[BasicAA] Fix the handling of sext and zext in the analysis of GEPs.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / BasicAliasAnalysis.cpp
index 1048f11c2553ffb43167e0dd12f1e1f880f3b1cb..a6a25f9326a015f23fa39c95b1b75f29c288d5c9 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===- BasicAliasAnalysis.cpp - Local Alias Analysis Impl -----------------===//
+//===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
@@ -7,54 +7,66 @@
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file defines the default implementation of the Alias Analysis interface
-// that simply implements a few identities (two different globals cannot alias,
-// etc), but otherwise does no analysis.
+// This file defines the primary stateless implementation of the
+// Alias Analysis interface that implements identities (two different
+// globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
-#include "llvm/Analysis/Passes.h"
-#include "llvm/Constants.h"
-#include "llvm/DerivedTypes.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/GlobalVariable.h"
-#include "llvm/Instructions.h"
-#include "llvm/IntrinsicInst.h"
-#include "llvm/Operator.h"
-#include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Analysis/CFG.h"
 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
+#include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
+#include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
-#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
-#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/IR/Constants.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
+#include "llvm/IR/Dominators.h"
+#include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
+#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
+#include "llvm/IR/Instructions.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
+#include "llvm/IR/Operator.h"
+#include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
 #include <algorithm>
 using namespace llvm;
 
+/// Enable analysis of recursive PHI nodes.
+static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi", cl::Hidden,
+                                          cl::init(false));
+
+/// SearchLimitReached / SearchTimes shows how often the limit of
+/// to decompose GEPs is reached. It will affect the precision
+/// of basic alias analysis.
+#define DEBUG_TYPE "basicaa"
+STATISTIC(SearchLimitReached, "Number of times the limit to "
+                              "decompose GEPs is reached");
+STATISTIC(SearchTimes, "Number of times a GEP is decomposed");
+
+/// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
+/// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
+/// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
+/// cannot be involved in a cycle.
+const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
+
+// The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
+// GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
+// depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
+static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Useful predicates
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-/// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
-/// null.
-static bool isKnownNonNull(const Value *V) {
-  // Alloca never returns null, malloc might.
-  if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
-  
-  // A byval argument is never null.
-  if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
-    return A->hasByValAttr();
-
-  // Global values are not null unless extern weak.
-  if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
-    return !GV->hasExternalWeakLinkage();
-  return false;
-}
-
-/// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
-/// object that never escapes from the function.
+/// Returns true if the pointer is to a function-local object that never
+/// escapes from the function.
 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
@@ -69,17 +81,17 @@ static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
   // inside the function.
   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
-    if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr()) {
-      // Don't bother analyzing arguments already known not to escape.
-      if (A->hasNoCaptureAttr())
-        return true;
+    if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
+      // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
+      // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
+      // specifies that there are no copies made that outlive the function.
       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
-    }
+
   return false;
 }
 
-/// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
-/// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
+/// Returns true if the pointer is one which would have been considered an
+/// escape by isNonEscapingLocalObject.
 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
     return true;
@@ -93,220 +105,569 @@ static bool isEscapeSource(const Value *V) {
   return false;
 }
 
-/// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
-/// by V is smaller than Size.
-static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, unsigned Size,
-                                const TargetData &TD) {
-  const Type *AccessTy;
-  if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
-    AccessTy = GV->getType()->getElementType();
-  } else if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V)) {
-    if (!AI->isArrayAllocation())
-      AccessTy = AI->getType()->getElementType();
-    else
-      return false;
-  } else if (const CallInst* CI = extractMallocCall(V)) {
-    if (!isArrayMalloc(V, &TD))
-      // The size is the argument to the malloc call.
-      if (const ConstantInt* C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(0)))
-        return (C->getZExtValue() < Size);
-    return false;
-  } else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
-    if (A->hasByValAttr())
-      AccessTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
-    else
-      return false;
-  } else {
+/// Returns the size of the object specified by V, or UnknownSize if unknown.
+static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
+                              const TargetLibraryInfo &TLI,
+                              bool RoundToAlign = false) {
+  uint64_t Size;
+  if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
+    return Size;
+  return MemoryLocation::UnknownSize;
+}
+
+/// Returns true if we can prove that the object specified by V is smaller than
+/// Size.
+static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
+                                const DataLayout &DL,
+                                const TargetLibraryInfo &TLI) {
+  // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
+  // following contexts:
+  //    c1: llvm::getObjectSize()
+  //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
+  //    c3: isObjectSmallerThan()
+  // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
+  // refers to the "entire object".
+  //
+  //  Consider this example:
+  //     char *p = (char*)malloc(100)
+  //     char *q = p+80;
+  //
+  //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
+  // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
+  //
+  //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
+  // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
+  // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
+  // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
+  // entire object, we should:
+  //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
+  //      question (in this case rewind to p), or
+  //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
+  //      to the base address the object.
+  //
+  // We go for 2nd option for simplicity.
+  if (!isIdentifiedObject(V))
     return false;
-  }
-  
-  if (AccessTy->isSized())
-    return TD.getTypeAllocSize(AccessTy) < Size;
-  return false;
+
+  // This function needs to use the aligned object size because we allow
+  // reads a bit past the end given sufficient alignment.
+  uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/ true);
+
+  return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
+}
+
+/// Returns true if we can prove that the object specified by V has size Size.
+static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size, const DataLayout &DL,
+                         const TargetLibraryInfo &TLI) {
+  uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
+  return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
 }
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// NoAA Pass
+// GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-namespace {
-  /// NoAA - This class implements the -no-aa pass, which always returns "I
-  /// don't know" for alias queries.  NoAA is unlike other alias analysis
-  /// implementations, in that it does not chain to a previous analysis.  As
-  /// such it doesn't follow many of the rules that other alias analyses must.
-  ///
-  struct NoAA : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
-    static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-    NoAA() : ImmutablePass(ID) {}
-    explicit NoAA(char &PID) : ImmutablePass(PID) { }
-
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+/// Analyzes the specified value as a linear expression: "A*V + B", where A and
+/// B are constant integers.
+///
+/// Returns the scale and offset values as APInts and return V as a Value*, and
+/// return whether we looked through any sign or zero extends.  The incoming
+/// Value is known to have IntegerType and it may already be sign or zero
+/// extended.
+///
+/// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
+/// represented in the result.
+/*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::GetLinearExpression(
+    const Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, unsigned &ZExtBits,
+    unsigned &SExtBits, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
+    AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT, bool &NSW, bool &NUW) {
+  assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
+
+  // Limit our recursion depth.
+  if (Depth == 6) {
+    Scale = 1;
+    Offset = 0;
+    return V;
+  }
+
+  if (const ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
+    // if it's a constant, just convert it to an offset and remove the variable.
+    // If we've been called recursively the Offset bit width will be greater
+    // than the constant's (the Offset's always as wide as the outermost call),
+    // so we'll zext here and process any extension in the isa<SExtInst> &
+    // isa<ZExtInst> cases below.
+    Offset += Const->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
+    assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
+    return V;
+  }
+
+  if (const BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
+    if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
+
+      // If we've been called recursively then Offset and Scale will be wider
+      // that the BOp operands. We'll always zext it here as we'll process sign
+      // extensions below (see the isa<SExtInst> / isa<ZExtInst> cases).
+      APInt RHS = RHSC->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
+
+      switch (BOp->getOpcode()) {
+      default:
+        // We don't understand this instruction, so we can't decompose it any
+        // further.
+        Scale = 1;
+        Offset = 0;
+        return V;
+      case Instruction::Or:
+        // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
+        // analyze it.
+        if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
+                               BOp, DT)) {
+          Scale = 1;
+          Offset = 0;
+          return V;
+        }
+      // FALL THROUGH.
+      case Instruction::Add:
+        V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
+                                SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
+        Offset += RHS;
+        break;
+      case Instruction::Sub:
+        V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
+                                SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
+        Offset -= RHS;
+        break;
+      case Instruction::Mul:
+        V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
+                                SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
+        Offset *= RHS;
+        Scale *= RHS;
+        break;
+      case Instruction::Shl:
+        V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
+                                SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
+        Offset <<= RHS.getLimitedValue();
+        Scale <<= RHS.getLimitedValue();
+        // the semantics of nsw and nuw for left shifts don't match those of
+        // multiplications, so we won't propagate them.
+        NSW = NUW = false;
+        return V;
+      }
+
+      if (isa<OverflowingBinaryOperator>(BOp)) {
+        NUW &= BOp->hasNoUnsignedWrap();
+        NSW &= BOp->hasNoSignedWrap();
+      }
+      return V;
     }
+  }
 
