unwindBlock->getFirstInsertionPt());
1301     Builder.SetInsertPoint(IP);
1302     Builder.SetCurrentDebugLocation(toReplace->getDebugLoc());
1303
1304     // Extract second element from landingpad return value. We will attach
1305     // exceptional gc relocates to it.
1306     const unsigned idx = 1;
1307     Instruction *exceptional_token =
1308         cast<Instruction>(Builder.CreateExtractValue(
1309             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
1310     result.UnwindToken = exceptional_token;
1311
1312     CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
1313                       exceptional_token, Builder);
1314
1315     // Generate gc relocates and returns for normal block
1316     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
1317     assert(!isa<PHINode>(normalDest->begin()) &&
1318            normalDest->getUniquePredecessor() &&
1319            "can't safely insert in this block!");
1320
1321     IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
1322     Builder.SetInsertPoint(IP);
1323
1324     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1325     // statepoint
1326   }
1327   assert(token);
1328
1329   // Take the name of the original value call if it had one.
1330   token->takeName(CS.getInstruction());
1331
1332 // The GCResult is already inserted, we just need to find it
1333 #ifndef NDEBUG
1334   Instruction *toReplace = CS.getInstruction();
1335   assert((toReplace->hasNUses(0) || toReplace->hasNUses(1)) &&
1336          "only valid use before rewrite is gc.result");
1337   assert(!toReplace->hasOneUse() ||
1338          isGCResult(cast<Instruction>(*toReplace->user_begin())));
1339 #endif
1340
1341   // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1342   // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1343   // considered a live reference.
1344   CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(token);
1345
1346   result.StatepointToken = token;
1347
1348   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1349   CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs, token, Builder);
1350 }
1351
1352 namespace {
1353 struct name_ordering {
1354   Value *base;
1355   Value *derived;
1356   bool operator()(name_ordering const &a, name_ordering const &b) {
1357     return -1 == a.derived->getName().compare(b.derived->getName());
1358   }
1359 };
1360 }
1361 static void stablize_order(SmallVectorImpl<Value *> &basevec,
1362                            SmallVectorImpl<Value *> &livevec) {
1363   assert(basevec.size() == livevec.size());
1364
1365   SmallVector<name_ordering, 64> temp;
1366   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1367     name_ordering v;
1368     v.base = basevec[i];
1369     v.derived = livevec[i];
1370     temp.push_back(v);
1371   }
1372   std::sort(temp.begin(), temp.end(), name_ordering());
1373   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1374     basevec[i] = temp[i].base;
1375     livevec[i] = temp[i].derived;
1376   }
1377 }
1378
1379 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1380 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1381 //
1382 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1383 // values.  That's the callers responsibility.
1384 static void
1385 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
1386                        PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1387   auto liveset = result.liveset;
1388   auto PointerToBase = result.PointerToBase;
1389
1390   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1391   SmallVector<Value *, 64> basevec, livevec;
1392   livevec.reserve(liveset.size());
1393   basevec.reserve(liveset.size());
1394   for (Value *L : liveset) {
1395     livevec.push_back(L);
1396     assert(PointerToBase.count(L));
1397     Value *base = PointerToBase[L];
1398     basevec.push_back(base);
1399   }
1400   assert(livevec.size() == basevec.size());
1401
1402   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1403   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1404   // The order is otherwise meaningless.
1405   stablize_order(basevec, livevec);
1406
1407   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1408   makeStatepointExplicitImpl(CS, basevec, livevec, P, result);
1409   CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1410 }
1411
1412 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1413 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits store to the
1414 // assigned
1415 // location (via allocaMap) for the each one of them.
1416 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
1417 // for sanity check.
1418 static void
1419 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1420                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1421                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1422
1423   for (User *U : GCRelocs) {
1424     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
1425       continue;
1426
1427     IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
1428
1429     // We only care about relocates
1430     if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
1431         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
1432       continue;
1433     }
1434
1435     GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
1436     Value *OriginalValue =
1437         const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
1438     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1439     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1440
1441     // Emit store into the related alloca
1442     // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1443     // the correct type according to alloca.
