[GlobalOpt] Coding style - remove function names from doxygen comments
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / IPO / GlobalOpt.cpp
1 //===- GlobalOpt.cpp - Optimize Global Variables --------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass transforms simple global variables that never have their address
11 // taken.  If obviously true, it marks read/write globals as constant, deletes
12 // variables only stored to, etc.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
21 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
22 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
23 #include "llvm/Analysis/ConstantFolding.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
25 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
26 #include "llvm/IR/CallSite.h"
27 #include "llvm/IR/CallingConv.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/Module.h"
35 #include "llvm/IR/Operator.h"
36 #include "llvm/IR/ValueHandle.h"
37 #include "llvm/Pass.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
40 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
41 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/CtorUtils.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/GlobalStatus.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/ModuleUtils.h"
45 #include <algorithm>
46 #include <deque>
47 using namespace llvm;
48
49 #define DEBUG_TYPE "globalopt"
50
51 STATISTIC(NumMarked    , "Number of globals marked constant");
52 STATISTIC(NumUnnamed   , "Number of globals marked unnamed_addr");
53 STATISTIC(NumSRA       , "Number of aggregate globals broken into scalars");
54 STATISTIC(NumHeapSRA   , "Number of heap objects SRA'd");
55 STATISTIC(NumSubstitute,"Number of globals with initializers stored into them");
56 STATISTIC(NumDeleted   , "Number of globals deleted");
57 STATISTIC(NumFnDeleted , "Number of functions deleted");
58 STATISTIC(NumGlobUses  , "Number of global uses devirtualized");
59 STATISTIC(NumLocalized , "Number of globals localized");
60 STATISTIC(NumShrunkToBool  , "Number of global vars shrunk to booleans");
61 STATISTIC(NumFastCallFns   , "Number of functions converted to fastcc");
62 STATISTIC(NumCtorsEvaluated, "Number of static ctors evaluated");
63 STATISTIC(NumNestRemoved   , "Number of nest attributes removed");
64 STATISTIC(NumAliasesResolved, "Number of global aliases resolved");
65 STATISTIC(NumAliasesRemoved, "Number of global aliases eliminated");
66 STATISTIC(NumCXXDtorsRemoved, "Number of global C++ destructors removed");
67
68 namespace {
69   struct GlobalOpt : public ModulePass {
70     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
71       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
72     }
73     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
74     GlobalOpt() : ModulePass(ID) {
75       initializeGlobalOptPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
76     }
77
78     bool runOnModule(Module &M) override;
79
80   private:
81     bool OptimizeFunctions(Module &M);
82     bool OptimizeGlobalVars(Module &M);
83     bool OptimizeGlobalAliases(Module &M);
84     bool ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI);
85     bool ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,Module::global_iterator &GVI,
86                                const GlobalStatus &GS);
87     bool OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn);
88
89     TargetLibraryInfo *TLI;
90     SmallSet<const Comdat *, 8> NotDiscardableComdats;
91   };
92 }
93
94 char GlobalOpt::ID = 0;
95 INITIALIZE_PASS_BEGIN(GlobalOpt, "globalopt",
96                 "Global Variable Optimizer", false, false)
97 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
98 INITIALIZE_PASS_END(GlobalOpt, "globalopt",
99                 "Global Variable Optimizer", false, false)
100
101 ModulePass *llvm::createGlobalOptimizerPass() { return new GlobalOpt(); }
102
103 /// Is this global variable possibly used by a leak checker as a root?  If so,
104 /// we might not really want to eliminate the stores to it.
105 static bool isLeakCheckerRoot(GlobalVariable *GV) {
106   // A global variable is a root if it is a pointer, or could plausibly contain
107   // a pointer.  There are two challenges; one is that we could have a struct
108   // the has an inner member which is a pointer.  We recurse through the type to
109   // detect these (up to a point).  The other is that we may actually be a union
110   // of a pointer and another type, and so our LLVM type is an integer which
111   // gets converted into a pointer, or our type is an [i8 x #] with a pointer
112   // potentially contained here.
113
114   if (GV->hasPrivateLinkage())
115     return false;
116
117   SmallVector<Type *, 4> Types;
118   Types.push_back(cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType());
119
120   unsigned Limit = 20;
121   do {
122     Type *Ty = Types.pop_back_val();
123     switch (Ty->getTypeID()) {
124       default: break;
125       case Type::PointerTyID: return true;
126       case Type::ArrayTyID:
127       case Type::VectorTyID: {
128         SequentialType *STy = cast<SequentialType>(Ty);
129         Types.push_back(STy->getElementType());
130         break;
131       }
132       case Type::StructTyID: {
133         StructType *STy = cast<StructType>(Ty);
134         if (STy->isOpaque()) return true;
135         for (StructType::element_iterator I = STy->element_begin(),
136                  E = STy->element_end(); I != E; ++I) {
137           Type *InnerTy = *I;
138           if (isa<PointerType>(InnerTy)) return true;
139           if (isa<CompositeType>(InnerTy))
140             Types.push_back(InnerTy);
141         }
142         break;
143       }
144     }
145     if (--Limit == 0) return true;
146   } while (!Types.empty());
147   return false;
148 }
149
150 /// Given a value that is stored to a global but never read, determine whether
151 /// it's safe to remove the store and the chain of computation that feeds the
152 /// store.
153 static bool IsSafeComputationToRemove(Value *V, const TargetLibraryInfo *TLI) {
154   do {
155     if (isa<Constant>(V))
156       return true;
157     if (!V->hasOneUse())
158       return false;
159     if (isa<LoadInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V) ||
160         isa<GlobalValue>(V))
161       return false;
162     if (isAllocationFn(V, TLI))
163       return true;
164
165     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
166     if (I->mayHaveSideEffects())
167       return false;
168     if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
169       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
170         return false;
171     } else if (I->getNumOperands() != 1) {
172       return false;
173     }
174
175     V = I->getOperand(0);
176   } while (1);
177 }
178
179 /// This GV is a pointer root.  Loop over all users of the global and clean up
180 /// any that obviously don't assign the global a value that isn't dynamically
181 /// allocated.
182 static bool CleanupPointerRootUsers(GlobalVariable *GV,
183                                     const TargetLibraryInfo *TLI) {
184   // A brief explanation of leak checkers.  The goal is to find bugs where
185   // pointers are forgotten, causing an accumulating growth in memory
186   // usage over time.  The common strategy for leak checkers is to whitelist the
187   // memory pointed to by globals at exit.  This is popular because it also
188   // solves another problem where the main thread of a C++ program may shut down
189   // before other threads that are still expecting to use those globals.  To
190   // handle that case, we expect the program may create a singleton and never
191   // destroy it.
192
193   bool Changed = false;
194
195   // If Dead[n].first is the only use of a malloc result, we can delete its
196   // chain of computation and the store to the global in Dead[n].second.
197   SmallVector<std::pair<Instruction *, Instruction *>, 32> Dead;
198
199   // Constants can't be pointers to dynamically allocated memory.
200   for (Value::user_iterator UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end();
201        UI != E;) {
202     User *U = *UI++;
203     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
204       Value *V = SI->getValueOperand();
205       if (isa<Constant>(V)) {
206         Changed = true;
207         SI->eraseFromParent();
208       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
209         if (I->hasOneUse())
210           Dead.push_back(std::make_pair(I, SI));
211       }
212     } else if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(U)) {
213       if (isa<Constant>(MSI->getValue())) {
214         Changed = true;
215         MSI->eraseFromParent();
216       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MSI->getValue())) {
217         if (I->hasOneUse())
218           Dead.push_back(std::make_pair(I, MSI));
219       }
220     } else if (MemTransferInst *MTI = dyn_cast<MemTransferInst>(U)) {
221       GlobalVariable *MemSrc = dyn_cast<GlobalVariable>(MTI->getSource());
222       if (MemSrc && MemSrc->isConstant()) {
223         Changed = true;
224         MTI->eraseFromParent();
225       } else if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(MemSrc)) {
226         if (I->hasOneUse())
227           Dead.push_back(std::make_pair(I, MTI));
228       }
229     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
230       if (CE->use_empty()) {
231         CE->destroyConstant();
232         Changed = true;
233       }
234     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
235       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
236         C->destroyConstant();
237         // This could have invalidated UI, start over from scratch.
238         Dead.clear();
239         CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
240         return true;
241       }
242     }
243   }
244
245   for (int i = 0, e = Dead.size(); i != e; ++i) {
246     if (IsSafeComputationToRemove(Dead[i].first, TLI)) {
247       Dead[i].second->eraseFromParent();
248       Instruction *I = Dead[i].first;
249       do {
250         if (isAllocationFn(I, TLI))
251           break;
252         Instruction *J = dyn_cast<Instruction>(I->getOperand(0));
253         if (!J)
254           break;
255         I->eraseFromParent();
256         I = J;
257       } while (1);
258       I->eraseFromParent();
259     }
260   }
261
262   return Changed;
263 }
264
265 /// We just marked GV constant.  Loop over all users of the global, cleaning up
266 /// the obvious ones.  This is largely just a quick scan over the use list to
267 /// clean up the easy and obvious cruft.  This returns true if it made a change.
268 static bool CleanupConstantGlobalUsers(Value *V, Constant *Init,
269                                        const DataLayout &DL,
270                                        TargetLibraryInfo *TLI) {
271   bool Changed = false;
272   // Note that we need to use a weak value handle for the worklist items. When
273   // we delete a constant array, we may also be holding pointer to one of its
274   // elements (or an element of one of its elements if we're dealing with an
275   // array of arrays) in the worklist.
276   SmallVector<WeakVH, 8> WorkList(V->user_begin(), V->user_end());
277   while (!WorkList.empty()) {
278     Value *UV = WorkList.pop_back_val();
279     if (!UV)
280       continue;
281
282     User *U = cast<User>(UV);
283
284     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
285       if (Init) {
286         // Replace the load with the initializer.
287         LI->replaceAllUsesWith(Init);
288         LI->eraseFromParent();
289         Changed = true;
290       }
291     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
292       // Store must be unreachable or storing Init into the global.
293       SI->eraseFromParent();
294       Changed = true;
295     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(U)) {
296       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
297         Constant *SubInit = nullptr;
298         if (Init)
299           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
300         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, SubInit, DL, TLI);
301       } else if ((CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
302                   CE->getType()->isPointerTy()) ||
303                  CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
304         // Pointer cast, delete any stores and memsets to the global.
305         Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(CE, nullptr, DL, TLI);
306       }
307
308       if (CE->use_empty()) {
309         CE->destroyConstant();
310         Changed = true;
311       }
312     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
313       // Do not transform "gepinst (gep constexpr (GV))" here, because forming
314       // "gepconstexpr (gep constexpr (GV))" will cause the two gep's to fold
315       // and will invalidate our notion of what Init is.
316       Constant *SubInit = nullptr;
317       if (!isa<ConstantExpr>(GEP->getOperand(0))) {
318         ConstantExpr *CE = dyn_cast_or_null<ConstantExpr>(
319             ConstantFoldInstruction(GEP, DL, TLI));
320         if (Init && CE && CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
321           SubInit = ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(Init, CE);
322
323         // If the initializer is an all-null value and we have an inbounds GEP,
324         // we already know what the result of any load from that GEP is.
325         // TODO: Handle splats.
326         if (Init && isa<ConstantAggregateZero>(Init) && GEP->isInBounds())
327           SubInit = Constant::getNullValue(GEP->getType()->getElementType());
328       }
329       Changed |= CleanupConstantGlobalUsers(GEP, SubInit, DL, TLI);
330
331       if (GEP->use_empty()) {
332         GEP->eraseFromParent();
333         Changed = true;
334       }
335     } else if (MemIntrinsic *MI = dyn_cast<MemIntrinsic>(U)) { // memset/cpy/mv
336       if (MI->getRawDest() == V) {
337         MI->eraseFromParent();
338         Changed = true;
339       }
340
341     } else if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(U)) {
342       // If we have a chain of dead constantexprs or other things dangling from
343       // us, and if they are all dead, nuke them without remorse.
344       if (isSafeToDestroyConstant(C)) {
345         C->destroyConstant();
346         CleanupConstantGlobalUsers(V, Init, DL, TLI);
347         return true;
348       }
349     }
350   }
351   return Changed;
352 }
353
354 /// Return true if the specified instruction is a safe user of a derived
355 /// expression from a global that we want to SROA.
356 static bool isSafeSROAElementUse(Value *V) {
357   // We might have a dead and dangling constant hanging off of here.
358   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
359     return isSafeToDestroyConstant(C);
360
361   Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V);
362   if (!I) return false;
363
364   // Loads are ok.
365   if (isa<LoadInst>(I)) return true;
366
367   // Stores *to* the pointer are ok.
368   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
369     return SI->getOperand(0) != V;
370
371   // Otherwise, it must be a GEP.
372   GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I);
373   if (!GEPI) return false;
374
375   if (GEPI->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(GEPI->getOperand(1)) ||
376       !cast<Constant>(GEPI->getOperand(1))->isNullValue())
377     return false;
378
379   for (User *U : GEPI->users())
380     if (!isSafeSROAElementUse(U))
381       return false;
382   return true;
383 }
384
385
386 /// U is a direct user of the specified global value.  Look at it and its uses
387 /// and decide whether it is safe to SROA this global.
388 static bool IsUserOfGlobalSafeForSRA(User *U, GlobalValue *GV) {
389   // The user of the global must be a GEP Inst or a ConstantExpr GEP.
390   if (!isa<GetElementPtrInst>(U) &&
391       (!isa<ConstantExpr>(U) ||
392        cast<ConstantExpr>(U)->getOpcode() != Instruction::GetElementPtr))
393     return false;
394
395   // Check to see if this ConstantExpr GEP is SRA'able.  In particular, we
396   // don't like < 3 operand CE's, and we don't like non-constant integer
397   // indices.  This enforces that all uses are 'gep GV, 0, C, ...' for some
398   // value of C.
399   if (U->getNumOperands() < 3 || !isa<Constant>(U->getOperand(1)) ||
400       !cast<Constant>(U->getOperand(1))->isNullValue() ||
401       !isa<ConstantInt>(U->getOperand(2)))
402     return false;
403
404   gep_type_iterator GEPI = gep_type_begin(U), E = gep_type_end(U);
405   ++GEPI;  // Skip over the pointer index.
406
407   // If this is a use of an array allocation, do a bit more checking for sanity.
408   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI)) {
409     uint64_t NumElements = AT->getNumElements();
410     ConstantInt *Idx = cast<ConstantInt>(U->getOperand(2));
411
412     // Check to make sure that index falls within the array.  If not,
413     // something funny is going on, so we won't do the optimization.
414     //
415     if (Idx->getZExtValue() >= NumElements)
416       return false;
417
418     // We cannot scalar repl this level of the array unless any array
419     // sub-indices are in-range constants.  In particular, consider:
420     // A[0][i].  We cannot know that the user isn't doing invalid things like
421     // allowing i to index an out-of-range subscript that accesses A[1].
422     //
423     // Scalar replacing *just* the outer index of the array is probably not
424     // going to be a win anyway, so just give up.
425     for (++GEPI; // Skip array index.
426          GEPI != E;
427          ++GEPI) {
428       uint64_t NumElements;
429       if (ArrayType *SubArrayTy = dyn_cast<ArrayType>(*GEPI))
430         NumElements = SubArrayTy->getNumElements();
431       else if (VectorType *SubVectorTy = dyn_cast<VectorType>(*GEPI))
432         NumElements = SubVectorTy->getNumElements();
433       else {
434         assert((*GEPI)->isStructTy() &&
435                "Indexed GEP type is not array, vector, or struct!");
436         continue;
437       }
438
439       ConstantInt *IdxVal = dyn_cast<ConstantInt>(GEPI.getOperand());
440       if (!IdxVal || IdxVal->getZExtValue() >= NumElements)
441         return false;
442     }
443   }
444
445   for (User *UU : U->users())
446     if (!isSafeSROAElementUse(UU))
447       return false;
448
449   return true;
450 }
451
452 /// Look at all uses of the global and decide whether it is safe for us to
453 /// perform this transformation.