-    virtual void initializePass() {
-      TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
+  // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
+  // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
+  // extensions have to be consistent though.
+  if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V)) {
+    Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
+    unsigned NewWidth = V->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
+    unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
+    unsigned OldZExtBits = ZExtBits, OldSExtBits = SExtBits;
+    const Value *Result =
+        GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, ZExtBits, SExtBits, DL,
+                            Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
+
+    // zext(zext(%x)) == zext(%x), and similiarly for sext; we'll handle this
+    // by just incrementing the number of bits we've extended by.
+    unsigned ExtendedBy = NewWidth - SmallWidth;
+
+    if (isa<SExtInst>(V) && ZExtBits == 0) {
+      // sext(sext(%x, a), b) == sext(%x, a + b)
+
+      if (NSW) {
+        // We haven't sign-wrapped, so it's valid to decompose sext(%x + c)
+        // into sext(%x) + sext(c). We'll sext the Offset ourselves:
+        unsigned OldWidth = Offset.getBitWidth();
+        Offset = Offset.trunc(SmallWidth).sext(NewWidth).zextOrSelf(OldWidth);
+      } else {
+        // We may have signed-wrapped, so don't decompose sext(%x + c) into
+        // sext(%x) + sext(c)
+        Scale = 1;
+        Offset = 0;
+        Result = CastOp;
+        ZExtBits = OldZExtBits;
+        SExtBits = OldSExtBits;
+      }
+      SExtBits += ExtendedBy;
+    } else {
+      // sext(zext(%x, a), b) = zext(zext(%x, a), b) = zext(%x, a + b)
+
+      if (!NUW) {
+        // We may have unsigned-wrapped, so don't decompose zext(%x + c) into
+        // zext(%x) + zext(c)
+        Scale = 1;
+        Offset = 0;
+        Result = CastOp;
+        ZExtBits = OldZExtBits;
+        SExtBits = OldSExtBits;
+      }
+      ZExtBits += ExtendedBy;
     }
 
-    virtual AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
-                              const Value *V2, unsigned V2Size) {
-      return MayAlias;
+    return Result;
+  }
+
+  Scale = 1;
+  Offset = 0;
+  return V;
+}
+
+/// If V is a symbolic pointer expression, decompose it into a base pointer
+/// with a constant offset and a number of scaled symbolic offsets.
+///
+/// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale
+/// in the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
+/// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As
+/// such, the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
+///
+/// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
+/// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
+/// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
+/// depth (MaxLookupSearchDepth). When DataLayout not is around, it just looks
+/// through pointer casts.
+/*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::DecomposeGEPExpression(
+    const Value *V, int64_t &BaseOffs,
+    SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, bool &MaxLookupReached,
+    const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
+  // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
+  unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
+  MaxLookupReached = false;
+  SearchTimes++;
+
+  BaseOffs = 0;
+  do {
+    // See if this is a bitcast or GEP.
+    const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
+    if (!Op) {
+      // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
+      if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
+        if (!GA->mayBeOverridden()) {
+          V = GA->getAliasee();
+          continue;
+        }
+      }
+      return V;
     }
 
-    virtual bool pointsToConstantMemory(const Value *P) { return false; }
-    virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
-                                       const Value *P, unsigned Size) {
-      return ModRef;
+    if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
+        Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
+      V = Op->getOperand(0);
+      continue;
     }
-    virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
-                                       ImmutableCallSite CS2) {
-      return ModRef;
+
+    const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
+    if (!GEPOp) {
+      // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
+      // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
+      if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
+        // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
+        // (these are both now available in this function, but this should be
+        // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
+        // provided also.
+        if (const Value *Simplified =
+                SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
+          V = Simplified;
+          continue;
+        }
+
+      return V;
     }
 
