[RewriteStatepointsForGC] Improve debug output [NFC]
[oota-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / RewriteStatepointsForGC.cpp
1 //===- RewriteStatepointsForGC.cpp - Make GC relocations explicit ---------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // Rewrite an existing set of gc.statepoints such that they make potential
11 // relocations performed by the garbage collector explicit in the IR.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Pass.h"
16 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
17 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
18 #include "llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h"
19 #include "llvm/ADT/SetOperations.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
22 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
23 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
24 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
25 #include "llvm/IR/CallSite.h"
26 #include "llvm/IR/Dominators.h"
27 #include "llvm/IR/Function.h"
28 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
29 #include "llvm/IR/InstIterator.h"
30 #include "llvm/IR/Instructions.h"
31 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
32 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
33 #include "llvm/IR/Module.h"
34 #include "llvm/IR/MDBuilder.h"
35 #include "llvm/IR/Statepoint.h"
36 #include "llvm/IR/Value.h"
37 #include "llvm/IR/Verifier.h"
38 #include "llvm/Support/Debug.h"
39 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
40 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
41 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
42 #include "llvm/Transforms/Utils/Cloning.h"
43 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
44 #include "llvm/Transforms/Utils/PromoteMemToReg.h"
45
46 #define DEBUG_TYPE "rewrite-statepoints-for-gc"
47
48 using namespace llvm;
49
50 // Print the liveset found at the insert location
51 static cl::opt<bool> PrintLiveSet("spp-print-liveset", cl::Hidden,
52                                   cl::init(false));
53 static cl::opt<bool> PrintLiveSetSize("spp-print-liveset-size", cl::Hidden,
54                                       cl::init(false));
55 // Print out the base pointers for debugging
56 static cl::opt<bool> PrintBasePointers("spp-print-base-pointers", cl::Hidden,
57                                        cl::init(false));
58
59 // Cost threshold measuring when it is profitable to rematerialize value instead
60 // of relocating it
61 static cl::opt<unsigned>
62 RematerializationThreshold("spp-rematerialization-threshold", cl::Hidden,
63                            cl::init(6));
64
65 #ifdef XDEBUG
66 static bool ClobberNonLive = true;
67 #else
68 static bool ClobberNonLive = false;
69 #endif
70 static cl::opt<bool, true> ClobberNonLiveOverride("rs4gc-clobber-non-live",
71                                                   cl::location(ClobberNonLive),
72                                                   cl::Hidden);
73
74 namespace {
75 struct RewriteStatepointsForGC : public ModulePass {
76   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
77
78   RewriteStatepointsForGC() : ModulePass(ID) {
79     initializeRewriteStatepointsForGCPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
80   }
81   bool runOnFunction(Function &F);
82   bool runOnModule(Module &M) override {
83     bool Changed = false;
84     for (Function &F : M)
85       Changed |= runOnFunction(F);
86
87     if (Changed) {
88       // stripDereferenceabilityInfo asserts that shouldRewriteStatepointsIn
89       // returns true for at least one function in the module.  Since at least
90       // one function changed, we know that the precondition is satisfied.
91       stripDereferenceabilityInfo(M);
92     }
93
94     return Changed;
95   }
96
97   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
98     // We add and rewrite a bunch of instructions, but don't really do much
99     // else.  We could in theory preserve a lot more analyses here.
100     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
101     AU.addRequired<TargetTransformInfoWrapperPass>();
102   }
103
104   /// The IR fed into RewriteStatepointsForGC may have had attributes implying
105   /// dereferenceability that are no longer valid/correct after
106   /// RewriteStatepointsForGC has run.  This is because semantically, after
107   /// RewriteStatepointsForGC runs, all calls to gc.statepoint "free" the entire
108   /// heap.  stripDereferenceabilityInfo (conservatively) restores correctness
109   /// by erasing all attributes in the module that externally imply
110   /// dereferenceability.
111   ///
112   void stripDereferenceabilityInfo(Module &M);
113
114   // Helpers for stripDereferenceabilityInfo
115   void stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F);
116   void stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F);
117 };
118 } // namespace
119
120 char RewriteStatepointsForGC::ID = 0;
121
122 ModulePass *llvm::createRewriteStatepointsForGCPass() {
123   return new RewriteStatepointsForGC();
124 }
125
126 INITIALIZE_PASS_BEGIN(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
127                       "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
128 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
129 INITIALIZE_PASS_END(RewriteStatepointsForGC, "rewrite-statepoints-for-gc",
130                     "Make relocations explicit at statepoints", false, false)
131
132 namespace {
133 struct GCPtrLivenessData {
134   /// Values defined in this block.
135   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> KillSet;
136   /// Values used in this block (and thus live); does not included values
137   /// killed within this block.
138   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveSet;
139
140   /// Values live into this basic block (i.e. used by any
141   /// instruction in this basic block or ones reachable from here)
142   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveIn;
143
144   /// Values live out of this basic block (i.e. live into
145   /// any successor block)
146   DenseMap<BasicBlock *, DenseSet<Value *>> LiveOut;
147 };
148
149 // The type of the internal cache used inside the findBasePointers family
150 // of functions.  From the callers perspective, this is an opaque type and
151 // should not be inspected.
152 //
153 // In the actual implementation this caches two relations:
154 // - The base relation itself (i.e. this pointer is based on that one)
155 // - The base defining value relation (i.e. before base_phi insertion)
156 // Generally, after the execution of a full findBasePointer call, only the
157 // base relation will remain.  Internally, we add a mixture of the two
158 // types, then update all the second type to the first type
159 typedef DenseMap<Value *, Value *> DefiningValueMapTy;
160 typedef DenseSet<llvm::Value *> StatepointLiveSetTy;
161 typedef DenseMap<Instruction *, Value *> RematerializedValueMapTy;
162
163 struct PartiallyConstructedSafepointRecord {
164   /// The set of values known to be live across this safepoint
165   StatepointLiveSetTy liveset;
166
167   /// Mapping from live pointers to a base-defining-value
168   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
169
170   /// The *new* gc.statepoint instruction itself.  This produces the token
171   /// that normal path gc.relocates and the gc.result are tied to.