1444     assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
1445     IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
1446     Value *CastedRelocatedValue =
1447         Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1448         RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
1449
1450     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1451     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1452
1453 #ifndef NDEBUG
1454     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1455 #endif
1456   }
1457 }
1458
1459 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1460 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1461 static void
1462 insertRematerializationStores(
1463   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1464   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1465   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1466
1467   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1468     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1469     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1470
1471     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1472            "Can not find alloca for rematerialized value");
1473     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1474
1475     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1476     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1477
1478 #ifndef NDEBUG
1479     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1480 #endif
1481   }
1482 }
1483
1484 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
1485 static void relocationViaAlloca(
1486     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1487     ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1488 #ifndef NDEBUG
1489   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1490   // number when we get done.
1491   int InitialAllocaNum = 0;
1492   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1493        I++)
1494     if (isa<AllocaInst>(*I))
1495       InitialAllocaNum++;
1496 #endif
1497
1498   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1499   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1500   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1501   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1502   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1503   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1504
1505   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1506   // "PromotableAllocas"
1507   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1508     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1509                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1510     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1511     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1512   };
1513
1514   // emit alloca for each live gc pointer
1515   for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
1516     emitAllocaFor(Live[i]);
1517   }
1518
1519   // emit allocas for rematerialized values
1520   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1521     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1522
1523     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1524       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1525       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1526         continue;
1527
1528       emitAllocaFor(OriginalValue);
1529       ++NumRematerializedValues;
1530     }
1531   }
1532
1533   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1534   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1535   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1536   // into distinct loops for performance reasons.
1537
1538   // update gc pointer after each statepoint
1539   // either store a relocated value or null (if no relocated value found for
1540   // this gc pointer and it is not a gc_result)
1541   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
1542   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
1543   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1544     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1545     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1546
1547     // This will be used for consistency check
1548     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1549
1550     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1551     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1552
1553     // In case if it was invoke statepoint
1554     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1555     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1556       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1557                              VisitedLiveValues);
1558     }
1559
1560     // Do similar thing with rematerialized values
1561     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1562                                   VisitedLiveValues);
1563
1564     if (ClobberNonLive) {
1565       // As a debuging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1566       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1567       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1568       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1569       // wise.
1570       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1571       for (auto Pair : AllocaMap) {
1572         Value *Def = Pair.first;
1573         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1574
1575         // This value was relocated
1576         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1577           continue;
1578         }
1579         ToClobber.push_back(Alloca);
1580       }
1581
1582       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1583         for (auto *AI : ToClobber) {
1584           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1585           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1586           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1587           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1588           Store->insertBefore(IP);
1589         }
1590       };
1591
1592       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1593       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1594       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1595         InsertClobbersAt(II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1596         InsertClobbersAt(II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1597       } else {
1598         BasicBlock::iterator Next(cast<CallInst>(Statepoint));
1599         Next++;
1600         InsertClobbersAt(Next);
1601       }
1602     }
1603   }
1604   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
1605   for (auto Pair : AllocaMap) {
1606     Value *Def = Pair.first;
1607     Value *Alloca = Pair.second;
1608
1609     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1610     // later update
1611     // that change the user information.
1612     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1613     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1614     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1615     for (User *U : Def->users()) {
1616       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1617         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1618         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1619         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1620         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1621         // use does not need to be fixed up.
1622         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1623       }
1624     }
1625
1626     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1627     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1628     Uses.erase(Last, Uses.end());
1629
1630     for (Instruction *Use : Uses) {
1631       if (isa<PHINode>(Use)) {
1632         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1633         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1634           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1635             LoadInst *Load = new LoadInst(
1636                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1637             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1638           }
1639         }
1640       } else {
1641         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1642         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1643       }
1644     }
1645
1646     // emit store for the initial gc value
1647     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
1648     // use list and an extra load will be inserted before it
1649     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1650     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1651       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1652         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1653         // into its normal destination block.