-    virtual void deleteValue(Value *V) {}
-    virtual void copyValue(Value *From, Value *To) {}
-    
-    /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
-    /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it should
-    /// override this to adjust the this pointer as needed for the specified pass
-    /// info.
-    virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(AnalysisID PI) {
-      if (PI ==  &AliasAnalysis::ID)
-        return (AliasAnalysis*)this;
-      return this;
+    // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
+    if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
+      return V;
+
+    unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
+    // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
+    gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
+    for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin() + 1, E = GEPOp->op_end();
+         I != E; ++I) {
+      const Value *Index = *I;
+      // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
+      if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
+        // For a struct, add the member offset.
+        unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
+        if (FieldNo == 0)
+          continue;
+
+        BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
+        continue;
+      }
+
+      // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
+      if (const ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
+        if (CIdx->isZero())
+          continue;
+        BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
+        continue;
+      }
+
+      uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
+      unsigned ZExtBits = 0, SExtBits = 0;
+
+      // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
+      // sign extended to pointer size.
+      unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
+      unsigned PointerSize = DL.getPointerSizeInBits(AS);
+      if (PointerSize > Width)
+        SExtBits += PointerSize - Width;
+
+      // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
+      APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
+      bool NSW = true, NUW = true;
+      Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, ZExtBits,
+                                  SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
+
+      // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
+      // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
+      BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue() * Scale;
+      Scale *= IndexScale.getSExtValue();
+
+      // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
+      // scale into it.  For example, we want to handle:
+      //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
+      // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
+      for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
+        if (VarIndices[i].V == Index && VarIndices[i].ZExtBits == ZExtBits &&
+            VarIndices[i].SExtBits == SExtBits) {
+          Scale += VarIndices[i].Scale;
+          VarIndices.erase(VarIndices.begin() + i);
+          break;
+        }
+      }
+
+      // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
+      // pointer size.
+      if (unsigned ShiftBits = 64 - PointerSize) {
+        Scale <<= ShiftBits;
+        Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
+      }
+
+      if (Scale) {
+        VariableGEPIndex Entry = {Index, ZExtBits, SExtBits,
+                                  static_cast<int64_t>(Scale)};
+        VarIndices.push_back(Entry);
+      }
     }
-  };
-}  // End of anonymous namespace
 
-// Register this pass...
-char NoAA::ID = 0;
-INITIALIZE_AG_PASS(NoAA, AliasAnalysis, "no-aa",
-                   "No Alias Analysis (always returns 'may' alias)",
-                   true, true, false);
+    // Analyze the base pointer next.
+    V = GEPOp->getOperand(0);
+  } while (--MaxLookup);
 
-ImmutablePass *llvm::createNoAAPass() { return new NoAA(); }
+  // If the chain of expressions is too deep, just return early.
+  MaxLookupReached = true;
+  SearchLimitReached++;
+  return V;
+}
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // BasicAliasAnalysis Pass
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#ifndef NDEBUG
-static const Function *getParent(const Value *V) {
-  if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
-    return inst->getParent()->getParent();
+// Register the pass...
+char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
+INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
+                         "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false,
+                         true, false)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
+INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
+INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
+                       "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false, true,
+                       false)
 
-  if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
-    return arg->getParent();
+ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
+  return new BasicAliasAnalysis();
+}
 
-  return NULL;
+/// Returns whether the given pointer value points to memory that is local to
+/// the function, with global constants being considered local to all
+/// functions.
+bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
+                                                bool OrLocal) {
+  assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
+
+  unsigned MaxLookup = 8;
+  SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
+  Worklist.push_back(Loc.Ptr);
+  do {
+    const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
+    if (!Visited.insert(V).second) {
+      Visited.clear();
+      return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
+    }
+
+    // An alloca instruction defines local memory.
+    if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
+      continue;
+
+    // A global constant counts as local memory for our purposes.
+    if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
+      // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
+      // global to be marked constant in some modules and non-constant in
+      // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
+      if (!GV->isConstant()) {
+        Visited.clear();
+        return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
+      }
+      continue;
+    }
+
+    // If both select values point to local memory, then so does the select.
+    if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
+      Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
+      Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
+      continue;
+    }
+
+    // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
+    // the phi.
+    if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
+      // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
+      if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
+        Visited.clear();
+        return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
+      }
+      for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
+        Worklist.push_back(IncValue);
+      continue;
+    }
+
+    // Otherwise be conservative.
+    Visited.clear();
+    return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
+
+  } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
+
+  Visited.clear();
+  return Worklist.empty();
+}
+
+// FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
+// some common utility location.
+static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
+                              const TargetLibraryInfo &TLI) {
+  if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
+      MS->getName() == "memset_pattern16") {
+    FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
+    if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
+        isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
+        isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
+        isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
+      return true;
+  }
+
+  return false;
 }
 
-static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
+/// Returns the behavior when calling the given call site.
+FunctionModRefBehavior
+BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
+  if (CS.doesNotAccessMemory())
+    // Can't do better than this.
+    return FMRB_DoesNotAccessMemory;
+
+  FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
+
+  // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
+  // than that.
+  if (CS.onlyReadsMemory())
+    Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
 
-  const Function *F1 = getParent(O1);
-  const Function *F2 = getParent(O2);
+  if (CS.onlyAccessesArgMemory())
+    Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
 
-  return !F1 || !F2 || F1 == F2;
+  // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
+  return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
 }
-#endif
-
-namespace {
-  /// BasicAliasAnalysis - This is the default alias analysis implementation.
-  /// Because it doesn't chain to a previous alias analysis (like -no-aa), it
-  /// derives from the NoAA class.
-  struct BasicAliasAnalysis : public NoAA {
-    static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-    BasicAliasAnalysis() : NoAA(ID) {}
-
-    AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
-                      const Value *V2, unsigned V2Size) {
-      assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
-      assert(notDifferentParent(V1, V2) &&
-             "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
-      AliasResult Alias = aliasCheck(V1, V1Size, V2, V2Size);
-      Visited.clear();
-      return Alias;
-    }
 
-    ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
-                               const Value *P, unsigned Size);
-    ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
-                               ImmutableCallSite CS2);
-
-    /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
-    /// global) or not.
-    bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
-
-    /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
-    /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it should
-    /// override this to adjust the this pointer as needed for the specified pass
-    /// info.
-    virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(AnalysisID PI) {
-      if (PI == &AliasAnalysis::ID)
-        return (AliasAnalysis*)this;
-      return this;
+/// Returns the behavior when calling the given function. For use when the call
+/// site is not known.
+FunctionModRefBehavior
+BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
+  // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
+  if (F->doesNotAccessMemory())
+    return FMRB_DoesNotAccessMemory;
+
+  FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
+
+  // If the function declares it only reads memory, go with that.
+  if (F->onlyReadsMemory())
+    Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
+
+  if (F->onlyAccessesArgMemory())
+    Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
+
+  const TargetLibraryInfo &TLI =
+      getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
+  if (isMemsetPattern16(F, TLI))
+    Min = FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees;
+
+  // Otherwise be conservative.
+  return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
+}
+
+ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
+                                                unsigned ArgIdx) {
+  if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
+    switch (II->getIntrinsicID()) {
+    default:
+      break;
+    case Intrinsic::memset:
+    case Intrinsic::memcpy:
+    case Intrinsic::memmove:
+      assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
+             "Invalid argument index for memory intrinsic");
+      return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
     }
-    
-  private:
-    // Visited - Track instructions visited by a aliasPHI, aliasSelect(), and aliasGEP().
-    SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
-
-    // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
-    // instruction against another.
-    AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, unsigned V1Size,
-                         const Value *V2, unsigned V2Size,
-                         const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
-
-    // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
-    // instruction against another.
-    AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, unsigned PNSize,
-                         const Value *V2, unsigned V2Size);
-
-    /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
-    AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, unsigned SISize,
-                            const Value *V2, unsigned V2Size);
-
-    AliasResult aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
-                           const Value *V2, unsigned V2Size);
-  };
-}  // End of anonymous namespace
 