172   Instruction *StatepointToken;
173
174   /// Instruction to which exceptional gc relocates are attached
175   /// Makes it easier to iterate through them during relocationViaAlloca.
176   Instruction *UnwindToken;
177
178   /// Record live values we are rematerialized instead of relocating.
179   /// They are not included into 'liveset' field.
180   /// Maps rematerialized copy to it's original value.
181   RematerializedValueMapTy RematerializedValues;
182 };
183 }
184
185 /// Compute the live-in set for every basic block in the function
186 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
187                                 GCPtrLivenessData &Data);
188
189 /// Given results from the dataflow liveness computation, find the set of live
190 /// Values at a particular instruction.
191 static void findLiveSetAtInst(Instruction *inst, GCPtrLivenessData &Data,
192                               StatepointLiveSetTy &out);
193
194 // TODO: Once we can get to the GCStrategy, this becomes
195 // Optional<bool> isGCManagedPointer(const Value *V) const override {
196
197 static bool isGCPointerType(Type *T) {
198   if (auto *PT = dyn_cast<PointerType>(T))
199     // For the sake of this example GC, we arbitrarily pick addrspace(1) as our
200     // GC managed heap.  We know that a pointer into this heap needs to be
201     // updated and that no other pointer does.
202     return (1 == PT->getAddressSpace());
203   return false;
204 }
205
206 // Return true if this type is one which a) is a gc pointer or contains a GC
207 // pointer and b) is of a type this code expects to encounter as a live value.
208 // (The insertion code will assert that a type which matches (a) and not (b)
209 // is not encountered.)
210 static bool isHandledGCPointerType(Type *T) {
211   // We fully support gc pointers
212   if (isGCPointerType(T))
213     return true;
214   // We partially support vectors of gc pointers. The code will assert if it
215   // can't handle something.
216   if (auto VT = dyn_cast<VectorType>(T))
217     if (isGCPointerType(VT->getElementType()))
218       return true;
219   return false;
220 }
221
222 #ifndef NDEBUG
223 /// Returns true if this type contains a gc pointer whether we know how to
224 /// handle that type or not.
225 static bool containsGCPtrType(Type *Ty) {
226   if (isGCPointerType(Ty))
227     return true;
228   if (VectorType *VT = dyn_cast<VectorType>(Ty))
229     return isGCPointerType(VT->getScalarType());
230   if (ArrayType *AT = dyn_cast<ArrayType>(Ty))
231     return containsGCPtrType(AT->getElementType());
232   if (StructType *ST = dyn_cast<StructType>(Ty))
233     return std::any_of(
234         ST->subtypes().begin(), ST->subtypes().end(),
235         [](Type *SubType) { return containsGCPtrType(SubType); });
236   return false;
237 }
238
239 // Returns true if this is a type which a) is a gc pointer or contains a GC
240 // pointer and b) is of a type which the code doesn't expect (i.e. first class
241 // aggregates).  Used to trip assertions.
242 static bool isUnhandledGCPointerType(Type *Ty) {
243   return containsGCPtrType(Ty) && !isHandledGCPointerType(Ty);
244 }
245 #endif
246
247 static bool order_by_name(llvm::Value *a, llvm::Value *b) {
248   if (a->hasName() && b->hasName()) {
249     return -1 == a->getName().compare(b->getName());
250   } else if (a->hasName() && !b->hasName()) {
251     return true;
252   } else if (!a->hasName() && b->hasName()) {
253     return false;
254   } else {
255     // Better than nothing, but not stable
256     return a < b;
257   }
258 }
259
260 // Conservatively identifies any definitions which might be live at the
261 // given instruction. The  analysis is performed immediately before the
262 // given instruction. Values defined by that instruction are not considered
263 // live.  Values used by that instruction are considered live.
264 static void analyzeParsePointLiveness(
265     DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &OriginalLivenessData,
266     const CallSite &CS, PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
267   Instruction *inst = CS.getInstruction();
268
269   StatepointLiveSetTy liveset;
270   findLiveSetAtInst(inst, OriginalLivenessData, liveset);
271
272   if (PrintLiveSet) {
273     // Note: This output is used by several of the test cases
274     // The order of elements in a set is not stable, put them in a vec and sort
275     // by name
276     SmallVector<Value *, 64> Temp;
277     Temp.insert(Temp.end(), liveset.begin(), liveset.end());
278     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
279     errs() << "Live Variables:\n";
280     for (Value *V : Temp)
281       dbgs() << " " << V->getName() << " " << *V << "\n";
282   }
283   if (PrintLiveSetSize) {
284     errs() << "Safepoint For: " << CS.getCalledValue()->getName() << "\n";
285     errs() << "Number live values: " << liveset.size() << "\n";
286   }
287   result.liveset = liveset;
288 }
289
290 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I);
291
292 /// Return a base defining value for the 'Index' element of the given vector
293 /// instruction 'I'.  If Index is null, returns a BDV for the entire vector
294 /// 'I'.  As an optimization, this method will try to determine when the 
295 /// element is known to already be a base pointer.  If this can be established,
296 /// the second value in the returned pair will be true.  Note that either a
297 /// vector or a pointer typed value can be returned.  For the former, the
298 /// vector returned is a BDV (and possibly a base) of the entire vector 'I'.
299 /// If the later, the return pointer is a BDV (or possibly a base) for the
300 /// particular element in 'I'.  
301 static std::pair<Value *, bool>
302 findBaseDefiningValueOfVector(Value *I, Value *Index = nullptr) {
303   assert(I->getType()->isVectorTy() &&
304          cast<VectorType>(I->getType())->getElementType()->isPointerTy() &&
305          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
306
307   // Each case parallels findBaseDefiningValue below, see that code for
308   // detailed motivation.
309
310   if (isa<Argument>(I))
311     // An incoming argument to the function is a base pointer
312     return std::make_pair(I, true);
313
314   // We shouldn't see the address of a global as a vector value?
315   assert(!isa<GlobalVariable>(I) &&
316          "unexpected global variable found in base of vector");
317
318   // inlining could possibly introduce phi node that contains
319   // undef if callee has multiple returns
320   if (isa<UndefValue>(I))
321     // utterly meaningless, but useful for dealing with partially optimized
322     // code.
