IR: Remove MDNodeFwdDecl
[oota-llvm.git] / include / llvm / IR / Metadata.h
index d054fbba22ca9c4b627124a1fe88e1a3adcdf1e3..6f02ee1e70403f54d5584a8c09bbbd1fe205cbac 100644 (file)
 #define LLVM_IR_METADATA_H
 
 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
-#include "llvm/ADT/FoldingSet.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.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;
@@ -30,169 +34,943 @@ template<typename ValueSubClass, typename ItemParentClass>
 
 
 enum LLVMConstants : uint32_t {
-  DEBUG_METADATA_VERSION = 1  // Current debug info version number.
+  DEBUG_METADATA_VERSION = 2  // Current debug info version number.
 };
 
+/// \brief Root of the metadata hierarchy.
+///
+/// This is a root class for typeless data in the IR.
+class Metadata {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+
+  /// \brief RTTI.
+  const unsigned char SubclassID;
+
+protected:
+  /// \brief Active type of storage.
+  enum StorageType { Uniqued, Distinct, Temporary };
+
+  /// \brief Storage flag for non-uniqued, otherwise unowned, metadata.
+  StorageType Storage : 2;
+  // TODO: expose remaining bits to subclasses.
+
+  unsigned short SubclassData16;
+  unsigned SubclassData32;
+
+public:
+  enum MetadataKind {
+    MDTupleKind,
+    MDLocationKind,
+    ConstantAsMetadataKind,
+    LocalAsMetadataKind,
+    MDStringKind
+  };
+
+protected:
+  Metadata(unsigned ID, StorageType Storage)
+      : SubclassID(ID), Storage(Storage), SubclassData16(0), SubclassData32(0) {
+  }
+  ~Metadata() {}
+
+  /// \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();
+
+  /// \brief Drop use of metadata (during teardown).
+  void dropUse() { MD = nullptr; }
+
+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() == 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:
+  LLVMContext &Context;
+  uint64_t NextIndex;
+  SmallDenseMap<void *, std::pair<OwnerTy, uint64_t>, 4> UseMap;
+
+public:
+  ReplaceableMetadataImpl(LLVMContext &Context)
+      : Context(Context), NextIndex(0) {}
+  ~ReplaceableMetadataImpl() {
+    assert(UseMap.empty() && "Cannot destroy in-use replaceable metadata");
+  }
+
+  LLVMContext &getContext() const { return Context; }
+
+  /// \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;
+
+  /// \brief Drop users without RAUW (during teardown).
+  void dropUsers() {
+    ReplaceableMetadataImpl::resolveAllUses(/* ResolveUsers */ false);
+  }
+
+protected:
+  ValueAsMetadata(unsigned ID, Value *V)
+      : Metadata(ID, Uniqued), ReplaceableMetadataImpl(V->getContext()), 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
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-/// MDString - a single uniqued string.
+/// \brief A single uniqued string.
+///
 /// These are used to efficiently contain a byte sequence for metadata.
 /// MDString is always unnamed.
-class MDString : public Value {
-  virtual void anchor();
+class MDString : public Metadata {
+  friend class StringMapEntry<MDString>;
+
   MDString(const MDString &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDString &operator=(MDString &&) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  MDString &operator=(const MDString &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  StringMapEntry<MDString> *Entry;
+  MDString() : Metadata(MDStringKind, Uniqued), Entry(nullptr) {}
+  MDString(MDString &&) : Metadata(MDStringKind, Uniqued) {}
 
-  explicit MDString(LLVMContext &C);
 public:
   static MDString *get(LLVMContext &Context, StringRef Str);
   static MDString *get(LLVMContext &Context, const char *Str) {
     return get(Context, Str ? StringRef(Str) : StringRef());
   }
 
-  StringRef getString() const { return getName(); }
+  StringRef getString() const;
 
-  unsigned getLength() const { return (unsigned)getName().size(); }
+  unsigned getLength() const { return (unsigned)getString().size(); }
 
   typedef StringRef::iterator iterator;
 