-// Register this pass...
-char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
-INITIALIZE_AG_PASS(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
-                   "Basic Alias Analysis (default AA impl)",
-                   false, true, true);
+  // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
+  // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
+  // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
+  // whenever possible.
+  if (CS.getCalledFunction() &&
+      isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
+    assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
+           "Invalid argument index for memset_pattern16");
+    return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
+  }
+  // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
 
-ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
-  return new BasicAliasAnalysis();
+  return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
 }
 
+static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
+  const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
+  if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
+    return true;
 
-/// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
-/// global) or not.
-bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Value *P) {
-  if (const GlobalVariable *GV = 
-        dyn_cast<GlobalVariable>(P->getUnderlyingObject()))
-    // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
-    // global to be marked constant in some modules and non-constant in others.
-    // GV may even be a declaration, not a definition.
-    return GV->isConstant();
   return false;
 }
 
+bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
+  InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
+  return true;
+}
 
-/// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
-/// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
-/// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
-/// simple "address taken" analysis on local objects.
-AliasAnalysis::ModRefResult
-BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
-                                  const Value *P, unsigned Size) {
-  assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), P) &&
+/// Checks to see if the specified callsite can clobber the specified memory
+/// object.
+///
+/// Since we only look at local properties of this function, we really can't
+/// say much about this query.  We do, however, use simple "address taken"
+/// analysis on local objects.
+ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
+                                             const MemoryLocation &Loc) {
+  assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
 
-  const Value *Object = P->getUnderlyingObject();
-  
-  // If this is a tail call and P points to a stack location, we know that
+  const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
+
+  // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
   // the tail call cannot access or modify the local stack.
   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
   // the current function not to the current function, and a tail callee
@@ -314,8 +675,8 @@ BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
   if (isa<AllocaInst>(Object))
     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
       if (CI->isTailCall())
-        return NoModRef;
-  
+        return MRI_NoModRef;
+
   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
   // as an argument, and itself doesn't capture it.
@@ -325,249 +686,280 @@ BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
     unsigned ArgNo = 0;
     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
-      // Only look at the no-capture pointer arguments.
+      // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
+      // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
+      // couldn't be no-capture.
       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
-          !CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture))
+          (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
         continue;
-      
-      // If  this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
+
+      // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
       // escape.
-      if (!isNoAlias(cast<Value>(CI), UnknownSize, P, UnknownSize)) {
+      if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
         PassedAsArg = true;
         break;
       }
     }
-    
+
     if (!PassedAsArg)
-      return NoModRef;
+      return MRI_NoModRef;
   }
 
-  // Finally, handle specific knowledge of intrinsics.
-  const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
-  if (II == 0)
-    return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, P, Size);
-
-  switch (II->getIntrinsicID()) {
-  default: break;
-  case Intrinsic::memcpy:
-  case Intrinsic::memmove: {
-    unsigned Len = UnknownSize;
-    if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2)))
-      Len = LenCI->getZExtValue();
-    Value *Dest = II->getArgOperand(0);
-    Value *Src = II->getArgOperand(1);
-    if (isNoAlias(Dest, Len, P, Size)) {
-      if (isNoAlias(Src, Len, P, Size))
-        return NoModRef;
-      return Ref;
-    }
-    break;
-  }
-  case Intrinsic::memset:
-    // Since memset is 'accesses arguments' only, the AliasAnalysis base class
-    // will handle it for the variable length case.
-    if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2))) {
-      unsigned Len = LenCI->getZExtValue();
-      Value *Dest = II->getArgOperand(0);
-      if (isNoAlias(Dest, Len, P, Size))
-        return NoModRef;
-    }
-    break;
-  case Intrinsic::atomic_cmp_swap:
-  case Intrinsic::atomic_swap:
-  case Intrinsic::atomic_load_add:
-  case Intrinsic::atomic_load_sub:
-  case Intrinsic::atomic_load_and:
-  case Intrinsic::atomic_load_nand:
-  case Intrinsic::atomic_load_or:
-  case Intrinsic::atomic_load_xor:
-  case Intrinsic::atomic_load_max:
-  case Intrinsic::atomic_load_min:
-  case Intrinsic::atomic_load_umax:
-  case Intrinsic::atomic_load_umin:
-    if (TD) {
-      Value *Op1 = II->getArgOperand(0);
-      unsigned Op1Size = TD->getTypeStoreSize(Op1->getType());
-      if (isNoAlias(Op1, Op1Size, P, Size))
-        return NoModRef;
-    }
-    break;
-  case Intrinsic::lifetime_start:
-  case Intrinsic::lifetime_end:
-  case Intrinsic::invariant_start: {
-    unsigned PtrSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getZExtValue();
-    if (isNoAlias(II->getArgOperand(1), PtrSize, P, Size))
-      return NoModRef;
-    break;
-  }
-  case Intrinsic::invariant_end: {
-    unsigned PtrSize = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue();
-    if (isNoAlias(II->getArgOperand(2), PtrSize, P, Size))
-      return NoModRef;
-    break;
-  }
-  }
+  // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
+  // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
+  // particular memory location.
+  if (isAssumeIntrinsic(CS))
+    return MRI_NoModRef;
 
   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
-  return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, P, Size);
+  return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
 }
 
+ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
+                                             ImmutableCallSite CS2) {
+  // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
+  // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
+  // particular memory location.
+  if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
+    return MRI_NoModRef;
 
-AliasAnalysis::ModRefResult 
-BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
-                                  ImmutableCallSite CS2) {
-  // If CS1 or CS2 are readnone, they don't interact.
-  ModRefBehavior CS1B = AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS1);
-  if (CS1B == DoesNotAccessMemory) return NoModRef;
-  
-  ModRefBehavior CS2B = AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS2);
-  if (CS2B == DoesNotAccessMemory) return NoModRef;
-  
-  // If they both only read from memory, there is no dependence.
-  if (CS1B == OnlyReadsMemory && CS2B == OnlyReadsMemory)
-    return NoModRef;
-
-  AliasAnalysis::ModRefResult Mask = ModRef;
-
-  // If CS1 only reads memory, the only dependence on CS2 can be
-  // from CS1 reading memory written by CS2.
-  if (CS1B == OnlyReadsMemory)
-    Mask = ModRefResult(Mask & Ref);
-  
-  // If CS2 only access memory through arguments, accumulate the mod/ref
-  // information from CS1's references to the memory referenced by
-  // CS2's arguments.
-  if (CS2B == AccessesArguments) {
-    AliasAnalysis::ModRefResult R = NoModRef;
-    for (ImmutableCallSite::arg_iterator
-         I = CS2.arg_begin(), E = CS2.arg_end(); I != E; ++I) {
-      R = ModRefResult((R | getModRefInfo(CS1, *I, UnknownSize)) & Mask);
-      if (R == Mask)
-        break;
-    }
-    return R;
-  }
+  // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
+  return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
+}
 