323     return std::make_pair(I, true);
324
325   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
326   // checks
327   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
328     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
329            "order of checks wrong!");
330     assert(Con->isNullValue() && "null is the only case which makes sense");
331     return std::make_pair(Con, true);
332   }
333   
334   if (isa<LoadInst>(I))
335     return std::make_pair(I, true);
336   
337   // For an insert element, we might be able to look through it if we know
338   // something about the indexes.
339   if (InsertElementInst *IEI = dyn_cast<InsertElementInst>(I)) {
340     if (Index) {
341       Value *InsertIndex = IEI->getOperand(2);
342       // This index is inserting the value, look for its BDV
343       if (InsertIndex == Index)
344         return std::make_pair(findBaseDefiningValue(IEI->getOperand(1)), false);
345       // Both constant, and can't be equal per above. This insert is definitely
346       // not relevant, look back at the rest of the vector and keep trying.
347       if (isa<ConstantInt>(Index) && isa<ConstantInt>(InsertIndex))
348         return findBaseDefiningValueOfVector(IEI->getOperand(0), Index);
349     }
350     
351     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
352     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
353     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
354     return std::make_pair(IEI, false);
355   }
356
357   if (isa<ShuffleVectorInst>(I))
358     // We don't know whether this vector contains entirely base pointers or
359     // not.  To be conservatively correct, we treat it as a BDV and will
360     // duplicate code as needed to construct a parallel vector of bases.
361     // TODO: There a number of local optimizations which could be applied here
362     // for particular sufflevector patterns.
363     return std::make_pair(I, false);
364
365   // A PHI or Select is a base defining value.  The outer findBasePointer
366   // algorithm is responsible for constructing a base value for this BDV.
367   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
368          "unknown vector instruction - no base found for vector element");
369   return std::make_pair(I, false);
370 }
371
372 static bool isKnownBaseResult(Value *V);
373
374 /// Helper function for findBasePointer - Will return a value which either a)
375 /// defines the base pointer for the input, b) blocks the simple search
376 /// (i.e. a PHI or Select of two derived pointers), or c) involves a change
377 /// from pointer to vector type or back.
378 static Value *findBaseDefiningValue(Value *I) {
379   if (I->getType()->isVectorTy())
380     return findBaseDefiningValueOfVector(I).first;
381   
382   assert(I->getType()->isPointerTy() &&
383          "Illegal to ask for the base pointer of a non-pointer type");
384
385   if (isa<Argument>(I))
386     // An incoming argument to the function is a base pointer
387     // We should have never reached here if this argument isn't an gc value
388     return I;
389
390   if (isa<GlobalVariable>(I))
391     // base case
392     return I;
393
394   // inlining could possibly introduce phi node that contains
395   // undef if callee has multiple returns
396   if (isa<UndefValue>(I))
397     // utterly meaningless, but useful for dealing with
398     // partially optimized code.
399     return I;
400
401   // Due to inheritance, this must be _after_ the global variable and undef
402   // checks
403   if (Constant *Con = dyn_cast<Constant>(I)) {
404     assert(!isa<GlobalVariable>(I) && !isa<UndefValue>(I) &&
405            "order of checks wrong!");
406     // Note: Finding a constant base for something marked for relocation
407     // doesn't really make sense.  The most likely case is either a) some
408     // screwed up the address space usage or b) your validating against
409     // compiled C++ code w/o the proper separation.  The only real exception
410     // is a null pointer.  You could have generic code written to index of
411     // off a potentially null value and have proven it null.  We also use
412     // null pointers in dead paths of relocation phis (which we might later
413     // want to find a base pointer for).
414     assert(isa<ConstantPointerNull>(Con) &&
415            "null is the only case which makes sense");
416     return Con;
417   }
418
419   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(I)) {
420     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
421     // If we find a cast instruction here, it means we've found a cast which is
422     // not simply a pointer cast (i.e. an inttoptr).  We don't know how to
423     // handle int->ptr conversion.
424     assert(!isa<CastInst>(Def) && "shouldn't find another cast here");
425     return findBaseDefiningValue(Def);
426   }
427
428   if (isa<LoadInst>(I))
429     return I; // The value loaded is an gc base itself
430
431   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I))
432     // The base of this GEP is the base
433     return findBaseDefiningValue(GEP->getPointerOperand());
434
435   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
436     switch (II->getIntrinsicID()) {
437     case Intrinsic::experimental_gc_result_ptr:
438     default:
439       // fall through to general call handling
440       break;
441     case Intrinsic::experimental_gc_statepoint:
442     case Intrinsic::experimental_gc_result_float:
443     case Intrinsic::experimental_gc_result_int:
444       llvm_unreachable("these don't produce pointers");
445     case Intrinsic::experimental_gc_relocate: {
446       // Rerunning safepoint insertion after safepoints are already
447       // inserted is not supported.  It could probably be made to work,
448       // but why are you doing this?  There's no good reason.
449       llvm_unreachable("repeat safepoint insertion is not supported");
450     }
451     case Intrinsic::gcroot:
452       // Currently, this mechanism hasn't been extended to work with gcroot.
453       // There's no reason it couldn't be, but I haven't thought about the
454       // implications much.
455       llvm_unreachable(
456           "interaction with the gcroot mechanism is not supported");
457     }
458   }
459   // We assume that functions in the source language only return base
460   // pointers.  This should probably be generalized via attributes to support
461   // both source language and internal functions.
462   if (isa<CallInst>(I) || isa<InvokeInst>(I))
463     return I;
464
465   // I have absolutely no idea how to implement this part yet.  It's not
466   // necessarily hard, I just haven't really looked at it yet.
467   assert(!isa<LandingPadInst>(I) && "Landing Pad is unimplemented");
468
469   if (isa<AtomicCmpXchgInst>(I))
470     // A CAS is effectively a atomic store and load combined under a
471     // predicate.  From the perspective of base pointers, we just treat it
472     // like a load.
473     return I;
474
475   assert(!isa<AtomicRMWInst>(I) && "Xchg handled above, all others are "
476                                    "binary ops which don't apply to pointers");
477
478   // The aggregate ops.  Aggregates can either be in the heap or on the
479   // stack, but in either case, this is simply a field load.  As a result,
480   // this is a defining definition of the base just like a load is.