454 static bool GlobalUsersSafeToSRA(GlobalValue *GV) {
455   for (User *U : GV->users())
456     if (!IsUserOfGlobalSafeForSRA(U, GV))
457       return false;
458
459   return true;
460 }
461
462
463 /// Perform scalar replacement of aggregates on the specified global variable.
464 /// This opens the door for other optimizations by exposing the behavior of the
465 /// program in a more fine-grained way.  We have determined that this
466 /// transformation is safe already.  We return the first global variable we
467 /// insert so that the caller can reprocess it.
468 static GlobalVariable *SRAGlobal(GlobalVariable *GV, const DataLayout &DL) {
469   // Make sure this global only has simple uses that we can SRA.
470   if (!GlobalUsersSafeToSRA(GV))
471     return nullptr;
472
473   assert(GV->hasLocalLinkage() && !GV->isConstant());
474   Constant *Init = GV->getInitializer();
475   Type *Ty = Init->getType();
476
477   std::vector<GlobalVariable*> NewGlobals;
478   Module::GlobalListType &Globals = GV->getParent()->getGlobalList();
479
480   // Get the alignment of the global, either explicit or target-specific.
481   unsigned StartAlignment = GV->getAlignment();
482   if (StartAlignment == 0)
483     StartAlignment = DL.getABITypeAlignment(GV->getType());
484
485   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Ty)) {
486     NewGlobals.reserve(STy->getNumElements());
487     const StructLayout &Layout = *DL.getStructLayout(STy);
488     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i) {
489       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
490       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
491       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(i), false,
492                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
493                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
494                                                GV->getThreadLocalMode(),
495                                               GV->getType()->getAddressSpace());
496       NGV->setExternallyInitialized(GV->isExternallyInitialized());
497       Globals.insert(GV->getIterator(), NGV);
498       NewGlobals.push_back(NGV);
499
500       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
501       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
502       // propagate info to each field.
503       uint64_t FieldOffset = Layout.getElementOffset(i);
504       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, FieldOffset);
505       if (NewAlign > DL.getABITypeAlignment(STy->getElementType(i)))
506         NGV->setAlignment(NewAlign);
507     }
508   } else if (SequentialType *STy = dyn_cast<SequentialType>(Ty)) {
509     unsigned NumElements = 0;
510     if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(STy))
511       NumElements = ATy->getNumElements();
512     else
513       NumElements = cast<VectorType>(STy)->getNumElements();
514
515     if (NumElements > 16 && GV->hasNUsesOrMore(16))
516       return nullptr; // It's not worth it.
517     NewGlobals.reserve(NumElements);
518
519     uint64_t EltSize = DL.getTypeAllocSize(STy->getElementType());
520     unsigned EltAlign = DL.getABITypeAlignment(STy->getElementType());
521     for (unsigned i = 0, e = NumElements; i != e; ++i) {
522       Constant *In = Init->getAggregateElement(i);
523       assert(In && "Couldn't get element of initializer?");
524
525       GlobalVariable *NGV = new GlobalVariable(STy->getElementType(), false,
526                                                GlobalVariable::InternalLinkage,
527                                                In, GV->getName()+"."+Twine(i),
528                                                GV->getThreadLocalMode(),
529                                               GV->getType()->getAddressSpace());
530       NGV->setExternallyInitialized(GV->isExternallyInitialized());
531       Globals.insert(GV->getIterator(), NGV);
532       NewGlobals.push_back(NGV);
533
534       // Calculate the known alignment of the field.  If the original aggregate
535       // had 256 byte alignment for example, something might depend on that:
536       // propagate info to each field.
537       unsigned NewAlign = (unsigned)MinAlign(StartAlignment, EltSize*i);
538       if (NewAlign > EltAlign)
539         NGV->setAlignment(NewAlign);
540     }
541   }
542
543   if (NewGlobals.empty())
544     return nullptr;
545
546   DEBUG(dbgs() << "PERFORMING GLOBAL SRA ON: " << *GV << "\n");
547
548   Constant *NullInt =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(GV->getContext()));
549
550   // Loop over all of the uses of the global, replacing the constantexpr geps,
551   // with smaller constantexpr geps or direct references.
552   while (!GV->use_empty()) {
553     User *GEP = GV->user_back();
554     assert(((isa<ConstantExpr>(GEP) &&
555              cast<ConstantExpr>(GEP)->getOpcode()==Instruction::GetElementPtr)||
556             isa<GetElementPtrInst>(GEP)) && "NonGEP CE's are not SRAable!");
557
558     // Ignore the 1th operand, which has to be zero or else the program is quite
559     // broken (undefined).  Get the 2nd operand, which is the structure or array
560     // index.
561     unsigned Val = cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(2))->getZExtValue();
562     if (Val >= NewGlobals.size()) Val = 0; // Out of bound array access.
563
564     Value *NewPtr = NewGlobals[Val];
565     Type *NewTy = NewGlobals[Val]->getValueType();
566
567     // Form a shorter GEP if needed.
568     if (GEP->getNumOperands() > 3) {
569       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GEP)) {
570         SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
571         Idxs.push_back(NullInt);
572         for (unsigned i = 3, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
573           Idxs.push_back(CE->getOperand(i));
574         NewPtr =
575             ConstantExpr::getGetElementPtr(NewTy, cast<Constant>(NewPtr), Idxs);
576       } else {
577         GetElementPtrInst *GEPI = cast<GetElementPtrInst>(GEP);
578         SmallVector<Value*, 8> Idxs;
579         Idxs.push_back(NullInt);
580         for (unsigned i = 3, e = GEPI->getNumOperands(); i != e; ++i)
581           Idxs.push_back(GEPI->getOperand(i));
582         NewPtr = GetElementPtrInst::Create(
583             NewTy, NewPtr, Idxs, GEPI->getName() + "." + Twine(Val), GEPI);
584       }
585     }
586     GEP->replaceAllUsesWith(NewPtr);
587
588     if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(GEP))
589       GEPI->eraseFromParent();
590     else
591       cast<ConstantExpr>(GEP)->destroyConstant();
592   }
593
594   // Delete the old global, now that it is dead.
595   Globals.erase(GV);
596   ++NumSRA;
597
598   // Loop over the new globals array deleting any globals that are obviously
599   // dead.  This can arise due to scalarization of a structure or an array that
600   // has elements that are dead.
601   unsigned FirstGlobal = 0;
602   for (unsigned i = 0, e = NewGlobals.size(); i != e; ++i)
603     if (NewGlobals[i]->use_empty()) {
604       Globals.erase(NewGlobals[i]);
605       if (FirstGlobal == i) ++FirstGlobal;
606     }
607
608   return FirstGlobal != NewGlobals.size() ? NewGlobals[FirstGlobal] : nullptr;
609 }
610
611 /// Return true if all users of the specified value will trap if the value is
612 /// dynamically null.  PHIs keeps track of any phi nodes we've seen to avoid
613 /// reprocessing them.
614 static bool AllUsesOfValueWillTrapIfNull(const Value *V,
615                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
616   for (const User *U : V->users())
617     if (isa<LoadInst>(U)) {
618       // Will trap.
619     } else if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
620       if (SI->getOperand(0) == V) {
621         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
622         return false;  // Storing the value.
623       }
624     } else if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U)) {
625       if (CI->getCalledValue() != V) {
626         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
627         return false;  // Not calling the ptr
628       }
629     } else if (const InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U)) {
630       if (II->getCalledValue() != V) {
631         //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
632         return false;  // Not calling the ptr
633       }
634     } else if (const BitCastInst *CI = dyn_cast<BitCastInst>(U)) {
635       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(CI, PHIs)) return false;
636     } else if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
637       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(GEPI, PHIs)) return false;
638     } else if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
639       // If we've already seen this phi node, ignore it, it has already been
640       // checked.
641       if (PHIs.insert(PN).second && !AllUsesOfValueWillTrapIfNull(PN, PHIs))
642         return false;
643     } else if (isa<ICmpInst>(U) &&
644                isa<ConstantPointerNull>(U->getOperand(1))) {
645       // Ignore icmp X, null
646     } else {
647       //cerr << "NONTRAPPING USE: " << *U;
648       return false;
649     }
650
651   return true;
652 }
653
654 /// Return true if all uses of any loads from GV will trap if the loaded value
655 /// is null.  Note that this also permits comparisons of the loaded value
656 /// against null, as a special case.
657 static bool AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(const GlobalVariable *GV) {
658   for (const User *U : GV->users())
659     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
660       SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
661       if (!AllUsesOfValueWillTrapIfNull(LI, PHIs))
662         return false;
663     } else if (isa<StoreInst>(U)) {
664       // Ignore stores to the global.
665     } else {
666       // We don't know or understand this user, bail out.
667       //cerr << "UNKNOWN USER OF GLOBAL!: " << *U;
668       return false;
669     }
670   return true;
671 }
672
673 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(Value *V, Constant *NewV) {
674   bool Changed = false;
675   for (auto UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; ) {
676     Instruction *I = cast<Instruction>(*UI++);
677     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
678       LI->setOperand(0, NewV);
679       Changed = true;
680     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I)) {
681       if (SI->getOperand(1) == V) {
682         SI->setOperand(1, NewV);
683         Changed = true;
684       }
685     } else if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I)) {
686       CallSite CS(I);
687       if (CS.getCalledValue() == V) {
688         // Calling through the pointer!  Turn into a direct call, but be careful
689         // that the pointer is not also being passed as an argument.
690         CS.setCalledFunction(NewV);
691         Changed = true;
692         bool PassedAsArg = false;
693         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
694           if (CS.getArgument(i) == V) {
695             PassedAsArg = true;
696             CS.setArgument(i, NewV);
697           }
698
699         if (PassedAsArg) {
700           // Being passed as an argument also.  Be careful to not invalidate UI!
701           UI = V->user_begin();
702         }
703       }
704     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
705       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(CI,
706                                 ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
707                                                       NewV, CI->getType()));
708       if (CI->use_empty()) {
709         Changed = true;
710         CI->eraseFromParent();
711       }
712     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
713       // Should handle GEP here.
714       SmallVector<Constant*, 8> Idxs;
715       Idxs.reserve(GEPI->getNumOperands()-1);
716       for (User::op_iterator i = GEPI->op_begin() + 1, e = GEPI->op_end();
717            i != e; ++i)
718         if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(*i))
719           Idxs.push_back(C);
720         else
721           break;
722       if (Idxs.size() == GEPI->getNumOperands()-1)
723         Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(
724             GEPI, ConstantExpr::getGetElementPtr(nullptr, NewV, Idxs));
725       if (GEPI->use_empty()) {
726         Changed = true;
727         GEPI->eraseFromParent();
728       }
729     }
730   }
731
732   return Changed;
733 }
734
735
736 /// The specified global has only one non-null value stored into it.  If there
737 /// are uses of the loaded value that would trap if the loaded value is
738 /// dynamically null, then we know that they cannot be reachable with a null
739 /// optimize away the load.
740 static bool OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GlobalVariable *GV, Constant *LV,
741                                             const DataLayout &DL,
742                                             TargetLibraryInfo *TLI) {
743   bool Changed = false;
744
745   // Keep track of whether we are able to remove all the uses of the global
746   // other than the store that defines it.
747   bool AllNonStoreUsesGone = true;
748
749   // Replace all uses of loads with uses of uses of the stored value.
750   for (Value::user_iterator GUI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); GUI != E;){
751     User *GlobalUser = *GUI++;
752     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(GlobalUser)) {
753       Changed |= OptimizeAwayTrappingUsesOfValue(LI, LV);
754       // If we were able to delete all uses of the loads
755       if (LI->use_empty()) {
756         LI->eraseFromParent();
757         Changed = true;
758       } else {
759         AllNonStoreUsesGone = false;
760       }
761     } else if (isa<StoreInst>(GlobalUser)) {
762       // Ignore the store that stores "LV" to the global.
763       assert(GlobalUser->getOperand(1) == GV &&
764              "Must be storing *to* the global");
765     } else {
766       AllNonStoreUsesGone = false;
767
768       // If we get here we could have other crazy uses that are transitively
769       // loaded.
770       assert((isa<PHINode>(GlobalUser) || isa<SelectInst>(GlobalUser) ||
771               isa<ConstantExpr>(GlobalUser) || isa<CmpInst>(GlobalUser) ||
772               isa<BitCastInst>(GlobalUser) ||
773               isa<GetElementPtrInst>(GlobalUser)) &&
774              "Only expect load and stores!");
775     }
776   }
777
778   if (Changed) {
779     DEBUG(dbgs() << "OPTIMIZED LOADS FROM STORED ONCE POINTER: " << *GV << "\n");
780     ++NumGlobUses;
781   }
782
783   // If we nuked all of the loads, then none of the stores are needed either,
784   // nor is the global.
785   if (AllNonStoreUsesGone) {
786     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
787       Changed |= CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
788     } else {
789       Changed = true;
790       CleanupConstantGlobalUsers(GV, nullptr, DL, TLI);
791     }
792     if (GV->use_empty()) {
793       DEBUG(dbgs() << "  *** GLOBAL NOW DEAD!\n");
794       Changed = true;
795       GV->eraseFromParent();
796       ++NumDeleted;
797     }
798   }
799   return Changed;
800 }
801
802 /// Walk the use list of V, constant folding all of the instructions that are
803 /// foldable.
804 static void ConstantPropUsersOf(Value *V, const DataLayout &DL,
805                                 TargetLibraryInfo *TLI) {
806   for (Value::user_iterator UI = V->user_begin(), E = V->user_end(); UI != E; )
807     if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(*UI++))
808       if (Constant *NewC = ConstantFoldInstruction(I, DL, TLI)) {
809         I->replaceAllUsesWith(NewC);
810
811         // Advance UI to the next non-I use to avoid invalidating it!
812         // Instructions could multiply use V.
813         while (UI != E && *UI == I)
814           ++UI;
815         I->eraseFromParent();
816       }
817 }
818
819 /// This function takes the specified global variable, and transforms the
820 /// program as if it always contained the result of the specified malloc.
821 /// Because it is always the result of the specified malloc, there is no reason
822 /// to actually DO the malloc.  Instead, turn the malloc into a global, and any
823 /// loads of GV as uses of the new global.
824 static GlobalVariable *
825 OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GlobalVariable *GV, CallInst *CI, Type *AllocTy,
826                               ConstantInt *NElements, const DataLayout &DL,
827                               TargetLibraryInfo *TLI) {
828   DEBUG(errs() << "PROMOTING GLOBAL: " << *GV << "  CALL = " << *CI << '\n');
829
830   Type *GlobalType;
831   if (NElements->getZExtValue() == 1)
832     GlobalType = AllocTy;
833   else
834     // If we have an array allocation, the global variable is of an array.
835     GlobalType = ArrayType::get(AllocTy, NElements->getZExtValue());
836
837   // Create the new global variable.  The contents of the malloc'd memory is
838   // undefined, so initialize with an undef value.
839   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(*GV->getParent(),
840                                              GlobalType, false,
841                                              GlobalValue::InternalLinkage,
842                                              UndefValue::get(GlobalType),
843                                              GV->getName()+".body",
844                                              GV,
845                                              GV->getThreadLocalMode());
846
847   // If there are bitcast users of the malloc (which is typical, usually we have
848   // a malloc + bitcast) then replace them with uses of the new global.  Update
849   // other users to use the global as well.
