IR: Move creation logic to MDNodeFwdDecl, NFC
[oota-llvm.git] / include / llvm / IR / Metadata.h
index 189ea3e73d661b6322ee173c2d649729039d5a99..1f327f6bdb3f462e05892b299bd3e07fe02f3fa2 100644 (file)
 
 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
 #include "llvm/ADT/ilist_node.h"
 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
+#include "llvm/IR/Constant.h"
+#include "llvm/IR/MetadataTracking.h"
 #include "llvm/IR/Value.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
+#include <type_traits>
 
 namespace llvm {
 class LLVMContext;
@@ -38,20 +40,390 @@ enum LLVMConstants : uint32_t {
 /// \brief Root of the metadata hierarchy.
 ///
 /// This is a root class for typeless data in the IR.
-///
-/// TODO: Detach from the Value hierarchy.
-class Metadata : public Value {
+class Metadata {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+
+  /// \brief RTTI.
+  const unsigned char SubclassID;
+
 protected:
-  Metadata(LLVMContext &Context, unsigned ID);
+  /// \brief Storage flag for non-uniqued, otherwise unowned, metadata.
+  bool IsDistinctInContext : 1;
+  // TODO: expose remaining bits to subclasses.
+
+  unsigned short SubclassData16;
+  unsigned SubclassData32;
+
+public:
+  enum MetadataKind {
+    MDTupleKind,
+    MDNodeFwdDeclKind,
+    ConstantAsMetadataKind,
+    LocalAsMetadataKind,
+    MDStringKind
+  };
+
+protected:
+  Metadata(unsigned ID)
+      : SubclassID(ID), IsDistinctInContext(false), SubclassData16(0),
+        SubclassData32(0) {}
+  ~Metadata() {}
+
+  /// \brief Store this in a big non-uniqued untyped bucket.
+  bool isStoredDistinctInContext() const { return IsDistinctInContext; }
+
+  /// \brief Default handling of a changed operand, which asserts.
+  ///
+  /// If subclasses pass themselves in as owners to a tracking node reference,
+  /// they must provide an implementation of this method.
+  void handleChangedOperand(void *, Metadata *) {
+    llvm_unreachable("Unimplemented in Metadata subclass");
+  }
+
+public:
+  unsigned getMetadataID() const { return SubclassID; }
+
+  /// \brief User-friendly dump.
+  void dump() const;
+  void print(raw_ostream &OS) const;
+  void printAsOperand(raw_ostream &OS, bool PrintType = true,
+                      const Module *M = nullptr) const;
+};
+
+#define HANDLE_METADATA(CLASS) class CLASS;
+#include "llvm/IR/Metadata.def"
+
+inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Metadata &MD) {
+  MD.print(OS);
+  return OS;
+}
+
+/// \brief Metadata wrapper in the Value hierarchy.
+///
+/// A member of the \a Value hierarchy to represent a reference to metadata.
+/// This allows, e.g., instrinsics to have metadata as operands.
+///
+/// Notably, this is the only thing in either hierarchy that is allowed to
+/// reference \a LocalAsMetadata.
+class MetadataAsValue : public Value {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+  friend class LLVMContextImpl;
+
+  Metadata *MD;
+
+  MetadataAsValue(Type *Ty, Metadata *MD);
+  ~MetadataAsValue();
 