481   if (isa<ExtractValueInst>(I))
482     return I;
483
484   // We should never see an insert vector since that would require we be
485   // tracing back a struct value not a pointer value.
486   assert(!isa<InsertValueInst>(I) &&
487          "Base pointer for a struct is meaningless");
488
489   // An extractelement produces a base result exactly when it's input does.
490   // We may need to insert a parallel instruction to extract the appropriate
491   // element out of the base vector corresponding to the input. Given this,
492   // it's analogous to the phi and select case even though it's not a merge.
493   if (auto *EEI = dyn_cast<ExtractElementInst>(I)) {
494     Value *VectorOperand = EEI->getVectorOperand();
495     Value *Index = EEI->getIndexOperand();
496     std::pair<Value *, bool> pair =
497       findBaseDefiningValueOfVector(VectorOperand, Index);
498     Value *VectorBase = pair.first;
499     if (VectorBase->getType()->isPointerTy())
500       // We found a BDV for this specific element with the vector.  This is an
501       // optimization, but in practice it covers most of the useful cases
502       // created via scalarization. Note: The peephole optimization here is
503       // currently needed for correctness since the general algorithm doesn't
504       // yet handle insertelements.  That will change shortly.
505       return VectorBase;
506     else {
507       assert(VectorBase->getType()->isVectorTy());
508       // Otherwise, we have an instruction which potentially produces a
509       // derived pointer and we need findBasePointers to clone code for us
510       // such that we can create an instruction which produces the
511       // accompanying base pointer.
512       return EEI;
513     }
514   }
515
516   // The last two cases here don't return a base pointer.  Instead, they
517   // return a value which dynamically selects from among several base
518   // derived pointers (each with it's own base potentially).  It's the job of
519   // the caller to resolve these.
520   assert((isa<SelectInst>(I) || isa<PHINode>(I)) &&
521          "missing instruction case in findBaseDefiningValing");
522   return I;
523 }
524
525 /// Returns the base defining value for this value.
526 static Value *findBaseDefiningValueCached(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
527   Value *&Cached = Cache[I];
528   if (!Cached) {
529     Cached = findBaseDefiningValue(I);
530     DEBUG(dbgs() << "fBDV-cached: " << I->getName() << " -> "
531                  << Cached->getName() << "\n");
532   }
533   assert(Cache[I] != nullptr);
534   return Cached;
535 }
536
537 /// Return a base pointer for this value if known.  Otherwise, return it's
538 /// base defining value.
539 static Value *findBaseOrBDV(Value *I, DefiningValueMapTy &Cache) {
540   Value *Def = findBaseDefiningValueCached(I, Cache);
541   auto Found = Cache.find(Def);
542   if (Found != Cache.end()) {
543     // Either a base-of relation, or a self reference.  Caller must check.
544     return Found->second;
545   }
546   // Only a BDV available
547   return Def;
548 }
549
550 /// Given the result of a call to findBaseDefiningValue, or findBaseOrBDV,
551 /// is it known to be a base pointer?  Or do we need to continue searching.
552 static bool isKnownBaseResult(Value *V) {
553   if (!isa<PHINode>(V) && !isa<SelectInst>(V) && !isa<ExtractElementInst>(V)) {
554     // no recursion possible
555     return true;
556   }
557   if (isa<Instruction>(V) &&
558       cast<Instruction>(V)->getMetadata("is_base_value")) {
559     // This is a previously inserted base phi or select.  We know
560     // that this is a base value.
561     return true;
562   }
563
564   // We need to keep searching
565   return false;
566 }
567
568 namespace {
569 /// Models the state of a single base defining value in the findBasePointer
570 /// algorithm for determining where a new instruction is needed to propagate
571 /// the base of this BDV.
572 class BDVState {
573 public:
574   enum Status { Unknown, Base, Conflict };
575
576   BDVState(Status s, Value *b = nullptr) : status(s), base(b) {
577     assert(status != Base || b);
578   }
579   explicit BDVState(Value *b) : status(Base), base(b) {}
580   BDVState() : status(Unknown), base(nullptr) {}
581
582   Status getStatus() const { return status; }
583   Value *getBase() const { return base; }
584
585   bool isBase() const { return getStatus() == Base; }
586   bool isUnknown() const { return getStatus() == Unknown; }
587   bool isConflict() const { return getStatus() == Conflict; }
588
589   bool operator==(const BDVState &other) const {
590     return base == other.base && status == other.status;
591   }
592
593   bool operator!=(const BDVState &other) const { return !(*this == other); }
594
595   LLVM_DUMP_METHOD
596   void dump() const { print(dbgs()); dbgs() << '\n'; }
597   
598   void print(raw_ostream &OS) const {
599     switch (status) {
600     case Unknown:
601       OS << "U";
602       break;
603     case Base:
604       OS << "B";
605       break;
606     case Conflict:
607       OS << "C";
608       break;
609     };
610     OS << " (" << base << " - "
611        << (base ? base->getName() : "nullptr") << "): ";
612   }
613
614 private:
615   Status status;
616   Value *base; // non null only if status == base
617 };
618
619 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
620   State.print(OS);
621   return OS;
622 }
623
624
625 typedef DenseMap<Value *, BDVState> ConflictStateMapTy;
626 // Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
627 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
628 // operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
629 class MeetBDVStates {
630 public:
631   /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
632   /// any other state to produce that state.
633   MeetBDVStates() {}
634
635   // Destructively meet the current result with the given BDVState
636   void meetWith(BDVState otherState) {
637     currentResult = meet(otherState, currentResult);
638   }
639
640   BDVState getResult() const { return currentResult; }
641
642 private:
643   BDVState currentResult;
644
645   /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
646   static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
647     assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
648            "math is wrong: meet does not commute!");
649     BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
650     DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
651                  << " produced " << Result << "\n");
652     return Result;
653   }
654
655   static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
656     switch (stateA.getStatus()) {
657     case BDVState::Unknown:
658       return stateB;
659
660     case BDVState::Base:
661       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
662       if (stateB.isUnknown())
663         return stateA;
664
665       if (stateB.isBase()) {
666         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
667           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
668           return stateA;
669         }
670         return BDVState(BDVState::Conflict);
671       }
672       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
673       return BDVState(BDVState::Conflict);
674
675     case BDVState::Conflict:
676       return stateA;
677     }
678     llvm_unreachable("only three states!");
679   }
680 };
681 }
682 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
683 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
684 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
685 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
686 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
687   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
688
689   if (isKnownBaseResult(def)) {
690     return def;
691   }
692
693   // Here's the rough algorithm:
694   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
695   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
696   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
697   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
698   //   looks like:
699   //   UNKNOWN
700   //   b1 b2 b3 b4
701   //   CONFLICT
702   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
703   //   base or be in a conflict state.