850   BitCastInst *TheBC = nullptr;
851   while (!CI->use_empty()) {
852     Instruction *User = cast<Instruction>(CI->user_back());
853     if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(User)) {
854       if (BCI->getType() == NewGV->getType()) {
855         BCI->replaceAllUsesWith(NewGV);
856         BCI->eraseFromParent();
857       } else {
858         BCI->setOperand(0, NewGV);
859       }
860     } else {
861       if (!TheBC)
862         TheBC = new BitCastInst(NewGV, CI->getType(), "newgv", CI);
863       User->replaceUsesOfWith(CI, TheBC);
864     }
865   }
866
867   Constant *RepValue = NewGV;
868   if (NewGV->getType() != GV->getType()->getElementType())
869     RepValue = ConstantExpr::getBitCast(RepValue,
870                                         GV->getType()->getElementType());
871
872   // If there is a comparison against null, we will insert a global bool to
873   // keep track of whether the global was initialized yet or not.
874   GlobalVariable *InitBool =
875     new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()), false,
876                        GlobalValue::InternalLinkage,
877                        ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
878                        GV->getName()+".init", GV->getThreadLocalMode());
879   bool InitBoolUsed = false;
880
881   // Loop over all uses of GV, processing them in turn.
882   while (!GV->use_empty()) {
883     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GV->user_back())) {
884       // The global is initialized when the store to it occurs.
885       new StoreInst(ConstantInt::getTrue(GV->getContext()), InitBool, false, 0,
886                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
887       SI->eraseFromParent();
888       continue;
889     }
890
891     LoadInst *LI = cast<LoadInst>(GV->user_back());
892     while (!LI->use_empty()) {
893       Use &LoadUse = *LI->use_begin();
894       ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUse.getUser());
895       if (!ICI) {
896         LoadUse = RepValue;
897         continue;
898       }
899
900       // Replace the cmp X, 0 with a use of the bool value.
901       // Sink the load to where the compare was, if atomic rules allow us to.
902       Value *LV = new LoadInst(InitBool, InitBool->getName()+".val", false, 0,
903                                LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(),
904                                LI->isUnordered() ? (Instruction*)ICI : LI);
905       InitBoolUsed = true;
906       switch (ICI->getPredicate()) {
907       default: llvm_unreachable("Unknown ICmp Predicate!");
908       case ICmpInst::ICMP_ULT:
909       case ICmpInst::ICMP_SLT:   // X < null -> always false
910         LV = ConstantInt::getFalse(GV->getContext());
911         break;
912       case ICmpInst::ICMP_ULE:
913       case ICmpInst::ICMP_SLE:
914       case ICmpInst::ICMP_EQ:
915         LV = BinaryOperator::CreateNot(LV, "notinit", ICI);
916         break;
917       case ICmpInst::ICMP_NE:
918       case ICmpInst::ICMP_UGE:
919       case ICmpInst::ICMP_SGE:
920       case ICmpInst::ICMP_UGT:
921       case ICmpInst::ICMP_SGT:
922         break;  // no change.
923       }
924       ICI->replaceAllUsesWith(LV);
925       ICI->eraseFromParent();
926     }
927     LI->eraseFromParent();
928   }
929
930   // If the initialization boolean was used, insert it, otherwise delete it.
931   if (!InitBoolUsed) {
932     while (!InitBool->use_empty())  // Delete initializations
933       cast<StoreInst>(InitBool->user_back())->eraseFromParent();
934     delete InitBool;
935   } else
936     GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV->getIterator(), InitBool);
937
938   // Now the GV is dead, nuke it and the malloc..
939   GV->eraseFromParent();
940   CI->eraseFromParent();
941
942   // To further other optimizations, loop over all users of NewGV and try to
943   // constant prop them.  This will promote GEP instructions with constant
944   // indices into GEP constant-exprs, which will allow global-opt to hack on it.
945   ConstantPropUsersOf(NewGV, DL, TLI);
946   if (RepValue != NewGV)
947     ConstantPropUsersOf(RepValue, DL, TLI);
948
949   return NewGV;
950 }
951
952 /// Scan the use-list of V checking to make sure that there are no complex uses
953 /// of V.  We permit simple things like dereferencing the pointer, but not
954 /// storing through the address, unless it is to the specified global.
955 static bool ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(const Instruction *V,
956                                                       const GlobalVariable *GV,
957                                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &PHIs) {
958   for (const User *U : V->users()) {
959     const Instruction *Inst = cast<Instruction>(U);
960
961     if (isa<LoadInst>(Inst) || isa<CmpInst>(Inst)) {
962       continue; // Fine, ignore.
963     }
964
965     if (const StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst)) {
966       if (SI->getOperand(0) == V && SI->getOperand(1) != GV)
967         return false;  // Storing the pointer itself... bad.
968       continue; // Otherwise, storing through it, or storing into GV... fine.
969     }
970
971     // Must index into the array and into the struct.
972     if (isa<GetElementPtrInst>(Inst) && Inst->getNumOperands() >= 3) {
973       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(Inst, GV, PHIs))
974         return false;
975       continue;
976     }
977
978     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(Inst)) {
979       // PHIs are ok if all uses are ok.  Don't infinitely recurse through PHI
980       // cycles.
981       if (PHIs.insert(PN).second)
982         if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(PN, GV, PHIs))
983           return false;
984       continue;
985     }
986
987     if (const BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Inst)) {
988       if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(BCI, GV, PHIs))
989         return false;
990       continue;
991     }
992
993     return false;
994   }
995   return true;
996 }
997
998 /// The Alloc pointer is stored into GV somewhere.  Transform all uses of the
999 /// allocation into loads from the global and uses of the resultant pointer.
1000 /// Further, delete the store into GV.  This assumes that these value pass the
1001 /// 'ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal' predicate.
1002 static void ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(Instruction *Alloc,
1003                                           GlobalVariable *GV) {
1004   while (!Alloc->use_empty()) {
1005     Instruction *U = cast<Instruction>(*Alloc->user_begin());
1006     Instruction *InsertPt = U;
1007     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(U)) {
1008       // If this is the store of the allocation into the global, remove it.
1009       if (SI->getOperand(1) == GV) {
1010         SI->eraseFromParent();
1011         continue;
1012       }
1013     } else if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(U)) {
1014       // Insert the load in the corresponding predecessor, not right before the
1015       // PHI.
1016       InsertPt = PN->getIncomingBlock(*Alloc->use_begin())->getTerminator();
1017     } else if (isa<BitCastInst>(U)) {
1018       // Must be bitcast between the malloc and store to initialize the global.
1019       ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(U, GV);
1020       U->eraseFromParent();
1021       continue;
1022     } else if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
1023       // If this is a "GEP bitcast" and the user is a store to the global, then
1024       // just process it as a bitcast.
1025       if (GEPI->hasAllZeroIndices() && GEPI->hasOneUse())
1026         if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(GEPI->user_back()))
1027           if (SI->getOperand(1) == GV) {
1028             // Must be bitcast GEP between the malloc and store to initialize
1029             // the global.
1030             ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(GEPI, GV);
1031             GEPI->eraseFromParent();
1032             continue;
1033           }
1034     }
1035
1036     // Insert a load from the global, and use it instead of the malloc.
1037     Value *NL = new LoadInst(GV, GV->getName()+".val", InsertPt);
1038     U->replaceUsesOfWith(Alloc, NL);
1039   }
1040 }
1041
1042 /// Verify that all uses of V (a load, or a phi of a load) are simple enough to
1043 /// perform heap SRA on.  This permits GEP's that index through the array and
1044 /// struct field, icmps of null, and PHIs.
1045 static bool LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const Value *V,
1046                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIs,
1047                         SmallPtrSetImpl<const PHINode*> &LoadUsingPHIsPerLoad) {
1048   // We permit two users of the load: setcc comparing against the null
1049   // pointer, and a getelementptr of a specific form.
1050   for (const User *U : V->users()) {
1051     const Instruction *UI = cast<Instruction>(U);
1052
1053     // Comparison against null is ok.
1054     if (const ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(UI)) {
1055       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1056         return false;
1057       continue;
1058     }
1059
1060     // getelementptr is also ok, but only a simple form.
1061     if (const GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(UI)) {
1062       // Must index into the array and into the struct.
1063       if (GEPI->getNumOperands() < 3)
1064         return false;
1065
1066       // Otherwise the GEP is ok.
1067       continue;
1068     }
1069
1070     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(UI)) {
1071       if (!LoadUsingPHIsPerLoad.insert(PN).second)
1072         // This means some phi nodes are dependent on each other.
1073         // Avoid infinite looping!
1074         return false;
1075       if (!LoadUsingPHIs.insert(PN).second)
1076         // If we have already analyzed this PHI, then it is safe.
1077         continue;
1078
1079       // Make sure all uses of the PHI are simple enough to transform.
1080       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(PN,
1081                                           LoadUsingPHIs, LoadUsingPHIsPerLoad))
1082         return false;
1083
1084       continue;
1085     }
1086
1087     // Otherwise we don't know what this is, not ok.
1088     return false;
1089   }
1090
1091   return true;
1092 }
1093
1094
1095 /// If all users of values loaded from GV are simple enough to perform HeapSRA,
1096 /// return true.
1097 static bool AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(const GlobalVariable *GV,
1098                                                     Instruction *StoredVal) {
1099   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIs;
1100   SmallPtrSet<const PHINode*, 32> LoadUsingPHIsPerLoad;
1101   for (const User *U : GV->users())
1102     if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(U)) {
1103       if (!LoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(LI, LoadUsingPHIs,
1104                                           LoadUsingPHIsPerLoad))
1105         return false;
1106       LoadUsingPHIsPerLoad.clear();
1107     }
1108
1109   // If we reach here, we know that all uses of the loads and transitive uses
1110   // (through PHI nodes) are simple enough to transform.  However, we don't know
1111   // that all inputs the to the PHI nodes are in the same equivalence sets.
1112   // Check to verify that all operands of the PHIs are either PHIS that can be
1113   // transformed, loads from GV, or MI itself.
1114   for (const PHINode *PN : LoadUsingPHIs) {
1115     for (unsigned op = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); op != e; ++op) {
1116       Value *InVal = PN->getIncomingValue(op);
1117
1118       // PHI of the stored value itself is ok.
1119       if (InVal == StoredVal) continue;
1120
1121       if (const PHINode *InPN = dyn_cast<PHINode>(InVal)) {
1122         // One of the PHIs in our set is (optimistically) ok.
1123         if (LoadUsingPHIs.count(InPN))
1124           continue;
1125         return false;
1126       }
1127
1128       // Load from GV is ok.
1129       if (const LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(InVal))
1130         if (LI->getOperand(0) == GV)
1131           continue;
1132
1133       // UNDEF? NULL?
1134
1135       // Anything else is rejected.
1136       return false;
1137     }
1138   }
1139
1140   return true;
1141 }
1142
1143 static Value *GetHeapSROAValue(Value *V, unsigned FieldNo,
1144                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1145                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1146   std::vector<Value*> &FieldVals = InsertedScalarizedValues[V];
1147
1148   if (FieldNo >= FieldVals.size())
1149     FieldVals.resize(FieldNo+1);
1150
1151   // If we already have this value, just reuse the previously scalarized
1152   // version.
1153   if (Value *FieldVal = FieldVals[FieldNo])
1154     return FieldVal;
1155
1156   // Depending on what instruction this is, we have several cases.
1157   Value *Result;
1158   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(V)) {
1159     // This is a scalarized version of the load from the global.  Just create
1160     // a new Load of the scalarized global.
1161     Result = new LoadInst(GetHeapSROAValue(LI->getOperand(0), FieldNo,
1162                                            InsertedScalarizedValues,
1163                                            PHIsToRewrite),
1164                           LI->getName()+".f"+Twine(FieldNo), LI);
1165   } else {
1166     PHINode *PN = cast<PHINode>(V);
1167     // PN's type is pointer to struct.  Make a new PHI of pointer to struct
1168     // field.
1169
1170     PointerType *PTy = cast<PointerType>(PN->getType());
1171     StructType *ST = cast<StructType>(PTy->getElementType());
1172
1173     unsigned AS = PTy->getAddressSpace();
1174     PHINode *NewPN =
1175       PHINode::Create(PointerType::get(ST->getElementType(FieldNo), AS),
1176                      PN->getNumIncomingValues(),
1177                      PN->getName()+".f"+Twine(FieldNo), PN);
1178     Result = NewPN;
1179     PHIsToRewrite.push_back(std::make_pair(PN, FieldNo));
1180   }
1181
1182   return FieldVals[FieldNo] = Result;
1183 }
1184
1185 /// Given a load instruction and a value derived from the load, rewrite the
1186 /// derived value to use the HeapSRoA'd load.
1187 static void RewriteHeapSROALoadUser(Instruction *LoadUser,
1188              DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1189                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1190   // If this is a comparison against null, handle it.
1191   if (ICmpInst *SCI = dyn_cast<ICmpInst>(LoadUser)) {
1192     assert(isa<ConstantPointerNull>(SCI->getOperand(1)));
1193     // If we have a setcc of the loaded pointer, we can use a setcc of any
1194     // field.
1195     Value *NPtr = GetHeapSROAValue(SCI->getOperand(0), 0,
1196                                    InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1197
1198     Value *New = new ICmpInst(SCI, SCI->getPredicate(), NPtr,
1199                               Constant::getNullValue(NPtr->getType()),
1200                               SCI->getName());
1201     SCI->replaceAllUsesWith(New);
1202     SCI->eraseFromParent();
1203     return;
1204   }
1205
1206   // Handle 'getelementptr Ptr, Idx, i32 FieldNo ...'
1207   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(LoadUser)) {
1208     assert(GEPI->getNumOperands() >= 3 && isa<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))
1209            && "Unexpected GEPI!");
1210
1211     // Load the pointer for this field.
1212     unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(GEPI->getOperand(2))->getZExtValue();
1213     Value *NewPtr = GetHeapSROAValue(GEPI->getOperand(0), FieldNo,
1214                                      InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1215
1216     // Create the new GEP idx vector.
1217     SmallVector<Value*, 8> GEPIdx;
1218     GEPIdx.push_back(GEPI->getOperand(1));
1219     GEPIdx.append(GEPI->op_begin()+3, GEPI->op_end());
1220
1221     Value *NGEPI = GetElementPtrInst::Create(GEPI->getResultElementType(), NewPtr, GEPIdx,
1222                                              GEPI->getName(), GEPI);
1223     GEPI->replaceAllUsesWith(NGEPI);
1224     GEPI->eraseFromParent();
1225     return;
1226   }
1227
1228   // Recursively transform the users of PHI nodes.  This will lazily create the
1229   // PHIs that are needed for individual elements.  Keep track of what PHIs we
1230   // see in InsertedScalarizedValues so that we don't get infinite loops (very
1231   // antisocial).  If the PHI is already in InsertedScalarizedValues, it has
1232   // already been seen first by another load, so its uses have already been
1233   // processed.
1234   PHINode *PN = cast<PHINode>(LoadUser);
1235   if (!InsertedScalarizedValues.insert(std::make_pair(PN,
1236                                               std::vector<Value*>())).second)
1237     return;
1238
1239   // If this is the first time we've seen this PHI, recursively process all
1240   // users.
1241   for (auto UI = PN->user_begin(), E = PN->user_end(); UI != E;) {
1242     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1243     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1244   }
1245 }
1246
1247 /// We are performing Heap SRoA on a global.  Ptr is a value loaded from the
1248 /// global.  Eliminate all uses of Ptr, making them use FieldGlobals instead.