-  // If CS1 only accesses memory through arguments, check if CS2 references
-  // any of the memory referenced by CS1's arguments. If not, return NoModRef.
-  if (CS1B == AccessesArguments) {
-    AliasAnalysis::ModRefResult R = NoModRef;
-    for (ImmutableCallSite::arg_iterator
-         I = CS1.arg_begin(), E = CS1.arg_end(); I != E; ++I)
-      if (getModRefInfo(CS2, *I, UnknownSize) != NoModRef) {
-        R = Mask;
-        break;
-      }
-    if (R == NoModRef)
-      return R;
-  }
+/// Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP operators,
+/// both having the exact same pointer operand.
+static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
+                                            uint64_t V1Size,
+                                            const GEPOperator *GEP2,
+                                            uint64_t V2Size,
+                                            const DataLayout &DL) {
+
+  assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
+         "Expected GEPs with the same pointer operand");
+
+  // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
+  // such that the struct field accesses provably cannot alias.
+  // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
+  if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
+      GEP1->getNumIndices() < 2)
+    return MayAlias;
 
-  // Otherwise, fall back to NoAA (mod+ref).
-  return ModRefResult(NoAA::getModRefInfo(CS1, CS2) & Mask);
-}
+  // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
+  // determine whether the struct fields accessed can't alias.
+  if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
+      V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
+    return MayAlias;
 
-/// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
-/// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
-/// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
-/// difference between the two pointers. 
-static void GetIndexDifference(
-                      SmallVectorImpl<std::pair<const Value*, int64_t> > &Dest,
-                const SmallVectorImpl<std::pair<const Value*, int64_t> > &Src) {
-  if (Src.empty()) return;
+  ConstantInt *C1 =
+      dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
+  ConstantInt *C2 =
+      dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
 
-  for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
-    const Value *V = Src[i].first;
-    int64_t Scale = Src[i].second;
-    
-    // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
-    // than a few variable indexes.
-    for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
-      if (Dest[j].first != V) continue;
-      
-      // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
-      // goes to zero, remove the entry.
-      if (Dest[j].second != Scale)
-        Dest[j].second -= Scale;
-      else
-        Dest.erase(Dest.begin()+j);
-      Scale = 0;
-      break;
-    }
-    
-    // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
-    if (Scale)
-      Dest.push_back(std::make_pair(V, -Scale));
+  // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
+  // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
+  // equal, so the GEPs can alias.
+  if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
+    return MayAlias;
+
+  // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
+  // you stripped the last index.
+  // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
+  // than an array, different indices can lead to different final types.
+  SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
+
+  // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
+  // through it as it only drops the pointer indirection.
+  assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
+  IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
+
+  // Insert all the remaining indices but the last one.
+  // Also, check that they all index through arrays.
+  for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
+    if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
+            GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
+      return MayAlias;
+    IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
   }
-}
 
-/// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
-/// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
-/// anything about V2.  UnderlyingV1 is GEP1->getUnderlyingObject(),
-/// UnderlyingV2 is the same for V2.
-///
-AliasAnalysis::AliasResult
-BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, unsigned V1Size,
-                             const Value *V2, unsigned V2Size,
-                             const Value *UnderlyingV1,
-                             const Value *UnderlyingV2) {
-  // If this GEP has been visited before, we're on a use-def cycle.
-  // Such cycles are only valid when PHI nodes are involved or in unreachable
-  // code. The visitPHI function catches cycles containing PHIs, but there
-  // could still be a cycle without PHIs in unreachable code.
-  if (!Visited.insert(GEP1))
+  StructType *LastIndexedStruct =
+      dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
+          GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
+
+  if (!LastIndexedStruct)
     return MayAlias;
 
-  int64_t GEP1BaseOffset;
-  SmallVector<std::pair<const Value*, int64_t>, 4> GEP1VariableIndices;
+  // We know that:
+  // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
+  // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
+  // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
+  // - both GEPs only index through arrays prior to that.
+  //
+  // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
+  // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
+  // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
+  // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
+
+  // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
+  // alias is that the fields are not overlapping.
+  const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
+  const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
+  const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
+  const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
+
+  auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
+                                      uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
+    return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
+           ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
+            (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
+  };
 
-  // If we have two gep instructions with must-alias'ing base pointers, figure
-  // out if the indexes to the GEP tell us anything about the derived pointer.
+  if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
+      EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
+    return NoAlias;
+
+  return MayAlias;
+}
+
+/// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction against
+/// another pointer.
+///
+/// We know that V1 is a GEP, but we don't know anything about V2.
+/// UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL), UnderlyingV2 is the same for
+/// V2.
+AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
+    const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
+    const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
+    const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
+  int64_t GEP1BaseOffset;
+  bool GEP1MaxLookupReached;
+  SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
+
+  // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
+  // different functions.
+  // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
+  // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
+  // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
+  // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
+  // this isn't really a clean solution.
+  AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
+  AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
+  if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
+    AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
+        const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
+  if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
+    AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
+        const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
+
+  DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
+      getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
+  DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
+
+  // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
+  // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
+  // derived pointer.
   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
     // Do the base pointers alias?
-    AliasResult BaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize,
-                                       UnderlyingV2, UnknownSize);
-    
+    AliasResult BaseAlias =
+        aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
+                   UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
+
+    // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
+    // identical.
+    if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
+      // Do the base pointers alias assuming type and size.
+      AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size, V1AAInfo,
+                                                UnderlyingV2, V2Size, V2AAInfo);
+      if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
+        // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
+        // relation of the resulting pointer.
+        int64_t GEP2BaseOffset;
+        bool GEP2MaxLookupReached;
+        SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
+        const Value *GEP2BasePtr =
+            DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
+                                   GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
+        const Value *GEP1BasePtr =
+            DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
+                                   GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
+        // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
+        // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
+        if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
+          assert(!DL &&
+                 "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
+          return MayAlias;
+        }
+        // If the max search depth is reached the result is undefined
+        if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
+          return MayAlias;
+
+        // Same offsets.
+        if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
+            GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
+          return NoAlias;
+        GEP1VariableIndices.clear();
+      }
+    }
+
     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
     // will improve this situation.
-    if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
-    
+    if (BaseAlias != MustAlias)
+      return BaseAlias;
+
     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
     // about the relation of the resulting pointer.
     const Value *GEP1BasePtr =
-      DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices, TD);
-    
+        DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
+                               GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
+
     int64_t GEP2BaseOffset;
-    SmallVector<std::pair<const Value*, int64_t>, 4> GEP2VariableIndices;
+    bool GEP2MaxLookupReached;
+    SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
     const Value *GEP2BasePtr =
-      DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices, TD);
-    
-    // If DecomposeGEPExpression isn't able to look all the way through the
-    // addressing operation, we must not have TD and this is too complex for us
-    // to handle without it.
+        DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
+                               GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
+
+    // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
+    // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
-      assert(TD == 0 &&
-             "DecomposeGEPExpression and getUnderlyingObject disagree!");
+      assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
       return MayAlias;
     }
-    
+
+    // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
+    // just the same underlying object), see if that tells us anything about
+    // the resulting pointers.
+    if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
+      AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
+      // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
+      if (R != MayAlias)
+        return R;
+    }
+
+    // If the max search depth is reached the result is undefined
+    if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
+      return MayAlias;
+
     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
     // symbolic difference.
     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
-    
+
   } else {
     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
     // pointer, we know they cannot alias.
 