704   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
705   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
706   //   non-conflict, add the actual base.
707   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
708   //   arguments.
709   //
710   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
711   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
712   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
713   // overall worse solution.
714
715 #ifndef NDEBUG
716   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
717     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) || isa<ExtractElementInst>(BDV);
718   };
719 #endif
720
721   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
722   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
723   ConflictStateMapTy states;
724   // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
725   // for which we don't already know a definite base value for
726   /* scope */ {
727     DenseSet<Value *> Visited;
728     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
729     Worklist.push_back(def);
730     Visited.insert(def);
731     while (!Worklist.empty()) {
732       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
733       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
734
735       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
736         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
737         if (isKnownBaseResult(Base))
738           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
739           // ignored safely
740           return;
741         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
742                "we see should be base defining values");
743         if (Visited.insert(Base).second)
744           Worklist.push_back(Base);
745       };
746       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
747         for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
748           visitIncomingValue(InVal);
749       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
750         visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
751         visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
752       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
753         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
754       } else {
755         // There are two classes of instructions we know we don't handle.
756         assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current) ||
757                isa<InsertElementInst>(Current));
758         llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
759       }
760     }
761     // The frontier of visited instructions are the ones we might need to
762     // duplicate, so fill in the starting state for the optimistic algorithm
763     // that follows.
764     for (Value *BDV : Visited) {
765       states[BDV] = BDVState();
766     }
767   }
768
769 #ifndef NDEBUG
770   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
771   for (auto Pair : states) {
772     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
773   }
774 #endif
775
776   // TODO: come back and revisit the state transitions around inputs which
777   // have reached conflict state.  The current version seems too conservative.
778
779   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
780   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
781   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
782     if (isKnownBaseResult(baseValue))
783       return BDVState(baseValue);
784     auto I = states.find(baseValue);
785     assert(I != states.end() && "lookup failed!");
786     return I->second;
787   };
788
789   bool progress = true;
790   while (progress) {
791 #ifndef NDEBUG
792     size_t oldSize = states.size();
793 #endif
794     progress = false;
795     // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
796     for (auto Pair : states) {
797       Value *v = Pair.first;
798       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
799
800       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
801       // instance which represents the BDV of that value.
802       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
803         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
804         return getStateForBDV(BDV);
805       };
806
807       MeetBDVStates calculateMeet;
808       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
809         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
810         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
811       } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
812         for (Value *Val : Phi->incoming_values())
813           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
814       } else {
815         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
816         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
817         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(v);
818         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
819       }
820
821
822       BDVState oldState = states[v];
823       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
824       if (oldState != newState) {
825         progress = true;
826         states[v] = newState;
827       }
828     }
829
830     assert(oldSize <= states.size());
831     assert(oldSize == states.size() || progress);
832   }
833
834 #ifndef NDEBUG
835   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
836   for (auto Pair : states) {
837     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
838   }
839 #endif
840   
841   // Insert Phis for all conflicts
842   // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
843   // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
844   // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
845   SmallVector<Value *, 16> Keys;
846   Keys.reserve(states.size());
847   for (auto Pair : states) {
848     Value *V = Pair.first;
849     Keys.push_back(V);
850   }
851   std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
852   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
853   for (Value *V : Keys) {
854     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
855     BDVState State = states[I];
856     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
857     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
858
859     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
860     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
861     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
862     // base for the particular indice we're interested in.
863     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
864         isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
865       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
866       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
867       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
868       // about the BDV not being known to be a base.
869       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
870                                                   EE->getIndexOperand(),
871                                                   "base_ee", EE);
872       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
873       states[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
874     }
875     
876     if (!State.isConflict())
877       continue;
878
879     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
880     /// the given instruction 'I'.
881     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
882       if (isa<PHINode>(I)) {
883         BasicBlock *BB = I->getParent();
884         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
885         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
886         std::string Name = I->hasName() ?
887            (I->getName() + ".base").str() : "base_phi";
888         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
889       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
890         // The undef will be replaced later
891         UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
892         std::string Name = I->hasName() ?
893           (I->getName() + ".base").str() : "base_select";
894         return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
895                                   Undef, Name, Sel);
896       } else {
897         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
898         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
899         std::string Name = I->hasName() ?
900           (I->getName() + ".base").str() : "base_ee";
901         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
902                                           EE);
903       }
904     };
905     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
906     // Add metadata marking this as a base value
907     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
908     states[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
909   }
910
911   // Fixup all the inputs of the new PHIs
912   for (auto Pair : states) {
913     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
914     BDVState state = Pair.second;
915
916     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
917     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
918     if (!state.isConflict())
919       continue;
920
921     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(state.getBase())) {
922       PHINode *phi = cast<PHINode>(v);
923       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
924       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
925         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
926         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
927
928         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
929         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
930         // nodes with multiple entries from the same basic block
931         // to have the same incoming value for each of those
932         // entries.  If we don't do this check here and basephi
933         // has a different type than base, we'll end up adding two
934         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
935         // values for the same basic block.
936
937         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
938         if (blockIndex != -1) {
939           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
940           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
941 #ifndef NDEBUG
942           Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
943           if (!isKnownBaseResult(base)) {
944             // Either conflict or base.
945             assert(states.count(base));
946             base = states[base].getBase();
947             assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
948           }
949
950           // In essence this assert states: the only way two
951           // values incoming from the same basic block may be
952           // different is by being different bitcasts of the same
953           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
954           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
955           // type (and still remain pure).  This will remove the
956           // need to add bitcasts.