1654         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1655         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1656       } else {
1657         assert(!Inst->isTerminator() &&
1658                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1659                "InvokeInst which is handled above.");
1660         Store->insertAfter(Inst);
1661       }
1662     } else {
1663       assert(isa<Argument>(Def));
1664       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1665     }
1666   }
1667
1668   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1669          "we must have the same allocas with lives");
1670   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1671     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1672     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1673   }
1674
1675 #ifndef NDEBUG
1676   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1677        I++)
1678     if (isa<AllocaInst>(*I))
1679       InitialAllocaNum--;
1680   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1681 #endif
1682 }
1683
1684 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1685 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1686 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1687 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1688   SmallSet<T, 8> Seen;
1689   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1690               return !Seen.insert(V).second;
1691             }), Vec.end());
1692 }
1693
1694 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1695 /// lifetime of the call.
1696 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1697                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1698   if (Values.empty())
1699     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1700     return;
1701
1702   Module *M = CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent();
1703   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1704   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1705       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1706   if (CS.isCall()) {
1707     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1708     BasicBlock::iterator Next(CS.getInstruction());
1709     Next++;
1710     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "", Next));
1711     return;
1712   }
1713   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1714   // exceptional destination blocks
1715   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1716   Holders.push_back(CallInst::Create(
1717       Func, Values, "", II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1718   Holders.push_back(CallInst::Create(
1719       Func, Values, "", II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1720 }
1721
1722 static void findLiveReferences(
1723     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1724     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1725   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1726   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1727   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1728     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1729     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1730     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1731   }
1732 }
1733
1734 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
1735 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
1736 /// would be preferrable to include the vector in the statepoint itself, but
1737 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1738 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1739 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable comprimise.
1740 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1741                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1742                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1743                               DominatorTree &DT) {
1744   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1745   for (Value *V : LiveSet)
1746     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1747       ToSplit.push_back(V);
1748
1749   if (ToSplit.empty())
1750     return;
1751
1752   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1753
1754   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1755
1756   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1757   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1758   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1759   for (Value *V : ToSplit) {
1760     AllocaInst *Alloca =
1761         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1762     AllocaMap[V] = Alloca;
1763
1764     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1765     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1766     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1767     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1768       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1769     ElementMapping[V] = Elements;
1770
1771     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1772       Builder.SetInsertPoint(IP);
1773       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1774       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1775       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1776         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1777                                                 Builder.getInt32(i));
1778       return ResultVec;
1779     };
1780
1781     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1782       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1783       Next++;
1784       Instruction *IP = &*(Next);
1785       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1786       Replacements[V].second = nullptr;
1787     } else {
1788       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1789       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1790       // blocks
1791       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1792       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1793       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1794       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1795       // Insert insert element sequences in both successors
1796       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1797       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1798       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1799       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1800     }
1801   }
1802
1803   for (Value *V : ToSplit) {
1804     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
1805
1806     // Capture all users before we start mutating use lists
1807     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
1808     for (User *U : V->users())
1809       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
1810
1811     for (Instruction *I : Users) {
1812       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1813         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
1814           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
1815             LoadInst *Load = new LoadInst(
1816                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1817             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1818           }
1819       } else {
1820         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
1821         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
1822       }
1823     }
1824
1825     // Store the original value and the replacement value into the alloca
1826     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
1827     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
1828       Store->insertAfter(I);
1829     else
1830       Store->insertAfter(Alloca);
1831
1832     // Normal return for invoke, or call return
1833     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
1834     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1835     // Unwind return for invoke only
1836     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
1837     if (Replacement)
1838       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1839   }
1840
1841   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1842   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
1843   for (Value *V : ToSplit)
1844     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
1845   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
1846
1847   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
1848   // changes we just made.
1849   for (Value *V : ToSplit) {
1850     auto &Elements = ElementMapping[V];
1851
1852     LiveSet.erase(V);
1853     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
1854     // We need to update the base mapping as well.
1855     assert(PointerToBase.count(V));
1856     Value *OldBase = PointerToBase[V];
1857     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
1858     PointerToBase.erase(V);
1859     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
1860     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
1861       Value *Elem = Elements[i];
1862       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
1863     }
1864   }
1865 }
1866
1867 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1868 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
1869 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
1870 // sucessfully reached "BaseValue" and false otherwise.