     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
-    if (V1Size == UnknownSize && V2Size == UnknownSize)
+    if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
+        V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
       return MayAlias;
 
-    AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, V2, V2Size);
+    AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
+                               AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
     if (R != MustAlias)
       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
@@ -577,18 +969,20 @@ BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, unsigned V1Size,
       return R;
 
     const Value *GEP1BasePtr =
-      DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices, TD);
-    
-    // If DecomposeGEPExpression isn't able to look all the way through the
-    // addressing operation, we must not have TD and this is too complex for us
-    // to handle without it.
+        DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
+                               GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
+
+    // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
+    // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
-      assert(TD == 0 &&
-             "DecomposeGEPExpression and getUnderlyingObject disagree!");
+      assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
       return MayAlias;
     }
+    // If the max search depth is reached the result is undefined
+    if (GEP1MaxLookupReached)
+      return MayAlias;
   }
-  
+
   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
@@ -598,127 +992,234 @@ BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, unsigned V1Size,
   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
     return MustAlias;
 
-  // If we have a known constant offset, see if this offset is larger than the
-  // access size being queried.  If so, and if no variable indices can remove
-  // pieces of this constant, then we know we have a no-alias.  For example,
-  //   &A[100] != &A.
-  
-  // In order to handle cases like &A[100][i] where i is an out of range
-  // subscript, we have to ignore all constant offset pieces that are a multiple
-  // of a scaled index.  Do this by removing constant offsets that are a
-  // multiple of any of our variable indices.  This allows us to transform
-  // things like &A[i][1] because i has a stride of (e.g.) 8 bytes but the 1
-  // provides an offset of 4 bytes (assuming a <= 4 byte access).
-  for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size();
-       i != e && GEP1BaseOffset;++i)
-    if (int64_t RemovedOffset = GEP1BaseOffset/GEP1VariableIndices[i].second)
-      GEP1BaseOffset -= RemovedOffset*GEP1VariableIndices[i].second;
-  
-  // If our known offset is bigger than the access size, we know we don't have
-  // an alias.
-  if (GEP1BaseOffset) {
-    if (GEP1BaseOffset >= (int64_t)V2Size ||
-        GEP1BaseOffset <= -(int64_t)V1Size)
+  // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
+  // is less than the size of the associated memory object, then we know
+  // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
+  // greater, we know they do not overlap.
+  if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
+    if (GEP1BaseOffset >= 0) {
+      if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
+        if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
+          return PartialAlias;
+        return NoAlias;
+      }
+    } else {
+      // We have the situation where:
+      // +                +
+      // | BaseOffset     |
+      // ---------------->|
+      // |-->V1Size       |-------> V2Size
+      // GEP1             V2
+      // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
+      // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
+      if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+          V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
+        if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
+          return PartialAlias;
+        return NoAlias;
+      }
+    }
+  }
+
+  if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
+    uint64_t Modulo = 0;
+    bool AllPositive = true;
+    for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
+
+      // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
+      // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
+      // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
+      // be ^'ing Modulo with itself later.
+      Modulo |= (uint64_t)GEP1VariableIndices[i].Scale;
+
+      if (AllPositive) {
+        // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
+        // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
+        // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
+        const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
+
+        bool SignKnownZero, SignKnownOne;
+        ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
+                       0, AC1, nullptr, DT);
+
+        // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
+        // bit to zero.
+        bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].ZExtBits > 0 || isa<ZExtInst>(V);
+        SignKnownZero |= IsZExt;
+        SignKnownOne &= !IsZExt;
+
+        // If the variable begins with a zero then we know it's
+        // positive, regardless of whether the value is signed or
+        // unsigned.
+        int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
+        AllPositive =
+            (SignKnownZero && Scale >= 0) || (SignKnownOne && Scale < 0);
+      }
+    }
+
+    Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
+
+    // We can compute the difference between the two addresses
+    // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
+    // two locations do not alias.
+    uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
+    if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+        V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
+        V1Size <= Modulo - ModOffset)
+      return NoAlias;
+
+    // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
+    // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
+    // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
+    if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t)GEP1BaseOffset)
+      return NoAlias;
+
+    if (constantOffsetHeuristic(GEP1VariableIndices, V1Size, V2Size,
+                                GEP1BaseOffset, DL, AC1, DT))
       return NoAlias;
   }
-  
-  return MayAlias;
+
+  // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
+  // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
+  // little tricks above worked.
+  //
+  // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
+  // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
+  // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
+  return PartialAlias;
 }
 
-/// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
-/// instruction against another.
-AliasAnalysis::AliasResult
-BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI, unsigned SISize,
-                                const Value *V2, unsigned V2Size) {
-  // If this select has been visited before, we're on a use-def cycle.
-  // Such cycles are only valid when PHI nodes are involved or in unreachable
-  // code. The visitPHI function catches cycles containing PHIs, but there
-  // could still be a cycle without PHIs in unreachable code.
-  if (!Visited.insert(SI))
-    return MayAlias;
+static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
+  // If the results agree, take it.
+  if (A == B)
+    return A;
+  // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
+  if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
+      (B == PartialAlias && A == MustAlias))
+    return PartialAlias;
+  // Otherwise, we don't know anything.
+  return MayAlias;
+}
 