957           assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
958                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
959 #endif
960           continue;
961         }
962
963         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
964         // a non-phi node
965         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
966         if (!isKnownBaseResult(base)) {
967           // Either conflict or base.
968           assert(states.count(base));
969           base = states[base].getBase();
970           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
971         }
972         assert(base && "can't be null");
973         // Must use original input BB since base may not be Instruction
974         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
975         if (base->getType() != basephi->getType()) {
976           base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
977                                  InBB->getTerminator());
978         }
979         basephi->addIncoming(base, InBB);
980       }
981       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
982     } else if (SelectInst *basesel = dyn_cast<SelectInst>(state.getBase())) {
983       SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
984       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
985       // something more safe and less hacky.
986       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
987         Value *InVal = sel->getOperand(i);
988         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
989         // a non-phi node
990         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
991         if (!isKnownBaseResult(base)) {
992           // Either conflict or base.
993           assert(states.count(base));
994           base = states[base].getBase();
995           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
996         }
997         assert(base && "can't be null");
998         // Must use original input BB since base may not be Instruction
999         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
1000         if (base->getType() != basesel->getType()) {
1001           base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
1002         }
1003         basesel->setOperand(i, base);
1004       }
1005     } else {
1006       auto *BaseEE = cast<ExtractElementInst>(state.getBase());
1007       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(v)->getVectorOperand();
1008       Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
1009       if (!isKnownBaseResult(Base)) {
1010         // Either conflict or base.
1011         assert(states.count(Base));
1012         Base = states[Base].getBase();
1013         assert(Base != nullptr && "unknown BDVState!");
1014       }
1015       assert(Base && "can't be null");
1016       BaseEE->setOperand(0, Base);
1017     }
1018   }
1019
1020   // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
1021   // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
1022   // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
1023   // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
1024   DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
1025   SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
1026   SmallSetVector<Instruction *, 16> Worklist;
1027   for (auto Item : states) {
1028     Value *V = Item.first;
1029     Value *Base = Item.second.getBase();
1030     assert(V && Base);
1031     assert(!isKnownBaseResult(V) && "why did it get added?");
1032     assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1033            "must be something we 'know' is a base pointer");
1034     if (!Item.second.isConflict())
1035       continue;
1036
1037     ReverseMap[Base] = V;
1038     if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
1039       NewInsts.insert(BaseI);
1040       Worklist.insert(BaseI);
1041     }
1042   }
1043   auto PushNewUsers = [&](Instruction *I) {
1044     for (User *U : I->users())
1045       if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
1046         if (NewInsts.count(UI))
1047           Worklist.insert(UI);
1048   };
1049   const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
1050   while (!Worklist.empty()) {
1051     Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
1052     assert(NewInsts.count(BaseI));
1053     Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
1054     if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
1055       if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
1056         DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
1057         PushNewUsers(BaseI);
1058         BaseI->replaceAllUsesWith(Bdv);
1059         BaseI->eraseFromParent();
1060         states[Bdv] = BDVState(BDVState::Conflict, Bdv);
1061         NewInsts.erase(BaseI);
1062         ReverseMap.erase(BaseI);
1063         continue;
1064       }
1065     if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
1066       DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
1067       PushNewUsers(BaseI);
1068       BaseI->replaceAllUsesWith(V);
1069       BaseI->eraseFromParent();
1070       states[Bdv] = BDVState(BDVState::Conflict, V);
1071       NewInsts.erase(BaseI);
1072       ReverseMap.erase(BaseI);
1073       continue;
1074     }
1075   }
1076
1077   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1078   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1079   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1080   for (auto item : states) {
1081     Value *v = item.first;
1082     Value *base = item.second.getBase();
1083     assert(v && base);
1084
1085     std::string fromstr =
1086       cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
1087                      : "none";
1088     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1089           << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
1090           << " from: " << fromstr
1091           << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n");
1092
1093     if (cache.count(v)) {
1094       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
1095       // the base relation being stored, it must be stable
1096       assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
1097              "base relation should be stable");
1098     }
1099     cache[v] = base;
1100   }
1101   assert(cache.find(def) != cache.end());
1102   return cache[def];
1103 }
1104
1105 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1106 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1107 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1108 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1109 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1110 // additional PHI nodes.
1111 //
1112 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1113 //
1114 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1115 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1116 //
1117 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1118 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1119 // pointer was a base pointer.
1120 static void
1121 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1122                  DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> &PointerToBase,
1123                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1124   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1125   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1126   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1127   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1128   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1129   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1130   for (Value *ptr : Temp) {
1131     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1132     assert(base && "failed to find base pointer");
1133     PointerToBase[ptr] = base;
1134     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1135             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1136                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1137            "The base we found better dominate the derived pointer");
1138
1139     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1140     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1141     // disabling the verifier at your own substantial risk.
1142     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1143            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1144            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1145            "safepoint ir verifier.");
1146   }
1147 }
1148
1149 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1150 /// parse point.
1151 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1152                              const CallSite &CS,
1153                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1154   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
1155   findBasePointers(result.liveset, PointerToBase, &DT, DVCache);
1156
1157   if (PrintBasePointers) {
1158     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1159     // some tests.
1160     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1161     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1162     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1163     for (auto Pair : PointerToBase) {
1164       Temp.push_back(Pair.first);
1165     }
1166     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1167     for (Value *Ptr : Temp) {
1168       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1169       errs() << " derived %" << Ptr->getName() << " base %" << Base->getName()
1170              << "\n";
1171     }
1172   }
1173
1174   result.PointerToBase = PointerToBase;
1175 }
1176
1177 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1178 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1179 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1180                                   const CallSite &CS,
1181                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1182
1183 static void recomputeLiveInValues(
1184     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1185     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1186   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1187   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1188   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1189   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1190   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1191     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1192     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1193     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1194   }
1195 }
1196
1197 // When inserting gc.relocate calls, we need to ensure there are no uses
1198 // of the original value between the gc.statepoint and the gc.relocate call.
1199 // One case which can arise is a phi node starting one of the successor blocks.
1200 // We also need to be able to insert the gc.relocates only on the path which
1201 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
1202 // possible.