1871 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
1872 // recorded.
1873 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
1874   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1875   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
1876
1877   // We have found a base value
1878   if (CurrentValue == BaseValue) {
1879     return true;
1880   }
1881
1882   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1883     ChainToBase.push_back(GEP);
1884     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1885                                                   GEP->getPointerOperand(),
1886                                                   BaseValue);
1887   }
1888
1889   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1890     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
1891
1892     // This two checks are basically similar. First one is here for the
1893     // consistency with findBasePointers logic.
1894     assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
1895     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
1896       return false;
1897
1898     ChainToBase.push_back(CI);
1899     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
1900   }
1901
1902   // Not supported instruction in the chain
1903   return false;
1904 }
1905
1906 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
1907 // chain we are going to rematerialize.
1908 static unsigned
1909 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
1910                        TargetTransformInfo &TTI) {
1911   unsigned Cost = 0;
1912
1913   for (Instruction *Instr : Chain) {
1914     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
1915       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
1916              "non noop cast is found during rematerialization");
1917
1918       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
1919       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
1920
1921     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
1922       // Cost of the address calculation
1923       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
1924       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
1925
1926       // And cost of the GEP itself
1927       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
1928       //       allowed for the external usage)
1929       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
1930         Cost += 2;
1931
1932     } else {
1933       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
1934     }
1935   }
1936
1937   return Cost;
1938 }
1939
1940 // From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
1941 // relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
1942 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
1943 // relocated values we don't do any user adjustments here.
1944 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
1945                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
1946                                     TargetTransformInfo &TTI) {
1947   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
1948
1949   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
1950   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
1951   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
1952
1953   for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
1954     // For each live pointer find it's defining chain
1955     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
1956     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
1957     bool FoundChain =
1958       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1959                                              LiveValue,
1960                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
1961     // Nothing to do, or chain is too long
1962     if (!FoundChain ||
1963         ChainToBase.size() == 0 ||
1964         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
1965       continue;
1966
1967     // Compute cost of this chain
1968     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
1969     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
1970     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
1971     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
1972     //       don't have any uses besides this statepoint.
1973
1974     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
1975     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
1976     if (CS.isInvoke()) {
1977       Cost *= 2;
1978     }
1979     // If it's too expensive - skip it
1980     if (Cost >= RematerializationThreshold)
1981       continue;
1982
1983     // Remove value from the live set
1984     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
1985
1986     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
1987
1988     // Walk backwards to visit top-most instructions first
1989     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
1990
1991     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
1992     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
1993     // which should be used after statepoint.
1994     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
1995       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
1996       Instruction *LastValue = nullptr;
1997       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
1998         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
1999         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2000         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2001         // otherwise not used after this statepoint.
2002         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2003
2004         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2005         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2006         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2007
2008         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2009         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2010         if (LastClonedValue) {
2011           assert(LastValue);
2012           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2013 #ifndef NDEBUG
2014           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2015           // this chain other than LastClonedValue
2016           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2017             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2018                        ChainToBase.end() &&
2019                    "incorrect use in rematerialization chain");
2020           }
2021 #endif
2022         }
2023
2024         LastClonedValue = ClonedValue;
2025         LastValue = Instr;
2026       }
2027       assert(LastClonedValue);
2028       return LastClonedValue;
2029     };
2030
2031     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2032     // instructions both on normal and unwind path.
2033     if (CS.isCall()) {
2034       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2035       assert(InsertBefore);
2036       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2037       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2038     } else {
2039       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2040
2041       Instruction *NormalInsertBefore =
2042           Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2043       Instruction *UnwindInsertBefore =
2044           Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2045
2046       Instruction *NormalRematerializedValue =
2047           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2048       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2049           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2050
2051       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2052       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2053     }
2054   }
2055
2056   // Remove rematerializaed values from the live set
2057   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2058     Info.liveset.erase(LiveValue);
2059   }
2060 }
2061
2062 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
2063                               SmallVectorImpl<CallSite> &toUpdate) {
2064 #ifndef NDEBUG
2065   // sanity check the input
2066   std::set<CallSite> uniqued;
2067   uniqued.insert(toUpdate.begin(), toUpdate.end());
2068   assert(uniqued.size() == toUpdate.size() && "no duplicates please!");
2069
2070   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2071     CallSite &CS = toUpdate[i];
2072     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2073     assert(isStatepoint(CS) && "expected to already be a deopt statepoint");
2074   }
2075 #endif
2076
2077   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2078   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2079   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2080   // may restructure the CFG.