1249 /// All uses of loaded values satisfy AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA.
1250 static void RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LoadInst *Load,
1251                DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > &InsertedScalarizedValues,
1252                    std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > &PHIsToRewrite) {
1253   for (auto UI = Load->user_begin(), E = Load->user_end(); UI != E;) {
1254     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1255     RewriteHeapSROALoadUser(User, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1256   }
1257
1258   if (Load->use_empty()) {
1259     Load->eraseFromParent();
1260     InsertedScalarizedValues.erase(Load);
1261   }
1262 }
1263
1264 /// CI is an allocation of an array of structures.  Break it up into multiple
1265 /// allocations of arrays of the fields.
1266 static GlobalVariable *PerformHeapAllocSRoA(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1267                                             Value *NElems, const DataLayout &DL,
1268                                             const TargetLibraryInfo *TLI) {
1269   DEBUG(dbgs() << "SROA HEAP ALLOC: " << *GV << "  MALLOC = " << *CI << '\n');
1270   Type *MAT = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1271   StructType *STy = cast<StructType>(MAT);
1272
1273   // There is guaranteed to be at least one use of the malloc (storing
1274   // it into GV).  If there are other uses, change them to be uses of
1275   // the global to simplify later code.  This also deletes the store
1276   // into GV.
1277   ReplaceUsesOfMallocWithGlobal(CI, GV);
1278
1279   // Okay, at this point, there are no users of the malloc.  Insert N
1280   // new mallocs at the same place as CI, and N globals.
1281   std::vector<Value*> FieldGlobals;
1282   std::vector<Value*> FieldMallocs;
1283
1284   unsigned AS = GV->getType()->getPointerAddressSpace();
1285   for (unsigned FieldNo = 0, e = STy->getNumElements(); FieldNo != e;++FieldNo){
1286     Type *FieldTy = STy->getElementType(FieldNo);
1287     PointerType *PFieldTy = PointerType::get(FieldTy, AS);
1288
1289     GlobalVariable *NGV =
1290       new GlobalVariable(*GV->getParent(),
1291                          PFieldTy, false, GlobalValue::InternalLinkage,
1292                          Constant::getNullValue(PFieldTy),
1293                          GV->getName() + ".f" + Twine(FieldNo), GV,
1294                          GV->getThreadLocalMode());
1295     FieldGlobals.push_back(NGV);
1296
1297     unsigned TypeSize = DL.getTypeAllocSize(FieldTy);
1298     if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(FieldTy))
1299       TypeSize = DL.getStructLayout(ST)->getSizeInBytes();
1300     Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1301     Value *NMI = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, FieldTy,
1302                                         ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize),
1303                                         NElems, nullptr,
1304                                         CI->getName() + ".f" + Twine(FieldNo));
1305     FieldMallocs.push_back(NMI);
1306     new StoreInst(NMI, NGV, CI);
1307   }
1308
1309   // The tricky aspect of this transformation is handling the case when malloc
1310   // fails.  In the original code, malloc failing would set the result pointer
1311   // of malloc to null.  In this case, some mallocs could succeed and others
1312   // could fail.  As such, we emit code that looks like this:
1313   //    F0 = malloc(field0)
1314   //    F1 = malloc(field1)
1315   //    F2 = malloc(field2)
1316   //    if (F0 == 0 || F1 == 0 || F2 == 0) {
1317   //      if (F0) { free(F0); F0 = 0; }
1318   //      if (F1) { free(F1); F1 = 0; }
1319   //      if (F2) { free(F2); F2 = 0; }
1320   //    }
1321   // The malloc can also fail if its argument is too large.
1322   Constant *ConstantZero = ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 0);
1323   Value *RunningOr = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_SLT, CI->getArgOperand(0),
1324                                   ConstantZero, "isneg");
1325   for (unsigned i = 0, e = FieldMallocs.size(); i != e; ++i) {
1326     Value *Cond = new ICmpInst(CI, ICmpInst::ICMP_EQ, FieldMallocs[i],
1327                              Constant::getNullValue(FieldMallocs[i]->getType()),
1328                                "isnull");
1329     RunningOr = BinaryOperator::CreateOr(RunningOr, Cond, "tmp", CI);
1330   }
1331
1332   // Split the basic block at the old malloc.
1333   BasicBlock *OrigBB = CI->getParent();
1334   BasicBlock *ContBB =
1335       OrigBB->splitBasicBlock(CI->getIterator(), "malloc_cont");
1336
1337   // Create the block to check the first condition.  Put all these blocks at the
1338   // end of the function as they are unlikely to be executed.
1339   BasicBlock *NullPtrBlock = BasicBlock::Create(OrigBB->getContext(),
1340                                                 "malloc_ret_null",
1341                                                 OrigBB->getParent());
1342
1343   // Remove the uncond branch from OrigBB to ContBB, turning it into a cond
1344   // branch on RunningOr.
1345   OrigBB->getTerminator()->eraseFromParent();
1346   BranchInst::Create(NullPtrBlock, ContBB, RunningOr, OrigBB);
1347
1348   // Within the NullPtrBlock, we need to emit a comparison and branch for each
1349   // pointer, because some may be null while others are not.
1350   for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1351     Value *GVVal = new LoadInst(FieldGlobals[i], "tmp", NullPtrBlock);
1352     Value *Cmp = new ICmpInst(*NullPtrBlock, ICmpInst::ICMP_NE, GVVal,
1353                               Constant::getNullValue(GVVal->getType()));
1354     BasicBlock *FreeBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "free_it",
1355                                                OrigBB->getParent());
1356     BasicBlock *NextBlock = BasicBlock::Create(Cmp->getContext(), "next",
1357                                                OrigBB->getParent());
1358     Instruction *BI = BranchInst::Create(FreeBlock, NextBlock,
1359                                          Cmp, NullPtrBlock);
1360
1361     // Fill in FreeBlock.
1362     CallInst::CreateFree(GVVal, BI);
1363     new StoreInst(Constant::getNullValue(GVVal->getType()), FieldGlobals[i],
1364                   FreeBlock);
1365     BranchInst::Create(NextBlock, FreeBlock);
1366
1367     NullPtrBlock = NextBlock;
1368   }
1369
1370   BranchInst::Create(ContBB, NullPtrBlock);
1371
1372   // CI is no longer needed, remove it.
1373   CI->eraseFromParent();
1374
1375   /// As we process loads, if we can't immediately update all uses of the load,
1376   /// keep track of what scalarized loads are inserted for a given load.
1377   DenseMap<Value*, std::vector<Value*> > InsertedScalarizedValues;
1378   InsertedScalarizedValues[GV] = FieldGlobals;
1379
1380   std::vector<std::pair<PHINode*, unsigned> > PHIsToRewrite;
1381
1382   // Okay, the malloc site is completely handled.  All of the uses of GV are now
1383   // loads, and all uses of those loads are simple.  Rewrite them to use loads
1384   // of the per-field globals instead.
1385   for (auto UI = GV->user_begin(), E = GV->user_end(); UI != E;) {
1386     Instruction *User = cast<Instruction>(*UI++);
1387
1388     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(User)) {
1389       RewriteUsesOfLoadForHeapSRoA(LI, InsertedScalarizedValues, PHIsToRewrite);
1390       continue;
1391     }
1392
1393     // Must be a store of null.
1394     StoreInst *SI = cast<StoreInst>(User);
1395     assert(isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(0)) &&
1396            "Unexpected heap-sra user!");
1397
1398     // Insert a store of null into each global.
1399     for (unsigned i = 0, e = FieldGlobals.size(); i != e; ++i) {
1400       PointerType *PT = cast<PointerType>(FieldGlobals[i]->getType());
1401       Constant *Null = Constant::getNullValue(PT->getElementType());
1402       new StoreInst(Null, FieldGlobals[i], SI);
1403     }
1404     // Erase the original store.
1405     SI->eraseFromParent();
1406   }
1407
1408   // While we have PHIs that are interesting to rewrite, do it.
1409   while (!PHIsToRewrite.empty()) {
1410     PHINode *PN = PHIsToRewrite.back().first;
1411     unsigned FieldNo = PHIsToRewrite.back().second;
1412     PHIsToRewrite.pop_back();
1413     PHINode *FieldPN = cast<PHINode>(InsertedScalarizedValues[PN][FieldNo]);
1414     assert(FieldPN->getNumIncomingValues() == 0 &&"Already processed this phi");
1415
1416     // Add all the incoming values.  This can materialize more phis.
1417     for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1418       Value *InVal = PN->getIncomingValue(i);
1419       InVal = GetHeapSROAValue(InVal, FieldNo, InsertedScalarizedValues,
1420                                PHIsToRewrite);
1421       FieldPN->addIncoming(InVal, PN->getIncomingBlock(i));
1422     }
1423   }
1424
1425   // Drop all inter-phi links and any loads that made it this far.
1426   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1427        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1428        I != E; ++I) {
1429     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1430       PN->dropAllReferences();
1431     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1432       LI->dropAllReferences();
1433   }
1434
1435   // Delete all the phis and loads now that inter-references are dead.
1436   for (DenseMap<Value*, std::vector<Value*> >::iterator
1437        I = InsertedScalarizedValues.begin(), E = InsertedScalarizedValues.end();
1438        I != E; ++I) {
1439     if (PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(I->first))
1440       PN->eraseFromParent();
1441     else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I->first))
1442       LI->eraseFromParent();
1443   }
1444
1445   // The old global is now dead, remove it.
1446   GV->eraseFromParent();
1447
1448   ++NumHeapSRA;
1449   return cast<GlobalVariable>(FieldGlobals[0]);
1450 }
1451
1452 /// This function is called when we see a pointer global variable with a single
1453 /// value stored it that is a malloc or cast of malloc.
1454 static bool TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GlobalVariable *GV, CallInst *CI,
1455                                                Type *AllocTy,
1456                                                AtomicOrdering Ordering,
1457                                                Module::global_iterator &GVI,
1458                                                const DataLayout &DL,
1459                                                TargetLibraryInfo *TLI) {
1460   // If this is a malloc of an abstract type, don't touch it.
1461   if (!AllocTy->isSized())
1462     return false;
1463
1464   // We can't optimize this global unless all uses of it are *known* to be
1465   // of the malloc value, not of the null initializer value (consider a use
1466   // that compares the global's value against zero to see if the malloc has
1467   // been reached).  To do this, we check to see if all uses of the global
1468   // would trap if the global were null: this proves that they must all
1469   // happen after the malloc.
1470   if (!AllUsesOfLoadedValueWillTrapIfNull(GV))
1471     return false;
1472
1473   // We can't optimize this if the malloc itself is used in a complex way,
1474   // for example, being stored into multiple globals.  This allows the
1475   // malloc to be stored into the specified global, loaded icmp'd, and
1476   // GEP'd.  These are all things we could transform to using the global
1477   // for.
1478   SmallPtrSet<const PHINode*, 8> PHIs;
1479   if (!ValueIsOnlyUsedLocallyOrStoredToOneGlobal(CI, GV, PHIs))
1480     return false;
1481
1482   // If we have a global that is only initialized with a fixed size malloc,
1483   // transform the program to use global memory instead of malloc'd memory.
1484   // This eliminates dynamic allocation, avoids an indirection accessing the
1485   // data, and exposes the resultant global to further GlobalOpt.
1486   // We cannot optimize the malloc if we cannot determine malloc array size.
1487   Value *NElems = getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true);
1488   if (!NElems)
1489     return false;
1490
1491   if (ConstantInt *NElements = dyn_cast<ConstantInt>(NElems))
1492     // Restrict this transformation to only working on small allocations
1493     // (2048 bytes currently), as we don't want to introduce a 16M global or
1494     // something.
1495     if (NElements->getZExtValue() * DL.getTypeAllocSize(AllocTy) < 2048) {
1496       GVI = OptimizeGlobalAddressOfMalloc(GV, CI, AllocTy, NElements, DL, TLI)
1497                 ->getIterator();
1498       return true;
1499     }
1500
1501   // If the allocation is an array of structures, consider transforming this
1502   // into multiple malloc'd arrays, one for each field.  This is basically
1503   // SRoA for malloc'd memory.
1504
1505   if (Ordering != NotAtomic)
1506     return false;
1507
1508   // If this is an allocation of a fixed size array of structs, analyze as a
1509   // variable size array.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1510   if (NElems == ConstantInt::get(CI->getArgOperand(0)->getType(), 1))
1511     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(AllocTy))
1512       AllocTy = AT->getElementType();
1513
1514   StructType *AllocSTy = dyn_cast<StructType>(AllocTy);
1515   if (!AllocSTy)
1516     return false;
1517
1518   // This the structure has an unreasonable number of fields, leave it
1519   // alone.
1520   if (AllocSTy->getNumElements() <= 16 && AllocSTy->getNumElements() != 0 &&
1521       AllGlobalLoadUsesSimpleEnoughForHeapSRA(GV, CI)) {
1522
1523     // If this is a fixed size array, transform the Malloc to be an alloc of
1524     // structs.  malloc [100 x struct],1 -> malloc struct, 100
1525     if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(getMallocAllocatedType(CI, TLI))) {
1526       Type *IntPtrTy = DL.getIntPtrType(CI->getType());
1527       unsigned TypeSize = DL.getStructLayout(AllocSTy)->getSizeInBytes();
1528       Value *AllocSize = ConstantInt::get(IntPtrTy, TypeSize);
1529       Value *NumElements = ConstantInt::get(IntPtrTy, AT->getNumElements());
1530       Instruction *Malloc = CallInst::CreateMalloc(CI, IntPtrTy, AllocSTy,
1531                                                    AllocSize, NumElements,
1532                                                    nullptr, CI->getName());
1533       Instruction *Cast = new BitCastInst(Malloc, CI->getType(), "tmp", CI);
1534       CI->replaceAllUsesWith(Cast);
1535       CI->eraseFromParent();
1536       if (BitCastInst *BCI = dyn_cast<BitCastInst>(Malloc))
1537         CI = cast<CallInst>(BCI->getOperand(0));
1538       else
1539         CI = cast<CallInst>(Malloc);
1540     }
1541
1542     GVI = PerformHeapAllocSRoA(GV, CI, getMallocArraySize(CI, DL, TLI, true),
1543                                DL, TLI)
1544               ->getIterator();
1545     return true;
1546   }
1547
1548   return false;
1549 }
1550
1551 // OptimizeOnceStoredGlobal - Try to optimize globals based on the knowledge
1552 // that only one value (besides its initializer) is ever stored to the global.
1553 static bool OptimizeOnceStoredGlobal(GlobalVariable *GV, Value *StoredOnceVal,
1554                                      AtomicOrdering Ordering,
1555                                      Module::global_iterator &GVI,
1556                                      const DataLayout &DL,
1557                                      TargetLibraryInfo *TLI) {
1558   // Ignore no-op GEPs and bitcasts.
1559   StoredOnceVal = StoredOnceVal->stripPointerCasts();
1560
1561   // If we are dealing with a pointer global that is initialized to null and
1562   // only has one (non-null) value stored into it, then we can optimize any
1563   // users of the loaded value (often calls and loads) that would trap if the
1564   // value was null.
1565   if (GV->getInitializer()->getType()->isPointerTy() &&
1566       GV->getInitializer()->isNullValue()) {
1567     if (Constant *SOVC = dyn_cast<Constant>(StoredOnceVal)) {
1568       if (GV->getInitializer()->getType() != SOVC->getType())
1569         SOVC = ConstantExpr::getBitCast(SOVC, GV->getInitializer()->getType());
1570
1571       // Optimize away any trapping uses of the loaded value.