1203 static BasicBlock *
1204 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1205                             DominatorTree &DT) {
1206   BasicBlock *Ret = BB;
1207   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
1208     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1209   }
1210
1211   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1212   // from it
1213   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1214   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()));
1215
1216   // At this point, we can safely insert a gc.relocate as the first instruction
1217   // in Ret if needed.
1218   return Ret;
1219 }
1220
1221 static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
1222   auto itr = std::find(livevec.begin(), livevec.end(), val);
1223   assert(livevec.end() != itr);
1224   size_t index = std::distance(livevec.begin(), itr);
1225   assert(index < livevec.size());
1226   return index;
1227 }
1228
1229 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1230 // from original call to the safepoint.
1231 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1232   AttributeSet ret;
1233
1234   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1235     unsigned index = AS.getSlotIndex(Slot);
1236
1237     if (index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1238         index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1239
1240       for (auto it = AS.begin(Slot), it_end = AS.end(Slot); it != it_end;
1241            ++it) {
1242         Attribute attr = *it;
1243
1244         // Do not allow certain attributes - just skip them
1245         // Safepoint can not be read only or read none.
1246         if (attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1247             attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1248           continue;
1249
1250         ret = ret.addAttributes(
1251             AS.getContext(), index,
1252             AttributeSet::get(AS.getContext(), index, AttrBuilder(attr)));
1253       }
1254     }
1255
1256     // Just skip parameter attributes for now
1257   }
1258
1259   return ret;
1260 }
1261
1262 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1263 /// statepoint.
1264 /// Inputs:
1265 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1266 ///   liveStart - index of the first live variable.
1267 ///   basePtrs - base pointers.
1268 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1269 ///   bound.
1270 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1271 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
1272                               const int LiveStart,
1273                               ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
1274                               Instruction *StatepointToken,
1275                               IRBuilder<> Builder) {
1276   if (LiveVariables.empty())
1277     return;
1278   
1279   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1280   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1281   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1282   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1283   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1284   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1285   Module *M = StatepointToken->getModule();
1286   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1287   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1288   Value *GCRelocateDecl =
1289     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1290
1291   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1292     // Generate the gc.relocate call and save the result
1293     Value *BaseIdx =
1294       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1295     Value *LiveIdx =
1296       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
1297
1298     // only specify a debug name if we can give a useful one
1299     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1300         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1301         LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
1302                                     : "");
1303     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1304     // fake call.
1305     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1306   }
1307 }
1308
1309 static void
1310 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
1311                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &basePtrs,
1312                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &liveVariables,
1313                            Pass *P,
1314                            PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1315   assert(basePtrs.size() == liveVariables.size());
1316   assert(isStatepoint(CS) &&
1317          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1318
1319   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
1320   assert(BB);
1321   Function *F = BB->getParent();
1322   assert(F && "must be set");
1323   Module *M = F->getParent();
1324   (void)M;
1325   assert(M && "must be set");
1326
1327   // We're not changing the function signature of the statepoint since the gc
1328   // arguments go into the var args section.
1329   Function *gc_statepoint_decl = CS.getCalledFunction();
1330
1331   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1332   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1333   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1334   // be replacing a terminator.
1335   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
1336   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
1337   // Copy all of the arguments from the original statepoint - this includes the
1338   // target, call args, and deopt args
1339   SmallVector<llvm::Value *, 64> args;
1340   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1341   // TODO: Clear the 'needs rewrite' flag
1342
1343   // add all the pointers to be relocated (gc arguments)
1344   // Capture the start of the live variable list for use in the gc_relocates
1345   const int live_start = args.size();
1346   args.insert(args.end(), liveVariables.begin(), liveVariables.end());
1347
1348   // Create the statepoint given all the arguments
1349   Instruction *token = nullptr;
1350   AttributeSet return_attributes;
1351   if (CS.isCall()) {
1352     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1353     CallInst *call =
1354         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
1355     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
1356     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1357
1358     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1359     // function attributes.
1360     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1361     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1362     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1363     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1364     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1365
1366     token = call;
1367
1368     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1369     // the old call (which we're about to delete)
1370     BasicBlock::iterator next(toReplace);
1371     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
1372     next++;
1373     Instruction *IP = &*(next);
1374     Builder.SetInsertPoint(IP);
1375     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1376
1377   } else {
1378     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1379
1380     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1381     // moment at which point this will become the new terminator for the
1382     // original block.
1383     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
1384         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
1385         toReplace->getUnwindDest(), args, "statepoint_token", toReplace->getParent());
1386     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1387
1388     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1389     // function attributes.
1390     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1391     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1392     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1393     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1394     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1395
1396     token = invoke;
1397
1398     // Generate gc relocates in exceptional path
1399     BasicBlock *unwindBlock = toReplace->getUnwindDest();
1400     assert(!isa<PHINode>(unwindBlock->begin()) &&
1401            unwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1402            "can't safely insert in this block!");
1403
1404     Instruction *IP = &*(unwindBlock->getFirstInsertionPt());
1405     Builder.SetInsertPoint(IP);
1406     Builder.SetCurrentDebugLocation(toReplace->getDebugLoc());
1407
1408     // Extract second element from landingpad return value. We will attach
1409     // exceptional gc relocates to it.
1410     const unsigned idx = 1;
1411     Instruction *exceptional_token =
1412         cast<Instruction>(Builder.CreateExtractValue(
1413             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
1414     result.UnwindToken = exceptional_token;
1415
1416     CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
1417                       exceptional_token, Builder);
1418
1419     // Generate gc relocates and returns for normal block
1420     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
1421     assert(!isa<PHINode>(normalDest->begin()) &&
1422            normalDest->getUniquePredecessor() &&
1423            "can't safely insert in this block!");
1424
1425     IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
1426     Builder.SetInsertPoint(IP);
1427
1428     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1429     // statepoint
1430   }
1431   assert(token);
1432
1433   // Take the name of the original value call if it had one.
1434   token->takeName(CS.getInstruction());
1435
1436 // The GCResult is already inserted, we just need to find it
1437 #ifndef NDEBUG
1438   Instruction *toReplace = CS.getInstruction();
1439   assert((toReplace->hasNUses(0) || toReplace->hasNUses(1)) &&
1440          "only valid use before rewrite is gc.result");
1441   assert(!toReplace->hasOneUse() ||
1442          isGCResult(cast<Instruction>(*toReplace->user_begin())));
1443 #endif
1444
1445   // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1446   // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1447   // considered a live reference.