+/// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select instruction
+/// against another.
+AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
+                                            uint64_t SISize,
+                                            const AAMDNodes &SIAAInfo,
+                                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
+                                            const AAMDNodes &V2AAInfo) {
   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
-      AliasResult Alias =
-        aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize,
-                   SI2->getTrueValue(), V2Size);
+      AliasResult Alias = aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
+                                     SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
       if (Alias == MayAlias)
         return MayAlias;
       AliasResult ThisAlias =
-        aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize,
-                   SI2->getFalseValue(), V2Size);
-      if (ThisAlias != Alias)
-        return MayAlias;
-      return Alias;
+          aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
+                     SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
+      return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
     }
 
   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
   AliasResult Alias =
-    aliasCheck(V2, V2Size, SI->getTrueValue(), SISize);
+      aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
   if (Alias == MayAlias)
     return MayAlias;
 
-  // If V2 is visited, the recursive case will have been caught in the
-  // above aliasCheck call, so these subsequent calls to aliasCheck
-  // don't need to assume that V2 is being visited recursively.
-  Visited.erase(V2);
-
   AliasResult ThisAlias =
-    aliasCheck(V2, V2Size, SI->getFalseValue(), SISize);
-  if (ThisAlias != Alias)
-    return MayAlias;
-  return Alias;
+      aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
+  return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
 }
 
-// aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
-// against another.
-AliasAnalysis::AliasResult
-BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, unsigned PNSize,
-                             const Value *V2, unsigned V2Size) {
-  // The PHI node has already been visited, avoid recursion any further.
-  if (!Visited.insert(PN))
-    return MayAlias;
+/// Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction against
+/// another.
+AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
+                                         const AAMDNodes &PNAAInfo,
+                                         const Value *V2, uint64_t V2Size,
+                                         const AAMDNodes &V2AAInfo) {
+  // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
+  // value equivalence.
+  VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
 
   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
   // on corresponding edges.
   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
-      AliasResult Alias =
-        aliasCheck(PN->getIncomingValue(0), PNSize,
-                   PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(0)),
-                   V2Size);
-      if (Alias == MayAlias)
-        return MayAlias;
-      for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
+      LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
+                   MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
+      if (PN > V2)
+        std::swap(Locs.first, Locs.second);
+      // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
+      // NoAlias.
+      // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
+      // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
+      // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
+      // that causes a MayAlias.
+      // Pretend the phis do not alias.
+      AliasResult Alias = NoAlias;
+      assert(AliasCache.count(Locs) &&
+             "There must exist an entry for the phi node");
+      AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
+      AliasCache[Locs] = NoAlias;
+
+      for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
         AliasResult ThisAlias =
-          aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize,
-                     PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
-                     V2Size);
-        if (ThisAlias != Alias)
-          return MayAlias;
+            aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
+                       PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
+                       V2Size, V2AAInfo);
+        Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
+        if (Alias == MayAlias)
+          break;
       }
+
+      // Reset if speculation failed.
+      if (Alias != NoAlias)
+        AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
+
       return Alias;
     }
 
-  SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
-  SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
-  for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
-    Value *PV1 = PN->getIncomingValue(i);
+  SmallPtrSet<Value *, 4> UniqueSrc;
+  SmallVector<Value *, 4> V1Srcs;
+  bool isRecursive = false;
+  for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
     if (isa<PHINode>(PV1))
       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
       // and 'n' are the number of PHI sources.
       return MayAlias;
-    if (UniqueSrc.insert(PV1))
+
+    if (EnableRecPhiAnalysis)
+      if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
+        // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
+        // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
+        // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
+        // below.
+        if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
+            isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
+          isRecursive = true;
+          continue;
+        }
+      }
+
+    if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
       V1Srcs.push_back(PV1);
   }
 
-  AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V1Srcs[0], PNSize);
+  // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
+  // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
+  // pointer to.
+  if (isRecursive)
+    PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
+
+  AliasResult Alias =
+      aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
+
   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
   // Other results are not possible.
   if (Alias == MayAlias)
@@ -729,25 +1230,22 @@ BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, unsigned PNSize,
   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
     Value *V = V1Srcs[i];
 
-    // If V2 is visited, the recursive case will have been caught in the
-    // above aliasCheck call, so these subsequent calls to aliasCheck
-    // don't need to assume that V2 is being visited recursively.
-    Visited.erase(V2);
-
-    AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V, PNSize);
-    if (ThisAlias != Alias || ThisAlias == MayAlias)
-      return MayAlias;
+    AliasResult ThisAlias =
+        aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V, PNSize, PNAAInfo);
+    Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
+    if (Alias == MayAlias)
+      break;
   }
 
   return Alias;
 }
 
-// aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
-// such as array references.
-//
-AliasAnalysis::AliasResult
-BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
-                               const Value *V2, unsigned V2Size) {
+/// Provideis a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases, such as
+/// array references.
+AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
+                                           AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
+                                           uint64_t V2Size,
+                                           AAMDNodes V2AAInfo) {
   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
   // pointer values are.
   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
@@ -757,15 +1255,26 @@ BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
   V1 = V1->stripPointerCasts();
   V2 = V2->stripPointerCasts();
 
+  // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
+  // value for undef that aliases nothing in the program.
+  if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
+    return NoAlias;
+
   // Are we checking for alias of the same value?
-  if (V1 == V2) return MustAlias;
+  // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
+  // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
+  // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
+  // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
+  // reach the value.
+  if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
+    return MustAlias;
 
   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
-    return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
+    return NoAlias; // Scalars cannot alias each other
 
   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
-  const Value *O1 = V1->getUnderlyingObject();
-  const Value *O2 = V2->getUnderlyingObject();
+  const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
+  const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
 
   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
   // don't alias any other pointer.
@@ -786,17 +1295,17 @@ BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
       return NoAlias;
 
-    // Arguments can't alias with local allocations or noalias calls
-    // in the same function.
-    if (((isa<Argument>(O1) && (isa<AllocaInst>(O2) || isNoAliasCall(O2))) ||
-         (isa<Argument>(O2) && (isa<AllocaInst>(O1) || isNoAliasCall(O1)))))
+    // Function arguments can't alias with things that are known to be
+    // unambigously identified at the function level.
+    if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
+        (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
       return NoAlias;
 
     // Most objects can't alias null.
     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
       return NoAlias;
-  
+
     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
     // non-escaping local object within the same function, then we know the
     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
@@ -814,37 +1323,207 @@ BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
 