 public:
+  static MetadataAsValue *get(LLVMContext &Context, Metadata *MD);
+  static MetadataAsValue *getIfExists(LLVMContext &Context, Metadata *MD);
+  Metadata *getMetadata() const { return MD; }
+
   static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == GenericMDNodeVal ||
-           V->getValueID() == MDNodeFwdDeclVal ||
-           V->getValueID() == MDStringVal;
+    return V->getValueID() == MetadataAsValueVal;
+  }
+
+private:
+  void handleChangedMetadata(Metadata *MD);
+  void track();
+  void untrack();
+};
+
+/// \brief Shared implementation of use-lists for replaceable metadata.
+///
+/// Most metadata cannot be RAUW'ed.  This is a shared implementation of
+/// use-lists and associated API for the two that support it (\a ValueAsMetadata
+/// and \a TempMDNode).
+class ReplaceableMetadataImpl {
+  friend class MetadataTracking;
+
+public:
+  typedef MetadataTracking::OwnerTy OwnerTy;
+
+private:
+  uint64_t NextIndex;
+  SmallDenseMap<void *, std::pair<OwnerTy, uint64_t>, 4> UseMap;
+
+public:
+  ReplaceableMetadataImpl() : NextIndex(0) {}
+  ~ReplaceableMetadataImpl() {
+    assert(UseMap.empty() && "Cannot destroy in-use replaceable metadata");
+  }
+
+  /// \brief Replace all uses of this with MD.
+  ///
+  /// Replace all uses of this with \c MD, which is allowed to be null.
+  void replaceAllUsesWith(Metadata *MD);
+
+  /// \brief Resolve all uses of this.
+  ///
+  /// Resolve all uses of this, turning off RAUW permanently.  If \c
+  /// ResolveUsers, call \a UniquableMDNode::resolve() on any users whose last
+  /// operand is resolved.
+  void resolveAllUses(bool ResolveUsers = true);
+
+private:
+  void addRef(void *Ref, OwnerTy Owner);
+  void dropRef(void *Ref);
+  void moveRef(void *Ref, void *New, const Metadata &MD);
+
+  static ReplaceableMetadataImpl *get(Metadata &MD);
+};
+
+/// \brief Value wrapper in the Metadata hierarchy.
+///
+/// This is a custom value handle that allows other metadata to refer to
+/// classes in the Value hierarchy.
+///
+/// Because of full uniquing support, each value is only wrapped by a single \a
+/// ValueAsMetadata object, so the lookup maps are far more efficient than
+/// those using ValueHandleBase.
+class ValueAsMetadata : public Metadata, ReplaceableMetadataImpl {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+  friend class LLVMContextImpl;
+
+  Value *V;
+
+protected:
+  ValueAsMetadata(unsigned ID, Value *V)
+      : Metadata(ID), V(V) {
+    assert(V && "Expected valid value");
+  }
+  ~ValueAsMetadata() {}
+
+public:
+  static ValueAsMetadata *get(Value *V);
+  static ConstantAsMetadata *getConstant(Value *C) {
+    return cast<ConstantAsMetadata>(get(C));
+  }
+  static LocalAsMetadata *getLocal(Value *Local) {
+    return cast<LocalAsMetadata>(get(Local));
+  }
+
+  static ValueAsMetadata *getIfExists(Value *V);
+  static ConstantAsMetadata *getConstantIfExists(Value *C) {
+    return cast_or_null<ConstantAsMetadata>(getIfExists(C));
+  }
+  static LocalAsMetadata *getLocalIfExists(Value *Local) {
+    return cast_or_null<LocalAsMetadata>(getIfExists(Local));
+  }
+
+  Value *getValue() const { return V; }
+  Type *getType() const { return V->getType(); }
+  LLVMContext &getContext() const { return V->getContext(); }
+
+  static void handleDeletion(Value *V);
+  static void handleRAUW(Value *From, Value *To);
+
+protected:
+  /// \brief Handle collisions after \a Value::replaceAllUsesWith().
+  ///
+  /// RAUW isn't supported directly for \a ValueAsMetadata, but if the wrapped
+  /// \a Value gets RAUW'ed and the target already exists, this is used to
+  /// merge the two metadata nodes.
+  void replaceAllUsesWith(Metadata *MD) {
+    ReplaceableMetadataImpl::replaceAllUsesWith(MD);
+  }
+
+public:
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == LocalAsMetadataKind ||
+           MD->getMetadataID() == ConstantAsMetadataKind;
+  }
+};
+
+class ConstantAsMetadata : public ValueAsMetadata {
+  friend class ValueAsMetadata;
+
+  ConstantAsMetadata(Constant *C)
+      : ValueAsMetadata(ConstantAsMetadataKind, C) {}
+
+public:
+  static ConstantAsMetadata *get(Constant *C) {
+    return ValueAsMetadata::getConstant(C);
+  }
+  static ConstantAsMetadata *getIfExists(Constant *C) {
+    return ValueAsMetadata::getConstantIfExists(C);
+  }
+
+  Constant *getValue() const {
+    return cast<Constant>(ValueAsMetadata::getValue());
+  }
+
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == ConstantAsMetadataKind;
   }
 };
 