2081   for (CallSite CS : toUpdate) {
2082     if (!CS.isInvoke())
2083       continue;
2084     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2085     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
2086                                 DT);
2087     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
2088                                 DT);
2089   }
2090
2091   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2092   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2093   SmallVector<CallInst *, 64> holders;
2094
2095   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2096   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2097   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2098   // thus makes sure they get relocated.)
2099   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2100     CallSite &CS = toUpdate[i];
2101     Statepoint StatepointCS(CS);
2102
2103     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2104     for (Use &U : StatepointCS.vm_state_args()) {
2105       Value *Arg = cast<Value>(&U);
2106       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2107              "support for FCA unimplemented");
2108       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2109         DeoptValues.push_back(Arg);
2110     }
2111     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, holders);
2112   }
2113
2114   SmallVector<struct PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> records;
2115   records.reserve(toUpdate.size());
2116   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2117     struct PartiallyConstructedSafepointRecord info;
2118     records.push_back(info);
2119   }
2120   assert(records.size() == toUpdate.size());
2121
2122   // A) Identify all gc pointers which are staticly live at the given call
2123   // site.
2124   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
2125
2126   // B) Find the base pointers for each live pointer
2127   /* scope for caching */ {
2128     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2129     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2130     // large numbers of duplicate base_phis.
2131     DefiningValueMapTy DVCache;
2132
2133     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2134       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2135       CallSite &CS = toUpdate[i];
2136       findBasePointers(DT, DVCache, CS, info);
2137     }
2138   } // end of cache scope
2139
2140   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2141   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2142   // example is:
2143   // loop:
2144   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2145   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2146   //   gep a + 1
2147   //   safepoint 2
2148   //   br loop
2149   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2150   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2151   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2152   // remove the dummy calls.
2153   holders.reserve(holders.size() + records.size());
2154   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2155     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2156     CallSite &CS = toUpdate[i];
2157
2158     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2159     for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2160       Bases.push_back(Pair.second);
2161     }
2162     insertUseHolderAfter(CS, Bases, holders);
2163   }
2164
2165   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2166   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2167   // not the key issue.
2168   recomputeLiveInValues(F, DT, P, toUpdate, records);
2169
2170   if (PrintBasePointers) {
2171     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2172       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2173       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2174       for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2175         errs() << " derived %" << Pair.first->getName() << " base %"
2176                << Pair.second->getName() << "\n";
2177       }
2178     }
2179   }
2180   for (size_t i = 0; i < holders.size(); i++) {
2181     holders[i]->eraseFromParent();
2182     holders[i] = nullptr;
2183   }
2184   holders.clear();
2185
2186   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2187   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2188   // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
2189   // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
2190   // to scalarize here.
2191   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2192     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2193     Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
2194     splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
2195                       info.PointerToBase, DT);
2196   }
2197
2198   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2199   // some values instead of relocating them. This is purelly an optimization and
2200   // does not influence correctness.
2201   TargetTransformInfo &TTI =
2202     P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2203
2204   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2205     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2206     CallSite &CS = toUpdate[i];
2207
2208     rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
2209   }
2210
2211   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2212   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2213   // relocated. We have references to live variables that need to
2214   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2215   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2216   // the old statepoint calls as we go.)
2217   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2218     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2219     CallSite &CS = toUpdate[i];
2220     makeStatepointExplicit(DT, CS, P, info);
2221   }
2222   toUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2223
2224   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2225   SmallVector<Value *, 128> live;
2226   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2227     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2228     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2229     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2230     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2231     // Thankfully, the liveset is embedded in the statepoint (and updated), so
2232     // we just grab that.