-  /// begin() - Pointer to the first byte of the string.
-  iterator begin() const { return getName().begin(); }
+  /// \brief Pointer to the first byte of the string.
+  iterator begin() const { return getString().begin(); }
 
-  /// end() - Pointer to one byte past the end of the string.
-  iterator end() const { return getName().end(); }
+  /// \brief Pointer to one byte past the end of the string.
+  iterator end() const { return getString().end(); }
 
-  /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == MDStringVal;
+  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 Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDStringKind;
   }
 };
 
+/// \brief A collection of metadata nodes that might be associated with a
+/// memory access used by the alias-analysis infrastructure.
+struct AAMDNodes {
+  explicit AAMDNodes(MDNode *T = nullptr, MDNode *S = nullptr,
+                     MDNode *N = nullptr)
+      : TBAA(T), Scope(S), NoAlias(N) {}
+
+  bool operator==(const AAMDNodes &A) const {
+    return TBAA == A.TBAA && Scope == A.Scope && NoAlias == A.NoAlias;
+  }
+
+  bool operator!=(const AAMDNodes &A) const { return !(*this == A); }
 
-class MDNodeOperand;
+  LLVM_EXPLICIT operator bool() const { return TBAA || Scope || NoAlias; }
+
+  /// \brief The tag for type-based alias analysis.
+  MDNode *TBAA;
+
+  /// \brief The tag for alias scope specification (used with noalias).
+  MDNode *Scope;
+
+  /// \brief The tag specifying the noalias scope.
+  MDNode *NoAlias;
+};
+
+// Specialize DenseMapInfo for AAMDNodes.
+template<>
+struct DenseMapInfo<AAMDNodes> {
+  static inline AAMDNodes getEmptyKey() {
+    return AAMDNodes(DenseMapInfo<MDNode *>::getEmptyKey(), 0, 0);
+  }
+  static inline AAMDNodes getTombstoneKey() {
+    return AAMDNodes(DenseMapInfo<MDNode *>::getTombstoneKey(), 0, 0);
+  }
+  static unsigned getHashValue(const AAMDNodes &Val) {
+    return DenseMapInfo<MDNode *>::getHashValue(Val.TBAA) ^
+           DenseMapInfo<MDNode *>::getHashValue(Val.Scope) ^
+           DenseMapInfo<MDNode *>::getHashValue(Val.NoAlias);
+  }
+  static bool isEqual(const AAMDNodes &LHS, const AAMDNodes &RHS) {
+    return LHS == RHS;
+  }
+};
+
+/// \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 Pointer to the context, with optional RAUW support.
+///
+/// Either a raw (non-null) pointer to the \a LLVMContext, or an owned pointer
+/// to \a ReplaceableMetadataImpl (which has a reference to \a LLVMContext).
+class ContextAndReplaceableUses {
+  PointerUnion<LLVMContext *, ReplaceableMetadataImpl *> Ptr;
+
+  ContextAndReplaceableUses() LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ContextAndReplaceableUses(ContextAndReplaceableUses &&)
+      LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ContextAndReplaceableUses(const ContextAndReplaceableUses &)
+      LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ContextAndReplaceableUses &
+  operator=(ContextAndReplaceableUses &&) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ContextAndReplaceableUses &
+  operator=(const ContextAndReplaceableUses &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+public:
+  ContextAndReplaceableUses(LLVMContext &Context) : Ptr(&Context) {}
+  ContextAndReplaceableUses(
+      std::unique_ptr<ReplaceableMetadataImpl> ReplaceableUses)
+      : Ptr(ReplaceableUses.release()) {
+    assert(getReplaceableUses() && "Expected non-null replaceable uses");
+  }
+  ~ContextAndReplaceableUses() { delete getReplaceableUses(); }
+
+  operator LLVMContext &() { return getContext(); }
+
+  /// \brief Whether this contains RAUW support.
+  bool hasReplaceableUses() const {
+    return Ptr.is<ReplaceableMetadataImpl *>();
+  }
+  LLVMContext &getContext() const {
+    if (hasReplaceableUses())
+      return getReplaceableUses()->getContext();
+    return *Ptr.get<LLVMContext *>();
+  }
+  ReplaceableMetadataImpl *getReplaceableUses() const {
+    if (hasReplaceableUses())
+      return Ptr.get<ReplaceableMetadataImpl *>();
+    return nullptr;
+  }
+
+  /// \brief Assign RAUW support to this.
+  ///
+  /// Make this replaceable, taking ownership of \c ReplaceableUses (which must
+  /// not be null).
+  void
+  makeReplaceable(std::unique_ptr<ReplaceableMetadataImpl> ReplaceableUses) {
+    assert(ReplaceableUses && "Expected non-null replaceable uses");
+    assert(&ReplaceableUses->getContext() == &getContext() &&
+           "Expected same context");
+    delete getReplaceableUses();
+    Ptr = ReplaceableUses.release();
+  }
+
+  /// \brief Drop RAUW support.
+  ///
+  /// Cede ownership of RAUW support, returning it.
+  std::unique_ptr<ReplaceableMetadataImpl> takeReplaceableUses() {
+    assert(hasReplaceableUses() && "Expected to own replaceable uses");
+    std::unique_ptr<ReplaceableMetadataImpl> ReplaceableUses(
+        getReplaceableUses());
+    Ptr = &ReplaceableUses->getContext();
+    return ReplaceableUses;
+  }
+};
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-/// MDNode - a tuple of other values.
-class MDNode : public Value, public FoldingSetNode {
+/// \brief Tuple of metadata.
+class MDNode : public Metadata {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+
   MDNode(const MDNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
   void operator=(const MDNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
-  friend class MDNodeOperand;
-  friend class LLVMContextImpl;
-  friend struct FoldingSetTrait<MDNode>;
+  void *operator new(size_t) LLVM_DELETED_FUNCTION;
 