+class LocalAsMetadata : public ValueAsMetadata {
+  friend class ValueAsMetadata;
+
+  LocalAsMetadata(Value *Local)
+      : ValueAsMetadata(LocalAsMetadataKind, Local) {
+    assert(!isa<Constant>(Local) && "Expected local value");
+  }
+
+public:
+  static LocalAsMetadata *get(Value *Local) {
+    return ValueAsMetadata::getLocal(Local);
+  }
+  static LocalAsMetadata *getIfExists(Value *Local) {
+    return ValueAsMetadata::getLocalIfExists(Local);
+  }
+
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == LocalAsMetadataKind;
+  }
+};
+
+/// \brief Transitional API for extracting constants from Metadata.
+///
+/// This namespace contains transitional functions for metadata that points to
+/// \a Constants.
+///
+/// In prehistory -- when metadata was a subclass of \a Value -- \a MDNode
+/// operands could refer to any \a Value.  There's was a lot of code like this:
+///
+/// \code
+///     MDNode *N = ...;
+///     auto *CI = dyn_cast<ConstantInt>(N->getOperand(2));
+/// \endcode
+///
+/// Now that \a Value and \a Metadata are in separate hierarchies, maintaining
+/// the semantics for \a isa(), \a cast(), \a dyn_cast() (etc.) requires three
+/// steps: cast in the \a Metadata hierarchy, extraction of the \a Value, and
+/// cast in the \a Value hierarchy.  Besides creating boiler-plate, this
+/// requires subtle control flow changes.
+///
+/// The end-goal is to create a new type of metadata, called (e.g.) \a MDInt,
+/// so that metadata can refer to numbers without traversing a bridge to the \a
+/// Value hierarchy.  In this final state, the code above would look like this:
+///
+/// \code
+///     MDNode *N = ...;
+///     auto *MI = dyn_cast<MDInt>(N->getOperand(2));
+/// \endcode
+///
+/// The API in this namespace supports the transition.  \a MDInt doesn't exist
+/// yet, and even once it does, changing each metadata schema to use it is its
+/// own mini-project.  In the meantime this API prevents us from introducing
+/// complex and bug-prone control flow that will disappear in the end.  In
+/// particular, the above code looks like this:
+///
+/// \code
+///     MDNode *N = ...;
+///     auto *CI = mdconst::dyn_extract<ConstantInt>(N->getOperand(2));
+/// \endcode
+///
+/// The full set of provided functions includes:
+///
+///   mdconst::hasa                <=> isa
+///   mdconst::extract             <=> cast
+///   mdconst::extract_or_null     <=> cast_or_null
+///   mdconst::dyn_extract         <=> dyn_cast
+///   mdconst::dyn_extract_or_null <=> dyn_cast_or_null
+///
+/// The target of the cast must be a subclass of \a Constant.
+namespace mdconst {
+
+namespace detail {
+template <class T> T &make();
+template <class T, class Result> struct HasDereference {
+  typedef char Yes[1];
+  typedef char No[2];
+  template <size_t N> struct SFINAE {};
+
+  template <class U, class V>
+  static Yes &hasDereference(SFINAE<sizeof(static_cast<V>(*make<U>()))> * = 0);
+  template <class U, class V> static No &hasDereference(...);
+
+  static const bool value =
+      sizeof(hasDereference<T, Result>(nullptr)) == sizeof(Yes);
+};
+template <class V, class M> struct IsValidPointer {
+  static const bool value = std::is_base_of<Constant, V>::value &&