2233     Statepoint statepoint(info.StatepointToken);
2234     live.insert(live.end(), statepoint.gc_args_begin(),
2235                 statepoint.gc_args_end());
2236 #ifndef NDEBUG
2237     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2238     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2239     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2240     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2241     assert(DT.isReachableFromEntry(info.StatepointToken->getParent()) &&
2242            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2243     for (Value *V : statepoint.gc_args()) {
2244       if (!isa<Instruction>(V))
2245         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2246         continue;
2247       auto LiveInst = cast<Instruction>(V);
2248       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2249              "unreachable values should never be live");
2250       assert(DT.dominates(LiveInst, info.StatepointToken) &&
2251              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2252     }
2253 #endif
2254   }
2255   unique_unsorted(live);
2256
2257 #ifndef NDEBUG
2258   // sanity check
2259   for (auto ptr : live) {
2260     assert(isGCPointerType(ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2261   }
2262 #endif
2263
2264   relocationViaAlloca(F, DT, live, records);
2265   return !records.empty();
2266 }
2267
2268 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2269 template <typename AttrHolder>
2270 static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2271                                    unsigned Index) {
2272   AttrBuilder R;
2273   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2274     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2275                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2276   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2277     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2278                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2279
2280   if (!R.empty())
2281     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2282         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2283 }
2284
2285 void
2286 RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
2287   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2288
2289   for (Argument &A : F.args())
2290     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2291       RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2292
2293   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2294     RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2295 }
2296
2297 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
2298   if (F.empty())
2299     return;
2300
2301   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2302   MDBuilder Builder(Ctx);
2303
2304   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
2305     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2306       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2307       bool IsImmutableTBAA =
2308           MD->getNumOperands() == 4 &&
2309           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2310
2311       if (!IsImmutableTBAA)
2312         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2313
2314       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2315       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2316       uint64_t Offset =
2317           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2318
2319       MDNode *MutableTBAA =
2320           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2321       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2322     }
2323
2324     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2325       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2326         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2327           RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2328       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2329         RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2330     }
2331   }
2332 }
2333
2334 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2335 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2336 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2337   // TODO: This should check the GCStrategy
2338   if (F.hasGC()) {
2339     const char *FunctionGCName = F.getGC();
2340     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2341     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2342     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2343            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2344   } else
2345     return false;
2346 }
2347
2348 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
2349 #ifndef NDEBUG
2350   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2351          "precondition!");
2352 #endif
2353
2354   for (Function &F : M)
2355     stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
2356
2357   for (Function &F : M)
2358     stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
2359 }
2360
2361 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2362   // Nothing to do for declarations.
2363   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2364     return false;
2365
2366   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2367   // compiling code without a GCStrategy.
2368   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2369     return false;
2370
2371   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2372
2373   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2374   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2375   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2376   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2377   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2378   for (Instruction &I : inst_range(F)) {
2379     // TODO: only the ones with the flag set!
2380     if (isStatepoint(I)) {
2381       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2382         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2383       else
2384         HasUnreachableStatepoint = true;
2385     }
2386   }
2387
2388   bool MadeChange = false;
2389
2390   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2391   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2392   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2393   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2394   if (HasUnreachableStatepoint)
2395     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2396
2397   // Return early if no work to do.