-  /// Hash - If the MDNode is uniqued cache the hash to speed up lookup.
-  unsigned Hash;
+protected:
+  ContextAndReplaceableUses Context;
 
-  /// NumOperands - This many 'MDNodeOperand' items are co-allocated onto the
-  /// end of this MDNode.
+private:
   unsigned NumOperands;
 
-  // 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,
+protected:
+  unsigned MDNodeSubclassData;
 
-    /// NotUniquedBit - This is set on MDNodes that are not uniqued because they
-    /// have a null operand.
-    NotUniquedBit    = 1 << 1,
+  void *operator new(size_t Size, unsigned NumOps);
+  void operator delete(void *Mem);
 
-    /// DestroyFlag - This bit is set by destroy() so the destructor can assert
-    /// that the node isn't being destroyed with a plain 'delete'.
-    DestroyFlag      = 1 << 2
-  };
+  /// \brief Required by std, but never called.
+  void operator delete(void *, unsigned) {
+    llvm_unreachable("Constructor throws?");
+  }
 
-  // FunctionLocal enums.
-  enum FunctionLocalness {
-    FL_Unknown = -1,
-    FL_No = 0,
-    FL_Yes = 1
-  };
+  /// \brief Required by std, but never called.
+  void operator delete(void *, unsigned, bool) {
+    llvm_unreachable("Constructor throws?");
+  }
+
+  MDNode(LLVMContext &Context, unsigned ID, StorageType Storage,
+         ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  ~MDNode() {}
 
-  /// replaceOperand - Replace each instance of F from the operand list of this
-  /// node with T.
-  void replaceOperand(MDNodeOperand *Op, Value *NewVal);
-  ~MDNode();
+  void dropAllReferences();
 
-  MDNode(LLVMContext &C, ArrayRef<Value*> Vals, bool isFunctionLocal);
+  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:
-  // Constructors and destructors.
-  static MDNode *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Value*> Vals);
-  // getWhenValsUnresolved - Construct MDNode determining function-localness
-  // from isFunctionLocal argument, not by analyzing Vals.
-  static MDNode *getWhenValsUnresolved(LLVMContext &Context,
-                                       ArrayRef<Value*> Vals,
-                                       bool isFunctionLocal);
-
-  static MDNode *getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Value*> Vals);
-
-  /// getTemporary - 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);
-
-  /// deleteTemporary - Deallocate a node created by getTemporary. The
-  /// node must not have any users.
+  static inline MDTuple *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  static inline MDTuple *getIfExists(LLVMContext &Context,
+                                     ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  static inline MDTuple *getDistinct(LLVMContext &Context,
+                                     ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  static inline MDTuple *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);
 