+                            HasDereference<M, const Metadata &>::value;
+};
+template <class V, class M> struct IsValidReference {
+  static const bool value = std::is_base_of<Constant, V>::value &&
+                            std::is_convertible<M, const Metadata &>::value;
+};
+} // end namespace detail
+
+/// \brief Check whether Metadata has a Value.
+///
+/// As an analogue to \a isa(), check whether \c MD has an \a Value inside of
+/// type \c X.
+template <class X, class Y>
+inline typename std::enable_if<detail::IsValidPointer<X, Y>::value, bool>::type
+hasa(Y &&MD) {
+  assert(MD && "Null pointer sent into hasa");
+  if (auto *V = dyn_cast<ConstantAsMetadata>(MD))
+    return isa<X>(V->getValue());
+  return false;
+}
+template <class X, class Y>
+inline
+    typename std::enable_if<detail::IsValidReference<X, Y &>::value, bool>::type
+    hasa(Y &MD) {
+  return hasa(&MD);
+}
+
+/// \brief Extract a Value from Metadata.
+///
+/// As an analogue to \a cast(), extract the \a Value subclass \c X from \c MD.
+template <class X, class Y>
+inline typename std::enable_if<detail::IsValidPointer<X, Y>::value, X *>::type
+extract(Y &&MD) {
+  return cast<X>(cast<ConstantAsMetadata>(MD)->getValue());
+}
+template <class X, class Y>
+inline
+    typename std::enable_if<detail::IsValidReference<X, Y &>::value, X *>::type
+    extract(Y &MD) {
+  return extract(&MD);
+}
+
+/// \brief Extract a Value from Metadata, allowing null.
+///
+/// As an analogue to \a cast_or_null(), extract the \a Value subclass \c X
+/// from \c MD, allowing \c MD to be null.
+template <class X, class Y>
+inline typename std::enable_if<detail::IsValidPointer<X, Y>::value, X *>::type
+extract_or_null(Y &&MD) {
+  if (auto *V = cast_or_null<ConstantAsMetadata>(MD))
+    return cast<X>(V->getValue());
+  return nullptr;
+}
+
+/// \brief Extract a Value from Metadata, if any.
+///
+/// As an analogue to \a dyn_cast_or_null(), extract the \a Value subclass \c X
+/// from \c MD, return null if \c MD doesn't contain a \a Value or if the \a
+/// Value it does contain is of the wrong subclass.
+template <class X, class Y>
+inline typename std::enable_if<detail::IsValidPointer<X, Y>::value, X *>::type
+dyn_extract(Y &&MD) {
+  if (auto *V = dyn_cast<ConstantAsMetadata>(MD))
+    return dyn_cast<X>(V->getValue());
+  return nullptr;
+}
+
+/// \brief Extract a Value from Metadata, if any, allowing null.
+///
+/// As an analogue to \a dyn_cast_or_null(), extract the \a Value subclass \c X
+/// from \c MD, return null if \c MD doesn't contain a \a Value or if the \a
+/// Value it does contain is of the wrong subclass, allowing \c MD to be null.
+template <class X, class Y>
+inline typename std::enable_if<detail::IsValidPointer<X, Y>::value, X *>::type
+dyn_extract_or_null(Y &&MD) {
+  if (auto *V = dyn_cast_or_null<ConstantAsMetadata>(MD))
+    return dyn_cast<X>(V->getValue());
+  return nullptr;
+}
+
+} // end namespace mdconst
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 /// \brief A single uniqued string.
 ///
@@ -60,15 +432,13 @@ public:
 class MDString : public Metadata {
   friend class StringMapEntry<MDString>;
 