1572       if (OptimizeAwayTrappingUsesOfLoads(GV, SOVC, DL, TLI))
1573         return true;
1574     } else if (CallInst *CI = extractMallocCall(StoredOnceVal, TLI)) {
1575       Type *MallocType = getMallocAllocatedType(CI, TLI);
1576       if (MallocType &&
1577           TryToOptimizeStoreOfMallocToGlobal(GV, CI, MallocType, Ordering, GVI,
1578                                              DL, TLI))
1579         return true;
1580     }
1581   }
1582
1583   return false;
1584 }
1585
1586 /// At this point, we have learned that the only two values ever stored into GV
1587 /// are its initializer and OtherVal.  See if we can shrink the global into a
1588 /// boolean and select between the two values whenever it is used.  This exposes
1589 /// the values to other scalar optimizations.
1590 static bool TryToShrinkGlobalToBoolean(GlobalVariable *GV, Constant *OtherVal) {
1591   Type *GVElType = GV->getType()->getElementType();
1592
1593   // If GVElType is already i1, it is already shrunk.  If the type of the GV is
1594   // an FP value, pointer or vector, don't do this optimization because a select
1595   // between them is very expensive and unlikely to lead to later
1596   // simplification.  In these cases, we typically end up with "cond ? v1 : v2"
1597   // where v1 and v2 both require constant pool loads, a big loss.
1598   if (GVElType == Type::getInt1Ty(GV->getContext()) ||
1599       GVElType->isFloatingPointTy() ||
1600       GVElType->isPointerTy() || GVElType->isVectorTy())
1601     return false;
1602
1603   // Walk the use list of the global seeing if all the uses are load or store.
1604   // If there is anything else, bail out.
1605   for (User *U : GV->users())
1606     if (!isa<LoadInst>(U) && !isa<StoreInst>(U))
1607       return false;
1608
1609   DEBUG(dbgs() << "   *** SHRINKING TO BOOL: " << *GV << "\n");
1610
1611   // Create the new global, initializing it to false.
1612   GlobalVariable *NewGV = new GlobalVariable(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1613                                              false,
1614                                              GlobalValue::InternalLinkage,
1615                                         ConstantInt::getFalse(GV->getContext()),
1616                                              GV->getName()+".b",
1617                                              GV->getThreadLocalMode(),
1618                                              GV->getType()->getAddressSpace());
1619   GV->getParent()->getGlobalList().insert(GV->getIterator(), NewGV);
1620
1621   Constant *InitVal = GV->getInitializer();
1622   assert(InitVal->getType() != Type::getInt1Ty(GV->getContext()) &&
1623          "No reason to shrink to bool!");
1624
1625   // If initialized to zero and storing one into the global, we can use a cast
1626   // instead of a select to synthesize the desired value.
1627   bool IsOneZero = false;
1628   if (ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(OtherVal))
1629     IsOneZero = InitVal->isNullValue() && CI->isOne();
1630
1631   while (!GV->use_empty()) {
1632     Instruction *UI = cast<Instruction>(GV->user_back());
1633     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(UI)) {
1634       // Change the store into a boolean store.
1635       bool StoringOther = SI->getOperand(0) == OtherVal;
1636       // Only do this if we weren't storing a loaded value.
1637       Value *StoreVal;
1638       if (StoringOther || SI->getOperand(0) == InitVal) {
1639         StoreVal = ConstantInt::get(Type::getInt1Ty(GV->getContext()),
1640                                     StoringOther);
1641       } else {
1642         // Otherwise, we are storing a previously loaded copy.  To do this,
1643         // change the copy from copying the original value to just copying the
1644         // bool.
1645         Instruction *StoredVal = cast<Instruction>(SI->getOperand(0));
1646
1647         // If we've already replaced the input, StoredVal will be a cast or
1648         // select instruction.  If not, it will be a load of the original
1649         // global.
1650         if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(StoredVal)) {
1651           assert(LI->getOperand(0) == GV && "Not a copy!");
1652           // Insert a new load, to preserve the saved value.
1653           StoreVal = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1654                                   LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1655         } else {
1656           assert((isa<CastInst>(StoredVal) || isa<SelectInst>(StoredVal)) &&
1657                  "This is not a form that we understand!");
1658           StoreVal = StoredVal->getOperand(0);
1659           assert(isa<LoadInst>(StoreVal) && "Not a load of NewGV!");
1660         }
1661       }
1662       new StoreInst(StoreVal, NewGV, false, 0,
1663                     SI->getOrdering(), SI->getSynchScope(), SI);
1664     } else {
1665       // Change the load into a load of bool then a select.
1666       LoadInst *LI = cast<LoadInst>(UI);
1667       LoadInst *NLI = new LoadInst(NewGV, LI->getName()+".b", false, 0,
1668                                    LI->getOrdering(), LI->getSynchScope(), LI);
1669       Value *NSI;
1670       if (IsOneZero)
1671         NSI = new ZExtInst(NLI, LI->getType(), "", LI);
1672       else
1673         NSI = SelectInst::Create(NLI, OtherVal, InitVal, "", LI);
1674       NSI->takeName(LI);
1675       LI->replaceAllUsesWith(NSI);
1676     }
1677     UI->eraseFromParent();
1678   }
1679
1680   // Retain the name of the old global variable. People who are debugging their
1681   // programs may expect these variables to be named the same.
1682   NewGV->takeName(GV);
1683   GV->eraseFromParent();
1684   return true;
1685 }
1686
1687
1688 /// Analyze the specified global variable and optimize it if possible.  If we
1689 /// make a change, return true.
1690 bool GlobalOpt::ProcessGlobal(GlobalVariable *GV,
1691                               Module::global_iterator &GVI) {
1692   // Do more involved optimizations if the global is internal.
1693   GV->removeDeadConstantUsers();
1694
1695   if (GV->use_empty()) {
1696     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL DEAD: " << *GV << "\n");
1697     GV->eraseFromParent();
1698     ++NumDeleted;
1699     return true;
1700   }
1701
1702   if (!GV->hasLocalLinkage())
1703     return false;
1704
1705   GlobalStatus GS;
1706
1707   if (GlobalStatus::analyzeGlobal(GV, GS))
1708     return false;
1709
1710   if (!GS.IsCompared && !GV->hasUnnamedAddr()) {
1711     GV->setUnnamedAddr(true);
1712     NumUnnamed++;
1713   }
1714
1715   if (GV->isConstant() || !GV->hasInitializer())
1716     return false;
1717
1718   return ProcessInternalGlobal(GV, GVI, GS);
1719 }
1720
1721 /// Analyze the specified global variable and optimize
1722 /// it if possible.  If we make a change, return true.
1723 bool GlobalOpt::ProcessInternalGlobal(GlobalVariable *GV,
1724                                       Module::global_iterator &GVI,
1725                                       const GlobalStatus &GS) {
1726   auto &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1727   // If this is a first class global and has only one accessing function
1728   // and this function is main (which we know is not recursive), we replace
1729   // the global with a local alloca in this function.
1730   //
1731   // NOTE: It doesn't make sense to promote non-single-value types since we
1732   // are just replacing static memory to stack memory.
1733   //
1734   // If the global is in different address space, don't bring it to stack.
1735   if (!GS.HasMultipleAccessingFunctions &&
1736       GS.AccessingFunction && !GS.HasNonInstructionUser &&
1737       GV->getType()->getElementType()->isSingleValueType() &&
1738       GS.AccessingFunction->getName() == "main" &&
1739       GS.AccessingFunction->hasExternalLinkage() &&
1740       GV->getType()->getAddressSpace() == 0) {
1741     DEBUG(dbgs() << "LOCALIZING GLOBAL: " << *GV);
1742     Instruction &FirstI = const_cast<Instruction&>(*GS.AccessingFunction
1743                                                    ->getEntryBlock().begin());
1744     Type *ElemTy = GV->getType()->getElementType();
1745     // FIXME: Pass Global's alignment when globals have alignment
1746     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(ElemTy, nullptr,
1747                                         GV->getName(), &FirstI);
1748     if (!isa<UndefValue>(GV->getInitializer()))
1749       new StoreInst(GV->getInitializer(), Alloca, &FirstI);
1750
1751     GV->replaceAllUsesWith(Alloca);
1752     GV->eraseFromParent();
1753     ++NumLocalized;
1754     return true;
1755   }
1756
1757   // If the global is never loaded (but may be stored to), it is dead.
1758   // Delete it now.
1759   if (!GS.IsLoaded) {
1760     DEBUG(dbgs() << "GLOBAL NEVER LOADED: " << *GV);
1761
1762     bool Changed;
1763     if (isLeakCheckerRoot(GV)) {
1764       // Delete any constant stores to the global.
1765       Changed = CleanupPointerRootUsers(GV, TLI);
1766     } else {
1767       // Delete any stores we can find to the global.  We may not be able to
1768       // make it completely dead though.
1769       Changed = CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1770     }
1771
1772     // If the global is dead now, delete it.
1773     if (GV->use_empty()) {
1774       GV->eraseFromParent();
1775       ++NumDeleted;
1776       Changed = true;
1777     }
1778     return Changed;
1779
1780   } else if (GS.StoredType <= GlobalStatus::InitializerStored) {
1781     DEBUG(dbgs() << "MARKING CONSTANT: " << *GV << "\n");
1782     GV->setConstant(true);
1783
1784     // Clean up any obviously simplifiable users now.
1785     CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1786
1787     // If the global is dead now, just nuke it.
1788     if (GV->use_empty()) {
1789       DEBUG(dbgs() << "   *** Marking constant allowed us to simplify "
1790             << "all users and delete global!\n");
1791       GV->eraseFromParent();
1792       ++NumDeleted;
1793     }
1794
1795     ++NumMarked;
1796     return true;
1797   } else if (!GV->getInitializer()->getType()->isSingleValueType()) {
1798     const DataLayout &DL = GV->getParent()->getDataLayout();
1799     if (GlobalVariable *FirstNewGV = SRAGlobal(GV, DL)) {
1800       GVI = FirstNewGV->getIterator(); // Don't skip the newly produced globals!
1801       return true;
1802     }
1803   } else if (GS.StoredType == GlobalStatus::StoredOnce && GS.StoredOnceValue) {
1804     // If the initial value for the global was an undef value, and if only
1805     // one other value was stored into it, we can just change the
1806     // initializer to be the stored value, then delete all stores to the
1807     // global.  This allows us to mark it constant.
1808     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue))
1809       if (isa<UndefValue>(GV->getInitializer())) {
1810         // Change the initial value here.
1811         GV->setInitializer(SOVConstant);
1812
1813         // Clean up any obviously simplifiable users now.
1814         CleanupConstantGlobalUsers(GV, GV->getInitializer(), DL, TLI);
1815
1816         if (GV->use_empty()) {
1817           DEBUG(dbgs() << "   *** Substituting initializer allowed us to "
1818                        << "simplify all users and delete global!\n");
1819           GV->eraseFromParent();
1820           ++NumDeleted;
1821         } else {
1822           GVI = GV->getIterator();
1823         }
1824         ++NumSubstitute;
1825         return true;
1826       }
1827
1828     // Try to optimize globals based on the knowledge that only one value
1829     // (besides its initializer) is ever stored to the global.
1830     if (OptimizeOnceStoredGlobal(GV, GS.StoredOnceValue, GS.Ordering, GVI,
1831                                  DL, TLI))
1832       return true;
1833
1834     // Otherwise, if the global was not a boolean, we can shrink it to be a
1835     // boolean.
1836     if (Constant *SOVConstant = dyn_cast<Constant>(GS.StoredOnceValue)) {
1837       if (GS.Ordering == NotAtomic) {
1838         if (TryToShrinkGlobalToBoolean(GV, SOVConstant)) {
1839           ++NumShrunkToBool;
1840           return true;
1841         }
1842       }
1843     }
1844   }
1845
1846   return false;
1847 }
1848
1849 /// Walk all of the direct calls of the specified function, changing them to
1850 /// FastCC.
1851 static void ChangeCalleesToFastCall(Function *F) {
1852   for (User *U : F->users()) {
1853     if (isa<BlockAddress>(U))
1854       continue;
1855     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
1856     CS.setCallingConv(CallingConv::Fast);
1857   }
1858 }
1859
1860 static AttributeSet StripNest(LLVMContext &C, const AttributeSet &Attrs) {
1861   for (unsigned i = 0, e = Attrs.getNumSlots(); i != e; ++i) {
1862     unsigned Index = Attrs.getSlotIndex(i);
1863     if (!Attrs.getSlotAttributes(i).hasAttribute(Index, Attribute::Nest))
1864       continue;
1865
1866     // There can be only one.
1867     return Attrs.removeAttribute(C, Index, Attribute::Nest);
1868   }
1869
1870   return Attrs;
1871 }
1872
1873 static void RemoveNestAttribute(Function *F) {
1874   F->setAttributes(StripNest(F->getContext(), F->getAttributes()));
1875   for (User *U : F->users()) {
1876     if (isa<BlockAddress>(U))
1877       continue;
1878     CallSite CS(cast<Instruction>(U));
1879     CS.setAttributes(StripNest(F->getContext(), CS.getAttributes()));
1880   }
1881 }
1882
1883 /// Return true if this is a calling convention that we'd like to change.  The
1884 /// idea here is that we don't want to mess with the convention if the user
1885 /// explicitly requested something with performance implications like coldcc,
1886 /// GHC, or anyregcc.
1887 static bool isProfitableToMakeFastCC(Function *F) {
1888   CallingConv::ID CC = F->getCallingConv();
1889   // FIXME: Is it worth transforming x86_stdcallcc and x86_fastcallcc?
1890   return CC == CallingConv::C || CC == CallingConv::X86_ThisCall;
1891 }
1892
1893 bool GlobalOpt::OptimizeFunctions(Module &M) {
1894   bool Changed = false;
1895   // Optimize functions.
1896   for (Module::iterator FI = M.begin(), E = M.end(); FI != E; ) {
1897     Function *F = &*FI++;
1898     // Functions without names cannot be referenced outside this module.
1899     if (!F->hasName() && !F->isDeclaration() && !F->hasLocalLinkage())
1900       F->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1901
1902     const Comdat *C = F->getComdat();
1903     bool inComdat = C && NotDiscardableComdats.count(C);
1904     F->removeDeadConstantUsers();
1905     if ((!inComdat || F->hasLocalLinkage()) && F->isDefTriviallyDead()) {
1906       F->eraseFromParent();
1907       Changed = true;
1908       ++NumFnDeleted;
1909     } else if (F->hasLocalLinkage()) {
1910       if (isProfitableToMakeFastCC(F) && !F->isVarArg() &&
1911           !F->hasAddressTaken()) {
1912         // If this function has a calling convention worth changing, is not a
1913         // varargs function, and is only called directly, promote it to use the
1914         // Fast calling convention.
1915         F->setCallingConv(CallingConv::Fast);
1916         ChangeCalleesToFastCall(F);
1917         ++NumFastCallFns;
1918         Changed = true;
1919       }
1920
1921       if (F->getAttributes().hasAttrSomewhere(Attribute::Nest) &&
1922           !F->hasAddressTaken()) {
1923         // The function is not used by a trampoline intrinsic, so it is safe
1924         // to remove the 'nest' attribute.
1925         RemoveNestAttribute(F);
1926         ++NumNestRemoved;
1927         Changed = true;
1928       }
1929     }
1930   }
1931   return Changed;
1932 }
1933
1934 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalVars(Module &M) {
1935   bool Changed = false;
1936
1937   for (Module::global_iterator GVI = M.global_begin(), E = M.global_end();
1938        GVI != E; ) {
1939     GlobalVariable *GV = &*GVI++;
1940     // Global variables without names cannot be referenced outside this module.
1941     if (!GV->hasName() && !GV->isDeclaration() && !GV->hasLocalLinkage())
1942       GV->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
1943     // Simplify the initializer.