   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
-  if (TD)
-    if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *TD)) ||
-        (V2Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *TD)))
+  if (DL)
+    if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+         isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
+        (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+         isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
       return NoAlias;
-  
+
+  // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
+  // otherwise infinitely recursive queries.
+  LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
+               MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
+  if (V1 > V2)
+    std::swap(Locs.first, Locs.second);
+  std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
+      AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
+  if (!Pair.second)
+    return Pair.first->second;
+
   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
     std::swap(V1, V2);
     std::swap(V1Size, V2Size);
     std::swap(O1, O2);
+    std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
+  }
+  if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
+    AliasResult Result =
+        aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
+    if (Result != MayAlias)
+      return AliasCache[Locs] = Result;
   }
-  if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1))
-    return aliasGEP(GV1, V1Size, V2, V2Size, O1, O2);
 
   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
     std::swap(V1, V2);
     std::swap(V1Size, V2Size);
+    std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
+  }
+  if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
+    AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
+    if (Result != MayAlias)
+      return AliasCache[Locs] = Result;
   }
-  if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1))
-    return aliasPHI(PN, V1Size, V2, V2Size);
 
   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
     std::swap(V1, V2);
     std::swap(V1Size, V2Size);
+    std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
+  }
+  if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
+    AliasResult Result =
+        aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
+    if (Result != MayAlias)
+      return AliasCache[Locs] = Result;
   }
-  if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1))
-    return aliasSelect(S1, V1Size, V2, V2Size);
 
-  return MayAlias;
+  // If both pointers are pointing into the same object and one of them
+  // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
+  // overlap in some way.
+  if (DL && O1 == O2)
+    if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+         isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
+        (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
+         isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
+      return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
+
+  AliasResult Result =
+      AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
+                           MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
+  return AliasCache[Locs] = Result;
+}
+
+/// Check whether two Values can be considered equivalent.
+///
+/// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks whether
+/// they can not be part of a cycle in the value graph by looking at all
+/// visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the value. We
+/// have to do this because we are looking through phi nodes (That is we say
+/// noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
+bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
+                                                       const Value *V2) {
+  if (V != V2)
+    return false;
+
+  const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
+  if (!Inst)
+    return true;
+
+  if (VisitedPhiBBs.empty())
+    return true;
+
+  if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
+    return false;
+
+  // Use dominance or loop info if available.
+  DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
+      getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
+  DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
+  auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
+  LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
+
+  // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
+  // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
+  // phi nodes could be involved in.
+  for (auto *P : VisitedPhiBBs)
+    if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
+      return false;
+
+  return true;
+}
+
+/// Computes the symbolic difference between two de-composed GEPs.
+///
+/// Dest and Src are the variable indices from two decomposed GetElementPtr
+/// instructions GEP1 and GEP2 which have common base pointers.
+void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
+    SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
+    const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
+  if (Src.empty())
+    return;
+
+  for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
+    const Value *V = Src[i].V;
+    unsigned ZExtBits = Src[i].ZExtBits, SExtBits = Src[i].SExtBits;
+    int64_t Scale = Src[i].Scale;
+
+    // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
+    // than a few variable indexes.
+    for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
+      if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
+          Dest[j].ZExtBits != ZExtBits || Dest[j].SExtBits != SExtBits)
+        continue;
+
+      // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
+      // goes to zero, remove the entry.
+      if (Dest[j].Scale != Scale)
+        Dest[j].Scale -= Scale;
+      else
+        Dest.erase(Dest.begin() + j);
+      Scale = 0;
+      break;
+    }
+
+    // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
+    if (Scale) {
+      VariableGEPIndex Entry = {V, ZExtBits, SExtBits, -Scale};
+      Dest.push_back(Entry);
+    }
+  }
 }
 
-// Make sure that anything that uses AliasAnalysis pulls in this file.
-DEFINING_FILE_FOR(BasicAliasAnalysis)
+bool BasicAliasAnalysis::constantOffsetHeuristic(
+    const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, uint64_t V1Size,
+    uint64_t V2Size, int64_t BaseOffset, const DataLayout *DL,
+    AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
+  if (VarIndices.size() != 2 || V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
+      V2Size == MemoryLocation::UnknownSize || !DL)
+    return false;
+
+  const VariableGEPIndex &Var0 = VarIndices[0], &Var1 = VarIndices[1];
+
+  if (Var0.ZExtBits != Var1.ZExtBits || Var0.SExtBits != Var1.SExtBits ||
+      Var0.Scale != -Var1.Scale)
+    return false;
+
+  unsigned Width = Var1.V->getType()->getIntegerBitWidth();
+
+  // We'll strip off the Extensions of Var0 and Var1 and do another round
+  // of GetLinearExpression decomposition. In the example above, if Var0
+  // is zext(%x + 1) we should get V1 == %x and V1Offset == 1.
+
+  APInt V0Scale(Width, 0), V0Offset(Width, 0), V1Scale(Width, 0),
+      V1Offset(Width, 0);
+  bool NSW = true, NUW = true;
+  unsigned V0ZExtBits = 0, V0SExtBits = 0, V1ZExtBits = 0, V1SExtBits = 0;
+  const Value *V0 = GetLinearExpression(Var0.V, V0Scale, V0Offset, V0ZExtBits,
+                                        V0SExtBits, *DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
+  NSW = true, NUW = true;
+  const Value *V1 = GetLinearExpression(Var1.V, V1Scale, V1Offset, V1ZExtBits,
+                                        V1SExtBits, *DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
+
+  if (V0Scale != V1Scale || V0ZExtBits != V1ZExtBits ||
+      V0SExtBits != V1SExtBits || !isValueEqualInPotentialCycles(V0, V1))
+    return false;
+
+  // We have a hit - Var0 and Var1 only differ by a constant offset!
+
+  // If we've been sext'ed then zext'd the maximum difference between Var0 and
+  // Var1 is possible to calculate, but we're just interested in the absolute
+  // minumum difference between the two. The minimum distance may occur due to
+  // wrapping; consider "add i3 %i, 5": if %i == 7 then 7 + 5 mod 8 == 4, and so
+  // the minimum distance between %i and %i + 5 is 3.
+  APInt MinDiff = V0Offset - V1Offset,
+        Wrapped = APInt::getMaxValue(Width) - MinDiff + APInt(Width, 1);
+  MinDiff = APIntOps::umin(MinDiff, Wrapped);
+  uint64_t MinDiffBytes = MinDiff.getZExtValue() * std::abs(Var0.Scale);
+
+  // We can't definitely say whether GEP1 is before or after V2 due to wrapping
+  // arithmetic (i.e. for some values of GEP1 and V2 GEP1 < V2, and for other
+  // values GEP1 > V2). We'll therefore only declare NoAlias if both V1Size and
+  // V2Size can fit in the MinDiffBytes gap.
+  return V1Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes &&
+         V2Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes;
+}