-  virtual void anchor();
   MDString(const MDString &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDString &operator=(MDString &&) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDString &operator=(const MDString &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 
   StringMapEntry<MDString> *Entry;
-  explicit MDString(LLVMContext &Context)
-      : Metadata(Context, Value::MDStringVal), Entry(nullptr) {}
-
-  /// \brief Shadow Value::getName() to prevent its use.
-  StringRef getName() const LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDString() : Metadata(MDStringKind), Entry(nullptr) {}
+  MDString(MDString &&) : Metadata(MDStringKind) {}
 
 public:
   static MDString *get(LLVMContext &Context, StringRef Str);
@@ -88,9 +458,12 @@ public:
   /// \brief Pointer to one byte past the end of the string.
   iterator end() const { return getString().end(); }
 
+  const unsigned char *bytes_begin() const { return getString().bytes_begin(); }
+  const unsigned char *bytes_end() const { return getString().bytes_end(); }
+
   /// \brief Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast.
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == MDStringVal;
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDStringKind;
   }
 };
 
@@ -138,18 +511,79 @@ struct DenseMapInfo<AAMDNodes> {
   }
 };
 
-class MDNodeOperand;
+/// \brief Tracking metadata reference owned by Metadata.
+///
+/// Similar to \a TrackingMDRef, but it's expected to be owned by an instance
+/// of \a Metadata, which has the option of registering itself for callbacks to
+/// re-unique itself.
+///
+/// In particular, this is used by \a MDNode.
+class MDOperand {
+  MDOperand(MDOperand &&) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDOperand(const MDOperand &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDOperand &operator=(MDOperand &&) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDOperand &operator=(const MDOperand &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  Metadata *MD;
+
+public:
+  MDOperand() : MD(nullptr) {}
+  ~MDOperand() { untrack(); }
+
+  Metadata *get() const { return MD; }
+  operator Metadata *() const { return get(); }
+  Metadata *operator->() const { return get(); }
+  Metadata &operator*() const { return *get(); }
+
+  void reset() {
+    untrack();
+    MD = nullptr;
+  }
+  void reset(Metadata *MD, Metadata *Owner) {
+    untrack();
+    this->MD = MD;
+    track(Owner);
+  }
+
+private:
+  void track(Metadata *Owner) {
+    if (MD) {
+      if (Owner)
+        MetadataTracking::track(this, *MD, *Owner);
+      else
+        MetadataTracking::track(MD);
+    }
+  }
+  void untrack() {
+    assert(static_cast<void *>(this) == &MD && "Expected same address");
+    if (MD)
+      MetadataTracking::untrack(MD);
+  }
+};
+
+template <> struct simplify_type<MDOperand> {
+  typedef Metadata *SimpleType;
+  static SimpleType getSimplifiedValue(MDOperand &MD) { return MD.get(); }
+};
+
+template <> struct simplify_type<const MDOperand> {
+  typedef Metadata *SimpleType;
+  static SimpleType getSimplifiedValue(const MDOperand &MD) { return MD.get(); }
+};
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 /// \brief Tuple of metadata.
 class MDNode : public Metadata {
   MDNode(const MDNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
   void operator=(const MDNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
-  friend class MDNodeOperand;
-  friend class LLVMContextImpl;
   void *operator new(size_t) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 
+  LLVMContext &Context;
+  unsigned NumOperands;
+
 protected:
+  unsigned MDNodeSubclassData;
+
   void *operator new(size_t Size, unsigned NumOps);
 
   /// \brief Required by std, but never called.
@@ -165,83 +599,80 @@ protected:
     llvm_unreachable("Constructor throws?");
   }
 
-  /// \brief Subclass data enums.
-  enum {
-    /// FunctionLocalBit - This bit is set if this MDNode is function local.
-    /// This is true when it (potentially transitively) contains a reference to
-    /// something in a function, like an argument, basicblock, or instruction.
-    FunctionLocalBit = 1 << 0,
-
-    /// NotUniquedBit - This is set on MDNodes that are not uniqued because they
-    /// have a null operand.
-    NotUniquedBit    = 1 << 1
-  };
-
-  /// \brief FunctionLocal enums.
-  enum FunctionLocalness {
-    FL_Unknown = -1,
-    FL_No = 0,
-    FL_Yes = 1
-  };
+  MDNode(LLVMContext &Context, unsigned ID, ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  ~MDNode() {}
 
-  /// \brief Replace each instance of the given operand with a new value.
-  void replaceOperand(MDNodeOperand *Op, Value *NewVal);
+  void dropAllReferences();
 