1944     if (GV->hasInitializer())
1945       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(GV->getInitializer())) {
1946         auto &DL = M.getDataLayout();
1947         Constant *New = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
1948         if (New && New != CE)
1949           GV->setInitializer(New);
1950       }
1951
1952     if (GV->isDiscardableIfUnused()) {
1953       if (const Comdat *C = GV->getComdat())
1954         if (NotDiscardableComdats.count(C) && !GV->hasLocalLinkage())
1955           continue;
1956       Changed |= ProcessGlobal(GV, GVI);
1957     }
1958   }
1959   return Changed;
1960 }
1961
1962 static inline bool
1963 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
1964                             SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
1965                             const DataLayout &DL);
1966
1967 /// Return true if the specified constant can be handled by the code generator.
1968 /// We don't want to generate something like:
1969 ///   void *X = &X/42;
1970 /// because the code generator doesn't have a relocation that can handle that.
1971 ///
1972 /// This function should be called if C was not found (but just got inserted)
1973 /// in SimpleConstants to avoid having to rescan the same constants all the
1974 /// time.
1975 static bool
1976 isSimpleEnoughValueToCommitHelper(Constant *C,
1977                                   SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
1978                                   const DataLayout &DL) {
1979   // Simple global addresses are supported, do not allow dllimport or
1980   // thread-local globals.
1981   if (auto *GV = dyn_cast<GlobalValue>(C))
1982     return !GV->hasDLLImportStorageClass() && !GV->isThreadLocal();
1983
1984   // Simple integer, undef, constant aggregate zero, etc are all supported.
1985   if (C->getNumOperands() == 0 || isa<BlockAddress>(C))
1986     return true;
1987
1988   // Aggregate values are safe if all their elements are.
1989   if (isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C) ||
1990       isa<ConstantVector>(C)) {
1991     for (Value *Op : C->operands())
1992       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(cast<Constant>(Op), SimpleConstants, DL))
1993         return false;
1994     return true;
1995   }
1996
1997   // We don't know exactly what relocations are allowed in constant expressions,
1998   // so we allow &global+constantoffset, which is safe and uniformly supported
1999   // across targets.
2000   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(C);
2001   switch (CE->getOpcode()) {
2002   case Instruction::BitCast:
2003     // Bitcast is fine if the casted value is fine.
2004     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2005
2006   case Instruction::IntToPtr:
2007   case Instruction::PtrToInt:
2008     // int <=> ptr is fine if the int type is the same size as the
2009     // pointer type.
2010     if (DL.getTypeSizeInBits(CE->getType()) !=
2011         DL.getTypeSizeInBits(CE->getOperand(0)->getType()))
2012       return false;
2013     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2014
2015   // GEP is fine if it is simple + constant offset.
2016   case Instruction::GetElementPtr:
2017     for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
2018       if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(i)))
2019         return false;
2020     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2021
2022   case Instruction::Add:
2023     // We allow simple+cst.
2024     if (!isa<ConstantInt>(CE->getOperand(1)))
2025       return false;
2026     return isSimpleEnoughValueToCommit(CE->getOperand(0), SimpleConstants, DL);
2027   }
2028   return false;
2029 }
2030
2031 static inline bool
2032 isSimpleEnoughValueToCommit(Constant *C,
2033                             SmallPtrSetImpl<Constant *> &SimpleConstants,
2034                             const DataLayout &DL) {
2035   // If we already checked this constant, we win.
2036   if (!SimpleConstants.insert(C).second)
2037     return true;
2038   // Check the constant.
2039   return isSimpleEnoughValueToCommitHelper(C, SimpleConstants, DL);
2040 }
2041
2042
2043 /// Return true if this constant is simple enough for us to understand.  In
2044 /// particular, if it is a cast to anything other than from one pointer type to
2045 /// another pointer type, we punt.  We basically just support direct accesses to
2046 /// globals and GEP's of globals.  This should be kept up to date with
2047 /// CommitValueTo.
2048 static bool isSimpleEnoughPointerToCommit(Constant *C) {
2049   // Conservatively, avoid aggregate types. This is because we don't
2050   // want to worry about them partially overlapping other stores.
2051   if (!cast<PointerType>(C->getType())->getElementType()->isSingleValueType())
2052     return false;
2053
2054   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(C))
2055     // Do not allow weak/*_odr/linkonce linkage or external globals.
2056     return GV->hasUniqueInitializer();
2057
2058   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
2059     // Handle a constantexpr gep.
2060     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2061         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0)) &&
2062         cast<GEPOperator>(CE)->isInBounds()) {
2063       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2064       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2065       // external globals.
2066       if (!GV->hasUniqueInitializer())
2067         return false;
2068
2069       // The first index must be zero.
2070       ConstantInt *CI = dyn_cast<ConstantInt>(*std::next(CE->op_begin()));
2071       if (!CI || !CI->isZero()) return false;
2072
2073       // The remaining indices must be compile-time known integers within the
2074       // notional bounds of the corresponding static array types.
2075       if (!CE->isGEPWithNoNotionalOverIndexing())
2076         return false;
2077
2078       return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2079
2080     // A constantexpr bitcast from a pointer to another pointer is a no-op,
2081     // and we know how to evaluate it by moving the bitcast from the pointer
2082     // operand to the value operand.
2083     } else if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast &&
2084                isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2085       // Do not allow weak/*_odr/linkonce/dllimport/dllexport linkage or
2086       // external globals.
2087       return cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))->hasUniqueInitializer();
2088     }
2089   }
2090
2091   return false;
2092 }
2093
2094 /// Evaluate a piece of a constantexpr store into a global initializer.  This
2095 /// returns 'Init' modified to reflect 'Val' stored into it.  At this point, the
2096 /// GEP operands of Addr [0, OpNo) have been stepped into.
2097 static Constant *EvaluateStoreInto(Constant *Init, Constant *Val,
2098                                    ConstantExpr *Addr, unsigned OpNo) {
2099   // Base case of the recursion.
2100   if (OpNo == Addr->getNumOperands()) {
2101     assert(Val->getType() == Init->getType() && "Type mismatch!");
2102     return Val;
2103   }
2104
2105   SmallVector<Constant*, 32> Elts;
2106   if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(Init->getType())) {
2107     // Break up the constant into its elements.
2108     for (unsigned i = 0, e = STy->getNumElements(); i != e; ++i)
2109       Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2110
2111     // Replace the element that we are supposed to.
2112     ConstantInt *CU = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2113     unsigned Idx = CU->getZExtValue();
2114     assert(Idx < STy->getNumElements() && "Struct index out of range!");
2115     Elts[Idx] = EvaluateStoreInto(Elts[Idx], Val, Addr, OpNo+1);
2116
2117     // Return the modified struct.
2118     return ConstantStruct::get(STy, Elts);
2119   }
2120
2121   ConstantInt *CI = cast<ConstantInt>(Addr->getOperand(OpNo));
2122   SequentialType *InitTy = cast<SequentialType>(Init->getType());
2123
2124   uint64_t NumElts;
2125   if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(InitTy))
2126     NumElts = ATy->getNumElements();
2127   else
2128     NumElts = InitTy->getVectorNumElements();
2129
2130   // Break up the array into elements.
2131   for (uint64_t i = 0, e = NumElts; i != e; ++i)
2132     Elts.push_back(Init->getAggregateElement(i));
2133
2134   assert(CI->getZExtValue() < NumElts);
2135   Elts[CI->getZExtValue()] =
2136     EvaluateStoreInto(Elts[CI->getZExtValue()], Val, Addr, OpNo+1);
2137
2138   if (Init->getType()->isArrayTy())
2139     return ConstantArray::get(cast<ArrayType>(InitTy), Elts);
2140   return ConstantVector::get(Elts);
2141 }
2142
2143 /// We have decided that Addr (which satisfies the predicate
2144 /// isSimpleEnoughPointerToCommit) should get Val as its value.  Make it happen.
2145 static void CommitValueTo(Constant *Val, Constant *Addr) {
2146   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Addr)) {
2147     assert(GV->hasInitializer());
2148     GV->setInitializer(Val);
2149     return;
2150   }
2151
2152   ConstantExpr *CE = cast<ConstantExpr>(Addr);
2153   GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2154   GV->setInitializer(EvaluateStoreInto(GV->getInitializer(), Val, CE, 2));
2155 }
2156
2157 namespace {
2158
2159 /// This class evaluates LLVM IR, producing the Constant representing each SSA
2160 /// instruction.  Changes to global variables are stored in a mapping that can
2161 /// be iterated over after the evaluation is complete.  Once an evaluation call
2162 /// fails, the evaluation object should not be reused.
2163 class Evaluator {
2164 public:
2165   Evaluator(const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo *TLI)
2166       : DL(DL), TLI(TLI) {
2167     ValueStack.emplace_back();
2168   }
2169
2170   ~Evaluator() {
2171     for (auto &Tmp : AllocaTmps)
2172       // If there are still users of the alloca, the program is doing something
2173       // silly, e.g. storing the address of the alloca somewhere and using it
2174       // later.  Since this is undefined, we'll just make it be null.
2175       if (!Tmp->use_empty())
2176         Tmp->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(Tmp->getType()));
2177   }
2178
2179   /// Evaluate a call to function F, returning true if successful, false if we
2180   /// can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal arguments for the
2181   /// function.
2182   bool EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2183                         const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs);
2184
2185   /// Evaluate all instructions in block BB, returning true if successful, false
2186   /// if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that control flows
2187   /// into, or null upon return.
2188   bool EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst, BasicBlock *&NextBB);
2189
2190   Constant *getVal(Value *V) {
2191     if (Constant *CV = dyn_cast<Constant>(V)) return CV;
2192     Constant *R = ValueStack.back().lookup(V);
2193     assert(R && "Reference to an uncomputed value!");
2194     return R;
2195   }
2196
2197   void setVal(Value *V, Constant *C) {
2198     ValueStack.back()[V] = C;
2199   }
2200
2201   const DenseMap<Constant*, Constant*> &getMutatedMemory() const {
2202     return MutatedMemory;
2203   }
2204
2205   const SmallPtrSetImpl<GlobalVariable*> &getInvariants() const {
2206     return Invariants;
2207   }
2208
2209 private:
2210   Constant *ComputeLoadResult(Constant *P);
2211
2212   /// As we compute SSA register values, we store their contents here. The back
2213   /// of the deque contains the current function and the stack contains the
2214   /// values in the calling frames.
2215   std::deque<DenseMap<Value*, Constant*>> ValueStack;
2216
2217   /// This is used to detect recursion.  In pathological situations we could hit
2218   /// exponential behavior, but at least there is nothing unbounded.
2219   SmallVector<Function*, 4> CallStack;
2220
2221   /// For each store we execute, we update this map.  Loads check this to get
2222   /// the most up-to-date value.  If evaluation is successful, this state is
2223   /// committed to the process.
2224   DenseMap<Constant*, Constant*> MutatedMemory;
2225
2226   /// To 'execute' an alloca, we create a temporary global variable to represent
2227   /// its body.  This vector is needed so we can delete the temporary globals
2228   /// when we are done.
2229   SmallVector<std::unique_ptr<GlobalVariable>, 32> AllocaTmps;
2230
2231   /// These global variables have been marked invariant by the static
2232   /// constructor.
2233   SmallPtrSet<GlobalVariable*, 8> Invariants;
2234
2235   /// These are constants we have checked and know to be simple enough to live
2236   /// in a static initializer of a global.
2237   SmallPtrSet<Constant*, 8> SimpleConstants;
2238
2239   const DataLayout &DL;
2240   const TargetLibraryInfo *TLI;
2241 };
2242
2243 }  // anonymous namespace
2244
2245 /// Return the value that would be computed by a load from P after the stores
2246 /// reflected by 'memory' have been performed.  If we can't decide, return null.
2247 Constant *Evaluator::ComputeLoadResult(Constant *P) {
2248   // If this memory location has been recently stored, use the stored value: it
2249   // is the most up-to-date.
2250   DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I = MutatedMemory.find(P);
2251   if (I != MutatedMemory.end()) return I->second;
2252
2253   // Access it.
2254   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(P)) {
2255     if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2256       return GV->getInitializer();
2257     return nullptr;
2258   }
2259
2260   // Handle a constantexpr getelementptr.
2261   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(P))
2262     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr &&
2263         isa<GlobalVariable>(CE->getOperand(0))) {
2264       GlobalVariable *GV = cast<GlobalVariable>(CE->getOperand(0));
2265       if (GV->hasDefinitiveInitializer())
2266         return ConstantFoldLoadThroughGEPConstantExpr(GV->getInitializer(), CE);
2267     }
2268
2269   return nullptr;  // don't know how to evaluate.
2270 }
2271
2272 /// Evaluate all instructions in block BB, returning true if successful, false
2273 /// if we can't evaluate it.  NewBB returns the next BB that control flows into,
2274 /// or null upon return.
2275 bool Evaluator::EvaluateBlock(BasicBlock::iterator CurInst,
2276                               BasicBlock *&NextBB) {
2277   // This is the main evaluation loop.
2278   while (1) {
2279     Constant *InstResult = nullptr;
2280
2281     DEBUG(dbgs() << "Evaluating Instruction: " << *CurInst << "\n");
2282
2283     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(CurInst)) {
2284       if (!SI->isSimple()) {
2285         DEBUG(dbgs() << "Store is not simple! Can not evaluate.\n");
2286         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2287       }
2288       Constant *Ptr = getVal(SI->getOperand(1));
2289       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2290         DEBUG(dbgs() << "Folding constant ptr expression: " << *Ptr);
2291         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2292         DEBUG(dbgs() << "; To: " << *Ptr << "\n");
2293       }
2294       if (!isSimpleEnoughPointerToCommit(Ptr)) {
2295         // If this is too complex for us to commit, reject it.
2296         DEBUG(dbgs() << "Pointer is too complex for us to evaluate store.");
2297         return false;
2298       }
2299
2300       Constant *Val = getVal(SI->getOperand(0));
2301
2302       // If this might be too difficult for the backend to handle (e.g. the addr
2303       // of one global variable divided by another) then we can't commit it.
2304       if (!isSimpleEnoughValueToCommit(Val, SimpleConstants, DL)) {
2305         DEBUG(dbgs() << "Store value is too complex to evaluate store. " << *Val
2306               << "\n");
2307         return false;
2308       }
2309
2310       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2311         if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
2312           DEBUG(dbgs() << "Attempting to resolve bitcast on constant ptr.\n");
2313           // If we're evaluating a store through a bitcast, then we need
2314           // to pull the bitcast off the pointer type and push it onto the
2315           // stored value.
2316           Ptr = CE->getOperand(0);
2317
2318           Type *NewTy = cast<PointerType>(Ptr->getType())->getElementType();
2319
2320           // In order to push the bitcast onto the stored value, a bitcast
2321           // from NewTy to Val's type must be legal.  If it's not, we can try
2322           // introspecting NewTy to find a legal conversion.
2323           while (!Val->getType()->canLosslesslyBitCastTo(NewTy)) {
2324             // If NewTy is a struct, we can convert the pointer to the struct
2325             // into a pointer to its first member.
2326             // FIXME: This could be extended to support arrays as well.
2327             if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(NewTy)) {
2328               NewTy = STy->getTypeAtIndex(0U);
2329
2330               IntegerType *IdxTy = IntegerType::get(NewTy->getContext(), 32);
2331               Constant *IdxZero = ConstantInt::get(IdxTy, 0, false);
2332               Constant * const IdxList[] = {IdxZero, IdxZero};
2333
2334               Ptr = ConstantExpr::getGetElementPtr(nullptr, Ptr, IdxList);
2335               if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
2336                 Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2337
2338             // If we can't improve the situation by introspecting NewTy,
2339             // we have to give up.