2398   if (ParsePointNeeded.empty())
2399     return MadeChange;
2400
2401   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2402   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2403   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2404   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2405   for (BasicBlock &BB : F)
2406     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2407       MadeChange = true;
2408       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2409     }
2410
2411   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
2412   return MadeChange;
2413 }
2414
2415 // liveness computation via standard dataflow
2416 // -------------------------------------------------------------------
2417
2418 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2419 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2420
2421 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2422 /// the live-out set of the basic block
2423 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2424                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2425                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2426
2427   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2428     Instruction *I = &*ritr;
2429
2430     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2431     LiveTmp.erase(I);
2432
2433     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2434     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2435     if (isa<PHINode>(I))
2436       continue;
2437
2438     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2439     for (Value *V : I->operands()) {
2440       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2441              "support for FCA unimplemented");
2442       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2443         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2444         // There are two idependent reasons:
2445         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2446         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2447         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2448         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2449         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2450         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2451         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2452         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2453         LiveTmp.insert(V);
2454       }
2455     }
2456   }
2457 }
2458
2459 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2460
2461   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2462     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2463     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2464       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2465       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2466       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2467              "support for FCA unimplemented");
2468       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2469         LiveTmp.insert(V);
2470       }
2471     }
2472   }
2473 }
2474
2475 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2476   DenseSet<Value *> KillSet;
2477   for (Instruction &I : *BB)
2478     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2479       KillSet.insert(&I);
2480   return KillSet;
2481 }
2482
2483 #ifndef NDEBUG
2484 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2485 /// sanity check for the liveness computation.
2486 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2487                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2488   for (Value *V : Live) {
2489     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2490       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2491       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2492       // such, we need to special case this to allow it.
2493       if (TermOkay && TI == I)
2494         continue;
2495       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2496              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2497     }
2498   }
2499 }
2500
2501 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2502 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2503 /// a def.
2504 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2505                           BasicBlock &BB) {
2506   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2507   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2508   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2509 }
2510 #endif
2511
2512 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2513                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2514
2515   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2516   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2517     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2518     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2519   };
2520   auto NextItem = [&]() {
2521     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2522     Worklist.pop_back();
2523     return BB;
2524   };
2525
2526   // Seed the liveness for each individual block
2527   for (BasicBlock &BB : F) {
2528     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2529     Data.LiveSet[&BB].clear();
2530     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2531
2532 #ifndef NDEBUG
2533     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2534       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2535 #endif
2536
2537     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2538     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2539     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2540     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2541     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2542     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2543       AddPredsToWorklist(&BB);
2544   }
2545
2546   // Propagate that liveness until stable
2547   while (!Worklist.empty()) {
2548     BasicBlock *BB = NextItem();
2549
2550     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2551     // despite the contribution of our successor.
2552     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2553     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2554     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2555       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2556       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2557     }
2558     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2559     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2560       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2561       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2562       // hasn't changed.
2563       continue;
2564     }
2565     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2566
2567     // Apply the effects of this basic block
2568     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2569     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2570     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2571
2572     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2573     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2574     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2575     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2576       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2577       AddPredsToWorklist(BB);
2578     }
2579   } // while( !worklist.empty() )
2580
2581 #ifndef NDEBUG
2582   // Sanity check our ouput against SSA properties.  This helps catch any
2583   // missing kills during the above iteration.
2584   for (BasicBlock &BB : F) {
2585     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2586   }
2587 #endif
2588 }
2589
2590 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2591                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2592
2593   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2594
2595   // Note: The copy is intentional and required
2596   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2597   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2598
2599   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2600   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2601   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2602   // specifically what we need to relocate
2603   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst);
2604   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2605   LiveOut.erase(Inst);
2606   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2607 }
2608
2609 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2610                                   const CallSite &CS,
2611                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2612   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2613   StatepointLiveSetTy Updated;
2614   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2615
2616 #ifndef NDEBUG
2617   DenseSet<Value *> Bases;
2618   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2619     Bases.insert(KVPair.second);
2620   }
2621 #endif
2622   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2623   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2624   for (auto V : Updated)
2625     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2626       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2627       Info.PointerToBase[V] = V;
2628       continue;
2629     }
2630
2631 #ifndef NDEBUG
2632   for (auto V : Updated) {
2633     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2634            "must be able to find base for live value");
2635   }
2636 #endif
2637
2638   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2639   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2640   DenseSet<Value *> ToErase;
2641   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2642     if (!Updated.count(KVPair.first))
2643       ToErase.insert(KVPair.first);
2644   for (auto V : ToErase)
2645     Info.PointerToBase.erase(V);
2646
2647 #ifndef NDEBUG
2648   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2649     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2650 #endif
2651
2652   Info.liveset = Updated;
2653 }