-  MDNode(LLVMContext &C, unsigned ID, ArrayRef<Value *> Vals,
-         bool isFunctionLocal);
-  ~MDNode() {}
+  MDOperand *mutable_begin() { return mutable_end() - NumOperands; }
+  MDOperand *mutable_end() { return reinterpret_cast<MDOperand *>(this); }
 
-  static MDNode *getMDNode(LLVMContext &C, ArrayRef<Value*> Vals,
-                           FunctionLocalness FL, bool Insert = true);
 public:
-  static MDNode *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Value*> Vals);
-  /// \brief Construct MDNode with an explicit function-localness.
-  ///
-  /// Don't analyze Vals; trust isFunctionLocal.
-  static MDNode *getWhenValsUnresolved(LLVMContext &Context,
-                                       ArrayRef<Value*> Vals,
-                                       bool isFunctionLocal);
-
-  static MDNode *getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Value*> Vals);
+  static inline MDNode *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  static inline MDNode *getIfExists(LLVMContext &Context,
+                                    ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  static inline MDNode *getDistinct(LLVMContext &Context,
+                                    ArrayRef<Metadata *> MDs);
 
   /// \brief Return a temporary MDNode
   ///
   /// For use in constructing cyclic MDNode structures. A temporary MDNode is
   /// not uniqued, may be RAUW'd, and must be manually deleted with
   /// deleteTemporary.
-  static MDNode *getTemporary(LLVMContext &Context, ArrayRef<Value*> Vals);
+  static MDNodeFwdDecl *getTemporary(LLVMContext &Context,
+                                     ArrayRef<Metadata *> MDs);
 
   /// \brief Deallocate a node created by getTemporary.
   ///
   /// The node must not have any users.
   static void deleteTemporary(MDNode *N);
 
-  /// \brief Replace a specific operand.
-  void replaceOperandWith(unsigned i, Value *NewVal);
+  LLVMContext &getContext() const { return Context; }
 
-  /// \brief Return specified operand.
-  Value *getOperand(unsigned i) const LLVM_READONLY;
+  /// \brief Replace a specific operand.
+  void replaceOperandWith(unsigned I, Metadata *New);
 
-  /// \brief Return number of MDNode operands.
-  unsigned getNumOperands() const { return NumOperands; }
+  /// \brief Check if node is fully resolved.
+  bool isResolved() const;
 
-  /// \brief Return whether MDNode is local to a function.
-  bool isFunctionLocal() const {
-    return (getSubclassDataFromValue() & FunctionLocalBit) != 0;
+  /// \brief Check if node is distinct.
+  ///
+  /// Distinct nodes are not uniqued, and will not be returned by \a
+  /// MDNode::get().
+  bool isDistinct() const {
+    return isStoredDistinctInContext() || isa<MDNodeFwdDecl>(this);
   }
 
-  /// \brief Return the first function-local operand's function.
+protected:
+  /// \brief Set an operand.
   ///
-  /// If this metadata is function-local and recursively has a function-local
-  /// operand, return the first such operand's parent function.  Otherwise,
-  /// return null. getFunction() should not be used for performance- critical
-  /// code because it recursively visits all the MDNode's operands.
-  const Function *getFunction() const;
+  /// Sets the operand directly, without worrying about uniquing.
+  void setOperand(unsigned I, Metadata *New);
+
+public:
+  typedef const MDOperand *op_iterator;
+  typedef iterator_range<op_iterator> op_range;
+
+  op_iterator op_begin() const {
+    return const_cast<MDNode *>(this)->mutable_begin();
+  }
+  op_iterator op_end() const {
+    return const_cast<MDNode *>(this)->mutable_end();
+  }
+  op_range operands() const { return op_range(op_begin(), op_end()); }
+
+  const MDOperand &getOperand(unsigned I) const {
+    assert(I < NumOperands && "Out of range");
+    return op_begin()[I];
+  }
+
+  /// \brief Return number of MDNode operands.
+  unsigned getNumOperands() const { return NumOperands; }
 
   /// \brief Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == GenericMDNodeVal ||
-           V->getValueID() == MDNodeFwdDeclVal;
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind ||
+           MD->getMetadataID() == MDNodeFwdDeclKind;
   }
 