2340             } else {
2341               DEBUG(dbgs() << "Failed to bitcast constant ptr, can not "
2342                     "evaluate.\n");
2343               return false;
2344             }
2345           }
2346
2347           // If we found compatible types, go ahead and push the bitcast
2348           // onto the stored value.
2349           Val = ConstantExpr::getBitCast(Val, NewTy);
2350
2351           DEBUG(dbgs() << "Evaluated bitcast: " << *Val << "\n");
2352         }
2353       }
2354
2355       MutatedMemory[Ptr] = Val;
2356     } else if (BinaryOperator *BO = dyn_cast<BinaryOperator>(CurInst)) {
2357       InstResult = ConstantExpr::get(BO->getOpcode(),
2358                                      getVal(BO->getOperand(0)),
2359                                      getVal(BO->getOperand(1)));
2360       DEBUG(dbgs() << "Found a BinaryOperator! Simplifying: " << *InstResult
2361             << "\n");
2362     } else if (CmpInst *CI = dyn_cast<CmpInst>(CurInst)) {
2363       InstResult = ConstantExpr::getCompare(CI->getPredicate(),
2364                                             getVal(CI->getOperand(0)),
2365                                             getVal(CI->getOperand(1)));
2366       DEBUG(dbgs() << "Found a CmpInst! Simplifying: " << *InstResult
2367             << "\n");
2368     } else if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurInst)) {
2369       InstResult = ConstantExpr::getCast(CI->getOpcode(),
2370                                          getVal(CI->getOperand(0)),
2371                                          CI->getType());
2372       DEBUG(dbgs() << "Found a Cast! Simplifying: " << *InstResult
2373             << "\n");
2374     } else if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(CurInst)) {
2375       InstResult = ConstantExpr::getSelect(getVal(SI->getOperand(0)),
2376                                            getVal(SI->getOperand(1)),
2377                                            getVal(SI->getOperand(2)));
2378       DEBUG(dbgs() << "Found a Select! Simplifying: " << *InstResult
2379             << "\n");
2380     } else if (auto *EVI = dyn_cast<ExtractValueInst>(CurInst)) {
2381       InstResult = ConstantExpr::getExtractValue(
2382           getVal(EVI->getAggregateOperand()), EVI->getIndices());
2383       DEBUG(dbgs() << "Found an ExtractValueInst! Simplifying: " << *InstResult
2384                    << "\n");
2385     } else if (auto *IVI = dyn_cast<InsertValueInst>(CurInst)) {
2386       InstResult = ConstantExpr::getInsertValue(
2387           getVal(IVI->getAggregateOperand()),
2388           getVal(IVI->getInsertedValueOperand()), IVI->getIndices());
2389       DEBUG(dbgs() << "Found an InsertValueInst! Simplifying: " << *InstResult
2390                    << "\n");
2391     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurInst)) {
2392       Constant *P = getVal(GEP->getOperand(0));
2393       SmallVector<Constant*, 8> GEPOps;
2394       for (User::op_iterator i = GEP->op_begin() + 1, e = GEP->op_end();
2395            i != e; ++i)
2396         GEPOps.push_back(getVal(*i));
2397       InstResult =
2398           ConstantExpr::getGetElementPtr(GEP->getSourceElementType(), P, GEPOps,
2399                                          cast<GEPOperator>(GEP)->isInBounds());
2400       DEBUG(dbgs() << "Found a GEP! Simplifying: " << *InstResult
2401             << "\n");
2402     } else if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(CurInst)) {
2403
2404       if (!LI->isSimple()) {
2405         DEBUG(dbgs() << "Found a Load! Not a simple load, can not evaluate.\n");
2406         return false;  // no volatile/atomic accesses.
2407       }
2408
2409       Constant *Ptr = getVal(LI->getOperand(0));
2410       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr)) {
2411         Ptr = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2412         DEBUG(dbgs() << "Found a constant pointer expression, constant "
2413               "folding: " << *Ptr << "\n");
2414       }
2415       InstResult = ComputeLoadResult(Ptr);
2416       if (!InstResult) {
2417         DEBUG(dbgs() << "Failed to compute load result. Can not evaluate load."
2418               "\n");
2419         return false; // Could not evaluate load.
2420       }
2421
2422       DEBUG(dbgs() << "Evaluated load: " << *InstResult << "\n");
2423     } else if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(CurInst)) {
2424       if (AI->isArrayAllocation()) {
2425         DEBUG(dbgs() << "Found an array alloca. Can not evaluate.\n");
2426         return false;  // Cannot handle array allocs.
2427       }
2428       Type *Ty = AI->getType()->getElementType();
2429       AllocaTmps.push_back(
2430           make_unique<GlobalVariable>(Ty, false, GlobalValue::InternalLinkage,
2431                                       UndefValue::get(Ty), AI->getName()));
2432       InstResult = AllocaTmps.back().get();
2433       DEBUG(dbgs() << "Found an alloca. Result: " << *InstResult << "\n");
2434     } else if (isa<CallInst>(CurInst) || isa<InvokeInst>(CurInst)) {
2435       CallSite CS(&*CurInst);
2436
2437       // Debug info can safely be ignored here.
2438       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) {
2439         DEBUG(dbgs() << "Ignoring debug info.\n");
2440         ++CurInst;
2441         continue;
2442       }
2443
2444       // Cannot handle inline asm.
2445       if (isa<InlineAsm>(CS.getCalledValue())) {
2446         DEBUG(dbgs() << "Found inline asm, can not evaluate.\n");
2447         return false;
2448       }
2449
2450       if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction())) {
2451         if (MemSetInst *MSI = dyn_cast<MemSetInst>(II)) {
2452           if (MSI->isVolatile()) {
2453             DEBUG(dbgs() << "Can not optimize a volatile memset " <<
2454                   "intrinsic.\n");
2455             return false;
2456           }
2457           Constant *Ptr = getVal(MSI->getDest());
2458           Constant *Val = getVal(MSI->getValue());
2459           Constant *DestVal = ComputeLoadResult(getVal(Ptr));
2460           if (Val->isNullValue() && DestVal && DestVal->isNullValue()) {
2461             // This memset is a no-op.
2462             DEBUG(dbgs() << "Ignoring no-op memset.\n");
2463             ++CurInst;
2464             continue;
2465           }
2466         }
2467
2468         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
2469             II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
2470           DEBUG(dbgs() << "Ignoring lifetime intrinsic.\n");
2471           ++CurInst;
2472           continue;
2473         }
2474
2475         if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::invariant_start) {
2476           // We don't insert an entry into Values, as it doesn't have a
2477           // meaningful return value.
2478           if (!II->use_empty()) {
2479             DEBUG(dbgs() << "Found unused invariant_start. Can't evaluate.\n");
2480             return false;
2481           }
2482           ConstantInt *Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0));
2483           Value *PtrArg = getVal(II->getArgOperand(1));
2484           Value *Ptr = PtrArg->stripPointerCasts();
2485           if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(Ptr)) {
2486             Type *ElemTy = cast<PointerType>(GV->getType())->getElementType();
2487             if (!Size->isAllOnesValue() &&
2488                 Size->getValue().getLimitedValue() >=
2489                     DL.getTypeStoreSize(ElemTy)) {
2490               Invariants.insert(GV);
2491               DEBUG(dbgs() << "Found a global var that is an invariant: " << *GV
2492                     << "\n");
2493             } else {
2494               DEBUG(dbgs() << "Found a global var, but can not treat it as an "
2495                     "invariant.\n");
2496             }
2497           }
2498           // Continue even if we do nothing.
2499           ++CurInst;
2500           continue;
2501         } else if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume) {
2502           DEBUG(dbgs() << "Skipping assume intrinsic.\n");
2503           ++CurInst;
2504           continue;
2505         }
2506
2507         DEBUG(dbgs() << "Unknown intrinsic. Can not evaluate.\n");
2508         return false;
2509       }
2510
2511       // Resolve function pointers.
2512       Function *Callee = dyn_cast<Function>(getVal(CS.getCalledValue()));
2513       if (!Callee || Callee->mayBeOverridden()) {
2514         DEBUG(dbgs() << "Can not resolve function pointer.\n");
2515         return false;  // Cannot resolve.
2516       }
2517
2518       SmallVector<Constant*, 8> Formals;
2519       for (User::op_iterator i = CS.arg_begin(), e = CS.arg_end(); i != e; ++i)
2520         Formals.push_back(getVal(*i));
2521
2522       if (Callee->isDeclaration()) {
2523         // If this is a function we can constant fold, do it.
2524         if (Constant *C = ConstantFoldCall(Callee, Formals, TLI)) {
2525           InstResult = C;
2526           DEBUG(dbgs() << "Constant folded function call. Result: " <<
2527                 *InstResult << "\n");
2528         } else {
2529           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold function call.\n");
2530           return false;
2531         }
2532       } else {
2533         if (Callee->getFunctionType()->isVarArg()) {
2534           DEBUG(dbgs() << "Can not constant fold vararg function call.\n");
2535           return false;
2536         }
2537
2538         Constant *RetVal = nullptr;
2539         // Execute the call, if successful, use the return value.
2540         ValueStack.emplace_back();
2541         if (!EvaluateFunction(Callee, RetVal, Formals)) {
2542           DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate function.\n");
2543           return false;
2544         }
2545         ValueStack.pop_back();
2546         InstResult = RetVal;
2547
2548         if (InstResult) {
2549           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: " <<
2550                 InstResult << "\n\n");
2551         } else {
2552           DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated function. Result: 0\n\n");
2553         }
2554       }
2555     } else if (isa<TerminatorInst>(CurInst)) {
2556       DEBUG(dbgs() << "Found a terminator instruction.\n");
2557
2558       if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(CurInst)) {
2559         if (BI->isUnconditional()) {
2560           NextBB = BI->getSuccessor(0);
2561         } else {
2562           ConstantInt *Cond =
2563             dyn_cast<ConstantInt>(getVal(BI->getCondition()));
2564           if (!Cond) return false;  // Cannot determine.
2565
2566           NextBB = BI->getSuccessor(!Cond->getZExtValue());
2567         }
2568       } else if (SwitchInst *SI = dyn_cast<SwitchInst>(CurInst)) {
2569         ConstantInt *Val =
2570           dyn_cast<ConstantInt>(getVal(SI->getCondition()));
2571         if (!Val) return false;  // Cannot determine.
2572         NextBB = SI->findCaseValue(Val).getCaseSuccessor();
2573       } else if (IndirectBrInst *IBI = dyn_cast<IndirectBrInst>(CurInst)) {
2574         Value *Val = getVal(IBI->getAddress())->stripPointerCasts();
2575         if (BlockAddress *BA = dyn_cast<BlockAddress>(Val))
2576           NextBB = BA->getBasicBlock();
2577         else
2578           return false;  // Cannot determine.
2579       } else if (isa<ReturnInst>(CurInst)) {
2580         NextBB = nullptr;
2581       } else {
2582         // invoke, unwind, resume, unreachable.
2583         DEBUG(dbgs() << "Can not handle terminator.");
2584         return false;  // Cannot handle this terminator.
2585       }
2586
2587       // We succeeded at evaluating this block!
2588       DEBUG(dbgs() << "Successfully evaluated block.\n");
2589       return true;
2590     } else {
2591       // Did not know how to evaluate this!
2592       DEBUG(dbgs() << "Failed to evaluate block due to unhandled instruction."
2593             "\n");
2594       return false;
2595     }
2596
2597     if (!CurInst->use_empty()) {
2598       if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(InstResult))
2599         InstResult = ConstantFoldConstantExpression(CE, DL, TLI);
2600
2601       setVal(&*CurInst, InstResult);
2602     }
2603
2604     // If we just processed an invoke, we finished evaluating the block.
2605     if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(CurInst)) {
2606       NextBB = II->getNormalDest();
2607       DEBUG(dbgs() << "Found an invoke instruction. Finished Block.\n\n");
2608       return true;
2609     }
2610
2611     // Advance program counter.
2612     ++CurInst;
2613   }
2614 }
2615
2616 /// Evaluate a call to function F, returning true if successful, false if we
2617 /// can't evaluate it.  ActualArgs contains the formal arguments for the
2618 /// function.
2619 bool Evaluator::EvaluateFunction(Function *F, Constant *&RetVal,
2620                                  const SmallVectorImpl<Constant*> &ActualArgs) {
2621   // Check to see if this function is already executing (recursion).  If so,
2622   // bail out.  TODO: we might want to accept limited recursion.
2623   if (std::find(CallStack.begin(), CallStack.end(), F) != CallStack.end())
2624     return false;
2625
2626   CallStack.push_back(F);
2627
2628   // Initialize arguments to the incoming values specified.
2629   unsigned ArgNo = 0;
2630   for (Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); AI != E;
2631        ++AI, ++ArgNo)
2632     setVal(&*AI, ActualArgs[ArgNo]);
2633
2634   // ExecutedBlocks - We only handle non-looping, non-recursive code.  As such,
2635   // we can only evaluate any one basic block at most once.  This set keeps
2636   // track of what we have executed so we can detect recursive cases etc.
2637   SmallPtrSet<BasicBlock*, 32> ExecutedBlocks;
2638
2639   // CurBB - The current basic block we're evaluating.
2640   BasicBlock *CurBB = &F->front();
2641
2642   BasicBlock::iterator CurInst = CurBB->begin();
2643
2644   while (1) {
2645     BasicBlock *NextBB = nullptr; // Initialized to avoid compiler warnings.
2646     DEBUG(dbgs() << "Trying to evaluate BB: " << *CurBB << "\n");
2647
2648     if (!EvaluateBlock(CurInst, NextBB))
2649       return false;
2650
2651     if (!NextBB) {
2652       // Successfully running until there's no next block means that we found
2653       // the return.  Fill it the return value and pop the call stack.
2654       ReturnInst *RI = cast<ReturnInst>(CurBB->getTerminator());
2655       if (RI->getNumOperands())
2656         RetVal = getVal(RI->getOperand(0));
2657       CallStack.pop_back();
2658       return true;
2659     }
2660
2661     // Okay, we succeeded in evaluating this control flow.  See if we have
2662     // executed the new block before.  If so, we have a looping function,
2663     // which we cannot evaluate in reasonable time.
2664     if (!ExecutedBlocks.insert(NextBB).second)
2665       return false;  // looped!
2666
2667     // Okay, we have never been in this block before.  Check to see if there
2668     // are any PHI nodes.  If so, evaluate them with information about where
2669     // we came from.
2670     PHINode *PN = nullptr;
2671     for (CurInst = NextBB->begin();
2672          (PN = dyn_cast<PHINode>(CurInst)); ++CurInst)
2673       setVal(PN, getVal(PN->getIncomingValueForBlock(CurBB)));
2674
2675     // Advance to the next block.
2676     CurBB = NextBB;
2677   }
2678 }
2679
2680 /// Evaluate static constructors in the function, if we can.  Return true if we
2681 /// can, false otherwise.
2682 static bool EvaluateStaticConstructor(Function *F, const DataLayout &DL,
2683                                       const TargetLibraryInfo *TLI) {
2684   // Call the function.
2685   Evaluator Eval(DL, TLI);
2686   Constant *RetValDummy;
2687   bool EvalSuccess = Eval.EvaluateFunction(F, RetValDummy,
2688                                            SmallVector<Constant*, 0>());
2689
2690   if (EvalSuccess) {
2691     ++NumCtorsEvaluated;
2692
2693     // We succeeded at evaluation: commit the result.