-  /// replaceOperandWith - Replace a specific operand.
-  void replaceOperandWith(unsigned i, Value *NewVal);
+  LLVMContext &getContext() const { return Context.getContext(); }
 
-  /// getOperand - Return specified operand.
-  Value *getOperand(unsigned i) const LLVM_READONLY;
+  /// \brief Replace a specific operand.
+  void replaceOperandWith(unsigned I, Metadata *New);
 
-  /// getNumOperands - Return number of MDNode operands.
-  unsigned getNumOperands() const { return NumOperands; }
+  /// \brief Check if node is fully resolved.
+  ///
+  /// If \a isTemporary(), this always returns \c false; if \a isDistinct(),
+  /// this always returns \c true.
+  ///
+  /// If \a isUniqued(), returns \c true if this has already dropped RAUW
+  /// support (because all operands are resolved).
+  ///
+  /// 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 !Context.hasReplaceableUses(); }
 
-  /// isFunctionLocal - Return whether MDNode is local to a function.
-  bool isFunctionLocal() const {
-    return (getSubclassDataFromValue() & FunctionLocalBit) != 0;
+  bool isUniqued() const { return Storage == Uniqued; }
+  bool isDistinct() const { return Storage == Distinct; }
+  bool isTemporary() const { return Storage == Temporary; }
+
+  /// \brief RAUW a temporary.
+  ///
+  /// \pre \a isTemporary() must be \c true.
+  void replaceAllUsesWith(Metadata *MD) {
+    assert(isTemporary() && "Expected temporary node");
+    assert(!isResolved() && "Expected RAUW support");
+    Context.getReplaceableUses()->replaceAllUsesWith(MD);
   }
 
-  // getFunction - 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;
+protected:
+  /// \brief Set an operand.
+  ///
+  /// Sets the operand directly, without worrying about uniquing.
+  void setOperand(unsigned I, Metadata *New);
 
-  /// Profile - calculate a unique identifier for this MDNode to collapse
-  /// duplicates
-  void Profile(FoldingSetNodeID &ID) const;
+public:
+  typedef const MDOperand *op_iterator;
+  typedef iterator_range<op_iterator> op_range;
 
-  /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
-  static bool classof(const Value *V) {
-    return V->getValueID() == MDNodeVal;
+  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];
   }
 
-  /// Check whether MDNode is a vtable access.
+  /// \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 Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind ||
+           MD->getMetadataID() == MDLocationKind;
+  }
+
+  /// \brief Check whether MDNode is a vtable access.
   bool isTBAAVtableAccess() const;
 