   /// \brief Check whether MDNode is a vtable access.
@@ -254,67 +685,152 @@ public:
   static AAMDNodes getMostGenericAA(const AAMDNodes &A, const AAMDNodes &B);
   static MDNode *getMostGenericFPMath(MDNode *A, MDNode *B);
   static MDNode *getMostGenericRange(MDNode *A, MDNode *B);
+};
+
+/// \brief Uniquable metadata node.
+///
+/// A uniquable metadata node.  This contains the basic functionality
+/// for implementing sub-types of \a MDNode that can be uniqued like
+/// constants.
+///
+/// There is limited support for RAUW at construction time.  At
+/// construction time, if any operands are an instance of \a
+/// MDNodeFwdDecl (or another unresolved \a UniquableMDNode, which
+/// indicates an \a MDNodeFwdDecl in its path), the node itself will be
+/// unresolved.  As soon as all operands become resolved, it will drop
+/// RAUW support permanently.
+///
+/// If an unresolved node is part of a cycle, \a resolveCycles() needs
+/// to be called on some member of the cycle when each \a MDNodeFwdDecl
+/// has been removed.
+class UniquableMDNode : public MDNode {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+  friend class MDNode;
+  friend class LLVMContextImpl;
+
+  /// \brief Support RAUW as long as one of its arguments is replaceable.
+  ///
+  /// FIXME: Save memory by storing this in a pointer union with the
+  /// LLVMContext, and adding an LLVMContext reference to RMI.
+  std::unique_ptr<ReplaceableMetadataImpl> ReplaceableUses;
 
 protected:
-  bool isNotUniqued() const {
-    return (getSubclassDataFromValue() & NotUniquedBit) != 0;
-  }
-  void setIsNotUniqued();
+  /// \brief Create a new node.
+  ///
+  /// If \c AllowRAUW, then if any operands are unresolved support RAUW.  RAUW
+  /// will be dropped once all operands have been resolved (or if \a
+  /// resolveCycles() is called).
+  UniquableMDNode(LLVMContext &C, unsigned ID, ArrayRef<Metadata *> Vals,
+                  bool AllowRAUW);
+  ~UniquableMDNode();
+
+  void storeDistinctInContext();
 
-  // Shadow Value::setValueSubclassData with a private forwarding method so that
-  // any future subclasses cannot accidentally use it.
-  void setValueSubclassData(unsigned short D) {
-    Value::setValueSubclassData(D);
+public:
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind;
   }
+
+  /// \brief Check whether any operands are forward declarations.
+  ///
+  /// Returns \c true as long as any operands (or their operands, etc.) are \a
+  /// MDNodeFwdDecl.
+  ///
+  /// As forward declarations are resolved, their containers should get
+  /// resolved automatically.  However, if this (or one of its operands) is
+  /// involved in a cycle, \a resolveCycles() needs to be called explicitly.
+  bool isResolved() const { return !ReplaceableUses; }
+
+  /// \brief Resolve cycles.
+  ///
+  /// Once all forward declarations have been resolved, force cycles to be
+  /// resolved.
+  ///
+  /// \pre No operands (or operands' operands, etc.) are \a MDNodeFwdDecl.
+  void resolveCycles();
+
+private:
+  void handleChangedOperand(void *Ref, Metadata *New);
+
+  void resolve();
+  void resolveAfterOperandChange(Metadata *Old, Metadata *New);
+  void decrementUnresolvedOperandCount();
 };
 
-/// \brief Generic metadata node.
-///
-/// Generic metadata nodes, with opt-out support for uniquing.
-///
-/// Although nodes are uniqued by default, \a GenericMDNode has no support for
-/// RAUW.  If an operand change (due to RAUW or otherwise) causes a uniquing
-/// collision, the uniquing bit is dropped.
+/// \brief Tuple of metadata.
 ///
-/// TODO: Make uniquing opt-out (status: mandatory, sometimes dropped).
-/// TODO: Drop support for RAUW.
-class GenericMDNode : public MDNode {
-  friend class MDNode;
+/// This is the simple \a MDNode arbitrary tuple.  Nodes are uniqued by
+/// default based on their operands.
+class MDTuple : public UniquableMDNode {
   friend class LLVMContextImpl;
+  friend class UniquableMDNode;
 