2694     DEBUG(dbgs() << "FULLY EVALUATED GLOBAL CTOR FUNCTION '"
2695           << F->getName() << "' to " << Eval.getMutatedMemory().size()
2696           << " stores.\n");
2697     for (DenseMap<Constant*, Constant*>::const_iterator I =
2698            Eval.getMutatedMemory().begin(), E = Eval.getMutatedMemory().end();
2699          I != E; ++I)
2700       CommitValueTo(I->second, I->first);
2701     for (GlobalVariable *GV : Eval.getInvariants())
2702       GV->setConstant(true);
2703   }
2704
2705   return EvalSuccess;
2706 }
2707
2708 static int compareNames(Constant *const *A, Constant *const *B) {
2709   return (*A)->stripPointerCasts()->getName().compare(
2710       (*B)->stripPointerCasts()->getName());
2711 }
2712
2713 static void setUsedInitializer(GlobalVariable &V,
2714                                const SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> &Init) {
2715   if (Init.empty()) {
2716     V.eraseFromParent();
2717     return;
2718   }
2719
2720   // Type of pointer to the array of pointers.
2721   PointerType *Int8PtrTy = Type::getInt8PtrTy(V.getContext(), 0);
2722
2723   SmallVector<llvm::Constant *, 8> UsedArray;
2724   for (GlobalValue *GV : Init) {
2725     Constant *Cast
2726       = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(GV, Int8PtrTy);
2727     UsedArray.push_back(Cast);
2728   }
2729   // Sort to get deterministic order.
2730   array_pod_sort(UsedArray.begin(), UsedArray.end(), compareNames);
2731   ArrayType *ATy = ArrayType::get(Int8PtrTy, UsedArray.size());
2732
2733   Module *M = V.getParent();
2734   V.removeFromParent();
2735   GlobalVariable *NV =
2736       new GlobalVariable(*M, ATy, false, llvm::GlobalValue::AppendingLinkage,
2737                          llvm::ConstantArray::get(ATy, UsedArray), "");
2738   NV->takeName(&V);
2739   NV->setSection("llvm.metadata");
2740   delete &V;
2741 }
2742
2743 namespace {
2744 /// An easy to access representation of llvm.used and llvm.compiler.used.
2745 class LLVMUsed {
2746   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> Used;
2747   SmallPtrSet<GlobalValue *, 8> CompilerUsed;
2748   GlobalVariable *UsedV;
2749   GlobalVariable *CompilerUsedV;
2750
2751 public:
2752   LLVMUsed(Module &M) {
2753     UsedV = collectUsedGlobalVariables(M, Used, false);
2754     CompilerUsedV = collectUsedGlobalVariables(M, CompilerUsed, true);
2755   }
2756   typedef SmallPtrSet<GlobalValue *, 8>::iterator iterator;
2757   typedef iterator_range<iterator> used_iterator_range;
2758   iterator usedBegin() { return Used.begin(); }
2759   iterator usedEnd() { return Used.end(); }
2760   used_iterator_range used() {
2761     return used_iterator_range(usedBegin(), usedEnd());
2762   }
2763   iterator compilerUsedBegin() { return CompilerUsed.begin(); }
2764   iterator compilerUsedEnd() { return CompilerUsed.end(); }
2765   used_iterator_range compilerUsed() {
2766     return used_iterator_range(compilerUsedBegin(), compilerUsedEnd());
2767   }
2768   bool usedCount(GlobalValue *GV) const { return Used.count(GV); }
2769   bool compilerUsedCount(GlobalValue *GV) const {
2770     return CompilerUsed.count(GV);
2771   }
2772   bool usedErase(GlobalValue *GV) { return Used.erase(GV); }
2773   bool compilerUsedErase(GlobalValue *GV) { return CompilerUsed.erase(GV); }
2774   bool usedInsert(GlobalValue *GV) { return Used.insert(GV).second; }
2775   bool compilerUsedInsert(GlobalValue *GV) {
2776     return CompilerUsed.insert(GV).second;
2777   }
2778
2779   void syncVariablesAndSets() {
2780     if (UsedV)
2781       setUsedInitializer(*UsedV, Used);
2782     if (CompilerUsedV)
2783       setUsedInitializer(*CompilerUsedV, CompilerUsed);
2784   }
2785 };
2786 }
2787
2788 static bool hasUseOtherThanLLVMUsed(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2789   if (GA.use_empty()) // No use at all.
2790     return false;
2791
2792   assert((!U.usedCount(&GA) || !U.compilerUsedCount(&GA)) &&
2793          "We should have removed the duplicated "
2794          "element from llvm.compiler.used");
2795   if (!GA.hasOneUse())
2796     // Strictly more than one use. So at least one is not in llvm.used and
2797     // llvm.compiler.used.
2798     return true;
2799
2800   // Exactly one use. Check if it is in llvm.used or llvm.compiler.used.
2801   return !U.usedCount(&GA) && !U.compilerUsedCount(&GA);
2802 }
2803
2804 static bool hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(GlobalValue &V,
2805                                                const LLVMUsed &U) {
2806   unsigned N = 2;
2807   assert((!U.usedCount(&V) || !U.compilerUsedCount(&V)) &&
2808          "We should have removed the duplicated "
2809          "element from llvm.compiler.used");
2810   if (U.usedCount(&V) || U.compilerUsedCount(&V))
2811     ++N;
2812   return V.hasNUsesOrMore(N);
2813 }
2814
2815 static bool mayHaveOtherReferences(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U) {
2816   if (!GA.hasLocalLinkage())
2817     return true;
2818
2819   return U.usedCount(&GA) || U.compilerUsedCount(&GA);
2820 }
2821
2822 static bool hasUsesToReplace(GlobalAlias &GA, const LLVMUsed &U,
2823                              bool &RenameTarget) {
2824   RenameTarget = false;
2825   bool Ret = false;
2826   if (hasUseOtherThanLLVMUsed(GA, U))
2827     Ret = true;
2828
2829   // If the alias is externally visible, we may still be able to simplify it.
2830   if (!mayHaveOtherReferences(GA, U))
2831     return Ret;
2832
2833   // If the aliasee has internal linkage, give it the name and linkage
2834   // of the alias, and delete the alias.  This turns:
2835   //   define internal ... @f(...)
2836   //   @a = alias ... @f
2837   // into:
2838   //   define ... @a(...)
2839   Constant *Aliasee = GA.getAliasee();
2840   GlobalValue *Target = cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2841   if (!Target->hasLocalLinkage())
2842     return Ret;
2843
2844   // Do not perform the transform if multiple aliases potentially target the
2845   // aliasee. This check also ensures that it is safe to replace the section
2846   // and other attributes of the aliasee with those of the alias.
2847   if (hasMoreThanOneUseOtherThanLLVMUsed(*Target, U))
2848     return Ret;
2849
2850   RenameTarget = true;
2851   return true;
2852 }
2853
2854 bool GlobalOpt::OptimizeGlobalAliases(Module &M) {
2855   bool Changed = false;
2856   LLVMUsed Used(M);
2857
2858   for (GlobalValue *GV : Used.used())
2859     Used.compilerUsedErase(GV);
2860
2861   for (Module::alias_iterator I = M.alias_begin(), E = M.alias_end();
2862        I != E;) {
2863     Module::alias_iterator J = I++;
2864     // Aliases without names cannot be referenced outside this module.
2865     if (!J->hasName() && !J->isDeclaration() && !J->hasLocalLinkage())
2866       J->setLinkage(GlobalValue::InternalLinkage);
2867     // If the aliasee may change at link time, nothing can be done - bail out.
2868     if (J->mayBeOverridden())
2869       continue;
2870
2871     Constant *Aliasee = J->getAliasee();
2872     GlobalValue *Target = dyn_cast<GlobalValue>(Aliasee->stripPointerCasts());
2873     // We can't trivially replace the alias with the aliasee if the aliasee is
2874     // non-trivial in some way.
2875     // TODO: Try to handle non-zero GEPs of local aliasees.
2876     if (!Target)
2877       continue;
2878     Target->removeDeadConstantUsers();
2879
2880     // Make all users of the alias use the aliasee instead.
2881     bool RenameTarget;
2882     if (!hasUsesToReplace(*J, Used, RenameTarget))
2883       continue;
2884
2885     J->replaceAllUsesWith(ConstantExpr::getBitCast(Aliasee, J->getType()));
2886     ++NumAliasesResolved;
2887     Changed = true;
2888
2889     if (RenameTarget) {
2890       // Give the aliasee the name, linkage and other attributes of the alias.
2891       Target->takeName(&*J);
2892       Target->setLinkage(J->getLinkage());
2893       Target->setVisibility(J->getVisibility());
2894       Target->setDLLStorageClass(J->getDLLStorageClass());
2895
2896       if (Used.usedErase(&*J))
2897         Used.usedInsert(Target);
2898
2899       if (Used.compilerUsedErase(&*J))
2900         Used.compilerUsedInsert(Target);
2901     } else if (mayHaveOtherReferences(*J, Used))
2902       continue;
2903
2904     // Delete the alias.
2905     M.getAliasList().erase(J);
2906     ++NumAliasesRemoved;
2907     Changed = true;
2908   }
2909
2910   Used.syncVariablesAndSets();
2911
2912   return Changed;
2913 }
2914
2915 static Function *FindCXAAtExit(Module &M, TargetLibraryInfo *TLI) {
2916   if (!TLI->has(LibFunc::cxa_atexit))
2917     return nullptr;
2918
2919   Function *Fn = M.getFunction(TLI->getName(LibFunc::cxa_atexit));
2920
2921   if (!Fn)
2922     return nullptr;
2923
2924   FunctionType *FTy = Fn->getFunctionType();
2925
2926   // Checking that the function has the right return type, the right number of
2927   // parameters and that they all have pointer types should be enough.
2928   if (!FTy->getReturnType()->isIntegerTy() ||
2929       FTy->getNumParams() != 3 ||
2930       !FTy->getParamType(0)->isPointerTy() ||
2931       !FTy->getParamType(1)->isPointerTy() ||
2932       !FTy->getParamType(2)->isPointerTy())
2933     return nullptr;
2934
2935   return Fn;
2936 }
2937
2938 /// Returns whether the given function is an empty C++ destructor and can
2939 /// therefore be eliminated.
2940 /// Note that we assume that other optimization passes have already simplified
2941 /// the code so we only look for a function with a single basic block, where
2942 /// the only allowed instructions are 'ret', 'call' to an empty C++ dtor and
2943 /// other side-effect free instructions.
2944 static bool cxxDtorIsEmpty(const Function &Fn,
2945                            SmallPtrSet<const Function *, 8> &CalledFunctions) {
2946   // FIXME: We could eliminate C++ destructors if they're readonly/readnone and
2947   // nounwind, but that doesn't seem worth doing.
2948   if (Fn.isDeclaration())
2949     return false;
2950
2951   if (++Fn.begin() != Fn.end())
2952     return false;
2953
2954   const BasicBlock &EntryBlock = Fn.getEntryBlock();
2955   for (BasicBlock::const_iterator I = EntryBlock.begin(), E = EntryBlock.end();
2956        I != E; ++I) {
2957     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
2958       // Ignore debug intrinsics.
2959       if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CI))
2960         continue;
2961
2962       const Function *CalledFn = CI->getCalledFunction();
2963
2964       if (!CalledFn)
2965         return false;
2966
2967       SmallPtrSet<const Function *, 8> NewCalledFunctions(CalledFunctions);
2968
2969       // Don't treat recursive functions as empty.
2970       if (!NewCalledFunctions.insert(CalledFn).second)
2971         return false;
2972
2973       if (!cxxDtorIsEmpty(*CalledFn, NewCalledFunctions))
2974         return false;
2975     } else if (isa<ReturnInst>(*I))
2976       return true; // We're done.
2977     else if (I->mayHaveSideEffects())
2978       return false; // Destructor with side effects, bail.
2979   }
2980
2981   return false;
2982 }
2983
2984 bool GlobalOpt::OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(Function *CXAAtExitFn) {
2985   /// Itanium C++ ABI p3.3.5:
2986   ///
2987   ///   After constructing a global (or local static) object, that will require
2988   ///   destruction on exit, a termination function is registered as follows:
2989   ///
2990   ///   extern "C" int __cxa_atexit ( void (*f)(void *), void *p, void *d );
2991   ///
2992   ///   This registration, e.g. __cxa_atexit(f,p,d), is intended to cause the
2993   ///   call f(p) when DSO d is unloaded, before all such termination calls
2994   ///   registered before this one. It returns zero if registration is
2995   ///   successful, nonzero on failure.
2996
2997   // This pass will look for calls to __cxa_atexit where the function is trivial
2998   // and remove them.
2999   bool Changed = false;
3000
3001   for (auto I = CXAAtExitFn->user_begin(), E = CXAAtExitFn->user_end();
3002        I != E;) {
3003     // We're only interested in calls. Theoretically, we could handle invoke
3004     // instructions as well, but neither llvm-gcc nor clang generate invokes
3005     // to __cxa_atexit.
3006     CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*I++);
3007     if (!CI)
3008       continue;
3009
3010     Function *DtorFn =
3011       dyn_cast<Function>(CI->getArgOperand(0)->stripPointerCasts());
3012     if (!DtorFn)
3013       continue;
3014
3015     SmallPtrSet<const Function *, 8> CalledFunctions;
3016     if (!cxxDtorIsEmpty(*DtorFn, CalledFunctions))
3017       continue;
3018
3019     // Just remove the call.
3020     CI->replaceAllUsesWith(Constant::getNullValue(CI->getType()));
3021     CI->eraseFromParent();
3022
3023     ++NumCXXDtorsRemoved;
3024
3025     Changed |= true;
3026   }
3027
3028   return Changed;
3029 }
3030
3031 bool GlobalOpt::runOnModule(Module &M) {
3032   bool Changed = false;
3033
3034   auto &DL = M.getDataLayout();
3035   TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
3036
3037   bool LocalChange = true;
3038   while (LocalChange) {
3039     LocalChange = false;
3040
3041     NotDiscardableComdats.clear();
3042     for (const GlobalVariable &GV : M.globals())
3043       if (const Comdat *C = GV.getComdat())
3044         if (!GV.isDiscardableIfUnused() || !GV.use_empty())
3045           NotDiscardableComdats.insert(C);
3046     for (Function &F : M)
3047       if (const Comdat *C = F.getComdat())
3048         if (!F.isDefTriviallyDead())
3049           NotDiscardableComdats.insert(C);
3050     for (GlobalAlias &GA : M.aliases())
3051       if (const Comdat *C = GA.getComdat())
3052         if (!GA.isDiscardableIfUnused() || !GA.use_empty())
3053           NotDiscardableComdats.insert(C);
3054
3055     // Delete functions that are trivially dead, ccc -> fastcc
3056     LocalChange |= OptimizeFunctions(M);
3057
3058     // Optimize global_ctors list.
3059     LocalChange |= optimizeGlobalCtorsList(M, [&](Function *F) {
3060       return EvaluateStaticConstructor(F, DL, TLI);
3061     });
3062
3063     // Optimize non-address-taken globals.
3064     LocalChange |= OptimizeGlobalVars(M);
3065
3066     // Resolve aliases, when possible.
3067     LocalChange |= OptimizeGlobalAliases(M);
3068
3069     // Try to remove trivial global destructors if they are not removed
3070     // already.
3071     Function *CXAAtExitFn = FindCXAAtExit(M, TLI);
3072     if (CXAAtExitFn)
3073       LocalChange |= OptimizeEmptyGlobalCXXDtors(CXAAtExitFn);
3074
3075     Changed |= LocalChange;
3076   }
3077
3078   // TODO: Move all global ctors functions to the end of the module for code
3079   // layout.
3080
3081   return Changed;
3082 }
3083