-  /// Methods for metadata merging.
+  /// \brief Methods for metadata merging.
+  static MDNode *concatenate(MDNode *A, MDNode *B);
+  static MDNode *intersect(MDNode *A, MDNode *B);
   static MDNode *getMostGenericTBAA(MDNode *A, MDNode *B);
+  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 operand is a temporary node (or an unresolved uniqued node,
+/// which indicates a transitive temporary operand), 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 once all temporary nodes have been
+/// replaced.
+class UniquableMDNode : public MDNode {
+  friend class ReplaceableMetadataImpl;
+  friend class MDNode;
+  friend class LLVMContextImpl;
+
+protected:
+  /// \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, StorageType Storage,
+                  ArrayRef<Metadata *> Vals);
+  ~UniquableMDNode() {}
+
+  void storeDistinctInContext();
+  template <class T, class StoreT>
+  static T *storeImpl(T *N, StorageType Storage, StoreT &Store);
+
+public:
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind ||
+           MD->getMetadataID() == MDLocationKind;
+  }
+
+  /// \brief Resolve cycles.
+  ///
+  /// Once all forward declarations have been resolved, force cycles to be
+  /// resolved.
+  ///
+  /// \pre No operands (or operands' operands, etc.) have \a isTemporary().
+  void resolveCycles();
+
+private:
+  void handleChangedOperand(void *Ref, Metadata *New);
+
+  void resolve();
+  void resolveAfterOperandChange(Metadata *Old, Metadata *New);
+  void decrementUnresolvedOperandCount();
+
+  void deleteAsSubclass();
+  UniquableMDNode *uniquify();
+  void eraseFromStore();
+};
+
+/// \brief Tuple of metadata.
+///
+/// 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;
+
+  MDTuple(LLVMContext &C, StorageType Storage, unsigned Hash,
+          ArrayRef<Metadata *> Vals)
+      : UniquableMDNode(C, MDTupleKind, Storage, Vals) {
+    setHash(Hash);
+  }
+  ~MDTuple() { dropAllReferences(); }
+
+  void setHash(unsigned Hash) { MDNodeSubclassData = Hash; }
+  void recalculateHash();
+
+  static MDTuple *getImpl(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs,
+                          StorageType Storage, bool ShouldCreate = true);
+
+public:
+  /// \brief Get the hash, if any.
+  unsigned getHash() const { return MDNodeSubclassData; }
+
+  static MDTuple *get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return getImpl(Context, MDs, Uniqued);
+  }
+  static MDTuple *getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return getImpl(Context, MDs, Uniqued, /* 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) {
+    return getImpl(Context, MDs, Distinct);
+  }
+
+  /// \brief Return a temporary node.
+  ///
+  /// 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 MDTuple *getTemporary(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+    return getImpl(Context, MDs, Temporary);
+  }
+
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDTupleKind;
+  }
+
 private:
-  // destroy - Delete this node.  Only when there are no uses.
-  void destroy();
+  MDTuple *uniquifyImpl();
+  void eraseFromStoreImpl();
+};
+
+MDTuple *MDNode::get(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::get(Context, MDs);
+}
+MDTuple *MDNode::getIfExists(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::getIfExists(Context, MDs);
+}
+MDTuple *MDNode::getDistinct(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::getDistinct(Context, MDs);
+}
+MDTuple *MDNode::getTemporary(LLVMContext &Context, ArrayRef<Metadata *> MDs) {
+  return MDTuple::getTemporary(Context, MDs);
+}
+
+/// \brief Debug location.
+///
+/// A debug location in source code, used for debug info and otherwise.
+class MDLocation : public UniquableMDNode {
+  friend class LLVMContextImpl;
+  friend class UniquableMDNode;
+
+  MDLocation(LLVMContext &C, StorageType Storage, unsigned Line,
+             unsigned Column, ArrayRef<Metadata *> MDs);
+  ~MDLocation() { dropAllReferences(); }
 
-  bool isNotUniqued() const {
-    return (getSubclassDataFromValue() & NotUniquedBit) != 0;
+  static MDLocation *getImpl(LLVMContext &Context, unsigned Line,
+                             unsigned Column, Metadata *Scope,
+                             Metadata *InlinedAt, StorageType Storage,
+                             bool ShouldCreate = true);
+
+  // Disallow replacing operands.
+  void replaceOperandWith(unsigned I, Metadata *New) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+public:
+  static MDLocation *get(LLVMContext &Context, unsigned Line, unsigned Column,
+                         Metadata *Scope, Metadata *InlinedAt = nullptr) {
+    return getImpl(Context, Line, Column, Scope, InlinedAt, Uniqued);
+  }
+  static MDLocation *getIfExists(LLVMContext &Context, unsigned Line,
+                                 unsigned Column, Metadata *Scope,
+                                 Metadata *InlinedAt = nullptr) {
+    return getImpl(Context, Line, Column, Scope, InlinedAt, Uniqued,
+                   /* ShouldCreate */ false);
+  }
+  static MDLocation *getDistinct(LLVMContext &Context, unsigned Line,
+                                 unsigned Column, Metadata *Scope,
+                                 Metadata *InlinedAt = nullptr) {
+    return getImpl(Context, Line, Column, Scope, InlinedAt, Distinct);
+  }
+
+  unsigned getLine() const { return MDNodeSubclassData; }
+  unsigned getColumn() const { return SubclassData16; }
+  Metadata *getScope() const { return getOperand(0); }
+  Metadata *getInlinedAt() const {
+    if (getNumOperands() == 2)
+      return getOperand(1);
+    return nullptr;
   }
-  void setIsNotUniqued();
 