-  unsigned Hash;
+  MDTuple(LLVMContext &C, ArrayRef<Metadata *> Vals, bool AllowRAUW)
+      : UniquableMDNode(C, MDTupleKind, Vals, AllowRAUW) {}
+  ~MDTuple();
 
-  GenericMDNode(LLVMContext &C, ArrayRef<Value *> Vals, bool isFunctionLocal)
-      : MDNode(C, GenericMDNodeVal, Vals, isFunctionLocal), Hash(0) {}
-  ~GenericMDNode();
+  void setHash(unsigned Hash) { MDNodeSubclassData = Hash; }
+  void recalculateHash();
 
-  void dropAllReferences();
+  static MDTuple *getImpl(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs,
+                          bool ShouldCreate);
 
 public:
   /// \brief Get the hash, if any.
-  unsigned getHash() const { return Hash; }
+  unsigned getHash() const { return MDNodeSubclassData; }
 
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == GenericMDNodeVal;
+  static MDTuple *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return getImpl(Context, MDs, /* ShouldCreate */ true);
+  }
+  static MDTuple *getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return getImpl(Context, MDs, /* ShouldCreate */ false);
+  }
+
+  /// \brief Return a distinct node.
+  ///
+  /// Return a distinct node -- i.e., a node that is not uniqued.
+  static MDTuple *getDistinct(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs);
+
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind;
   }
 };
 
+MDNode *MDNode::get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::get(Context, MDs);
+}
+MDNode *MDNode::getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::getIfExists(Context, MDs);
+}
+MDNode *MDNode::getDistinct(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::getDistinct(Context, MDs);
+}
+
 /// \brief Forward declaration of metadata.
 ///
-/// Forward declaration of metadata, in the form of a metadata node.  Unlike \a
-/// GenericMDNode, this class has support for RAUW and is suitable for forward
-/// references.
-class MDNodeFwdDecl : public MDNode {
-  friend class MDNode;
+/// Forward declaration of metadata, in the form of a basic tuple.  Unlike \a
+/// MDTuple, this class has full support for RAUW, is not owned, is not
+/// uniqued, and is suitable for forward references.
+class MDNodeFwdDecl : public MDNode, ReplaceableMetadataImpl {
+  friend class Metadata;
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
 
-  MDNodeFwdDecl(LLVMContext &C, ArrayRef<Value *> Vals, bool isFunctionLocal)
-      : MDNode(C, MDNodeFwdDeclVal, Vals, isFunctionLocal) {}
-  ~MDNodeFwdDecl() {}
+  MDNodeFwdDecl(LLVMContext &C, ArrayRef<Metadata *> Vals)
+      : MDNode(C, MDNodeFwdDeclKind, Vals) {}
 
 public:
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == MDNodeFwdDeclVal;
+  ~MDNodeFwdDecl() { dropAllReferences(); }
+  using MDNode::operator delete;
+
+  static MDNodeFwdDecl *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return new (MDs.size()) MDNodeFwdDecl(Context, MDs);
   }
+
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDNodeFwdDeclKind;
+  }
+
+  using ReplaceableMetadataImpl::replaceAllUsesWith;
 };
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
@@ -333,7 +849,7 @@ class NamedMDNode : public ilist_node<NamedMDNode> {
 
   std::string Name;
   Module *Parent;
-  void *Operands; // SmallVector<TrackingVH<MDNode>, 4>
+  void *Operands; // SmallVector<TrackingMDRef, 4>
 
   void setParent(Module *M) { Parent = M; }
 
@@ -391,6 +907,7 @@ public:
   MDNode *getOperand(unsigned i) const;
   unsigned getNumOperands() const;
   void addOperand(MDNode *M);
+  void setOperand(unsigned I, MDNode *New);
   StringRef getName() const;
   void print(raw_ostream &ROS) const;
   void dump() const;