-  // 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);
+  static bool classof(const Metadata *MD) {
+    return MD->getMetadataID() == MDLocationKind;
   }
+
+private:
+  MDLocation *uniquifyImpl();
+  void eraseFromStoreImpl();
 };
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-/// NamedMDNode - a tuple of MDNodes. Despite its name, a NamedMDNode isn't
-/// itself an MDNode. NamedMDNodes belong to modules, have names, and contain
-/// lists of MDNodes.
+/// \brief A tuple of MDNodes.
+///
+/// Despite its name, a NamedMDNode isn't itself an MDNode. NamedMDNodes belong
+/// to modules, have names, and contain lists of MDNodes.
+///
+/// TODO: Inherit from Metadata.
 class NamedMDNode : public ilist_node<NamedMDNode> {
   friend class SymbolTableListTraits<NamedMDNode, Module>;
   friend struct ilist_traits<NamedMDNode>;
@@ -202,7 +980,7 @@ 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; }
 
@@ -218,7 +996,7 @@ class NamedMDNode : public ilist_node<NamedMDNode> {
     friend class NamedMDNode;
 
   public:
-    op_iterator_impl() : Node(0), Idx(0) { }
+    op_iterator_impl() : Node(nullptr), Idx(0) { }
 
     bool operator==(const op_iterator_impl &o) const { return Idx == o.Idx; }
     bool operator!=(const op_iterator_impl &o) const { return Idx != o.Idx; }
@@ -245,46 +1023,34 @@ class NamedMDNode : public ilist_node<NamedMDNode> {
   };
 
 public:
-  /// eraseFromParent - Drop all references and remove the node from parent
-  /// module.
+  /// \brief Drop all references and remove the node from parent module.
   void eraseFromParent();
 
-  /// dropAllReferences - Remove all uses and clear node vector.
+  /// \brief Remove all uses and clear node vector.
   void dropAllReferences();
 
-  /// ~NamedMDNode - Destroy NamedMDNode.
   ~NamedMDNode();
 
-  /// getParent - Get the module that holds this named metadata collection.
+  /// \brief Get the module that holds this named metadata collection.
   inline Module *getParent() { return Parent; }
   inline const Module *getParent() const { return Parent; }
 
-  /// getOperand - Return specified operand.
   MDNode *getOperand(unsigned i) const;
-
-  /// getNumOperands - Return the number of NamedMDNode operands.
   unsigned getNumOperands() const;
-
-  /// addOperand - Add metadata operand.
   void addOperand(MDNode *M);
-
-  /// getName - Return a constant reference to this named metadata's name.
+  void setOperand(unsigned I, MDNode *New);
   StringRef getName() const;
-
-  /// print - Implement operator<< on NamedMDNode.
-  void print(raw_ostream &ROS, AssemblyAnnotationWriter *AAW = 0) const;
-
-  /// dump() - Allow printing of NamedMDNodes from the debugger.
+  void print(raw_ostream &ROS) const;
   void dump() const;
 
   // ---------------------------------------------------------------------------
   // Operand Iterator interface...
   //
-  typedef op_iterator_impl<MDNode*, MDNode> op_iterator;
+  typedef op_iterator_impl<MDNode *, MDNode> op_iterator;
   op_iterator op_begin() { return op_iterator(this, 0); }
   op_iterator op_end()   { return op_iterator(this, getNumOperands()); }
 
-  typedef op_iterator_impl<const MDNode*, MDNode> const_op_iterator;
+  typedef op_iterator_impl<const MDNode *, MDNode> const_op_iterator;
   const_op_iterator op_begin() const { return const_op_iterator(this, 0); }
   const_op_iterator op_end()   const { return const_op_iterator(this, getNumOperands()); }