1448   CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(token);
1449
1450   result.StatepointToken = token;
1451
1452   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1453   CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs, token, Builder);
1454 }
1455
1456 namespace {
1457 struct name_ordering {
1458   Value *base;
1459   Value *derived;
1460   bool operator()(name_ordering const &a, name_ordering const &b) {
1461     return -1 == a.derived->getName().compare(b.derived->getName());
1462   }
1463 };
1464 }
1465 static void stablize_order(SmallVectorImpl<Value *> &basevec,
1466                            SmallVectorImpl<Value *> &livevec) {
1467   assert(basevec.size() == livevec.size());
1468
1469   SmallVector<name_ordering, 64> temp;
1470   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1471     name_ordering v;
1472     v.base = basevec[i];
1473     v.derived = livevec[i];
1474     temp.push_back(v);
1475   }
1476   std::sort(temp.begin(), temp.end(), name_ordering());
1477   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1478     basevec[i] = temp[i].base;
1479     livevec[i] = temp[i].derived;
1480   }
1481 }
1482
1483 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1484 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1485 //
1486 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1487 // values.  That's the callers responsibility.
1488 static void
1489 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
1490                        PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1491   auto liveset = result.liveset;
1492   auto PointerToBase = result.PointerToBase;
1493
1494   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1495   SmallVector<Value *, 64> basevec, livevec;
1496   livevec.reserve(liveset.size());
1497   basevec.reserve(liveset.size());
1498   for (Value *L : liveset) {
1499     livevec.push_back(L);
1500     assert(PointerToBase.count(L));
1501     Value *base = PointerToBase[L];
1502     basevec.push_back(base);
1503   }
1504   assert(livevec.size() == basevec.size());
1505
1506   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1507   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1508   // The order is otherwise meaningless.
1509   stablize_order(basevec, livevec);
1510
1511   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1512   makeStatepointExplicitImpl(CS, basevec, livevec, P, result);
1513   CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1514 }
1515
1516 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1517 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits store to the
1518 // assigned
1519 // location (via allocaMap) for the each one of them.
1520 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
1521 // for sanity check.
1522 static void
1523 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1524                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1525                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1526
1527   for (User *U : GCRelocs) {
1528     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
1529       continue;
1530
1531     IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
1532
1533     // We only care about relocates
1534     if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
1535         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
1536       continue;
1537     }
1538
1539     GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
1540     Value *OriginalValue =
1541         const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
1542     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1543     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1544
1545     // Emit store into the related alloca
1546     // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1547     // the correct type according to alloca.
1548     assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
1549     IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
1550     Value *CastedRelocatedValue =
1551         Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1552         RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
1553
1554     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1555     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1556
1557 #ifndef NDEBUG
1558     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1559 #endif
1560   }
1561 }
1562
1563 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1564 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1565 static void
1566 insertRematerializationStores(
1567   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1568   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1569   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1570
1571   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1572     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1573     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1574
1575     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1576            "Can not find alloca for rematerialized value");
1577     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1578
1579     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1580     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1581
1582 #ifndef NDEBUG
1583     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1584 #endif
1585   }
1586 }
1587
1588 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
1589 static void relocationViaAlloca(
1590     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1591     ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1592 #ifndef NDEBUG
1593   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1594   // number when we get done.
1595   int InitialAllocaNum = 0;
1596   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1597        I++)
1598     if (isa<AllocaInst>(*I))
1599       InitialAllocaNum++;
1600 #endif
1601
1602   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1603   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1604   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1605   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1606   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1607   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1608
1609   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1610   // "PromotableAllocas"
1611   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1612     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1613                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1614     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1615     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1616   };
1617
1618   // emit alloca for each live gc pointer
1619   for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
1620     emitAllocaFor(Live[i]);
1621   }
1622
1623   // emit allocas for rematerialized values
1624   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1625     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1626
1627     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1628       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1629       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1630         continue;
1631
1632       emitAllocaFor(OriginalValue);
1633       ++NumRematerializedValues;
1634     }
1635   }
1636
1637   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1638   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1639   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1640   // into distinct loops for performance reasons.
1641
1642   // update gc pointer after each statepoint
1643   // either store a relocated value or null (if no relocated value found for
1644   // this gc pointer and it is not a gc_result)
1645   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
1646   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
1647   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1648     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1649     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1650
1651     // This will be used for consistency check
1652     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1653
1654     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1655     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1656
1657     // In case if it was invoke statepoint
1658     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1659     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1660       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1661                              VisitedLiveValues);
1662     }
1663
1664     // Do similar thing with rematerialized values
1665     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1666                                   VisitedLiveValues);
1667
1668     if (ClobberNonLive) {
1669       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1670       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1671       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1672       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1673       // wise.
1674       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1675       for (auto Pair : AllocaMap) {
1676         Value *Def = Pair.first;
1677         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1678
1679         // This value was relocated
1680         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1681           continue;
1682         }
1683         ToClobber.push_back(Alloca);
1684       }
1685
1686       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1687         for (auto *AI : ToClobber) {
1688           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1689           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1690           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1691           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1692           Store->insertBefore(IP);
1693         }
1694       };
1695
1696       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1697       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1698       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1699         InsertClobbersAt(II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1700         InsertClobbersAt(II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1701       } else {
1702         BasicBlock::iterator Next(cast<CallInst>(Statepoint));
1703         Next++;
1704         InsertClobbersAt(Next);
1705       }
1706     }
1707   }
1708   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
1709   for (auto Pair : AllocaMap) {
1710     Value *Def = Pair.first;
1711     Value *Alloca = Pair.second;
1712
1713     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1714     // later update
1715     // that change the user information.
1716     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1717     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1718     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1719     for (User *U : Def->users()) {
1720       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1721         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1722         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1723         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1724         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1725         // use does not need to be fixed up.
1726         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1727       }
1728     }
1729
1730     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1731     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1732     Uses.erase(Last, Uses.end());
1733
1734     for (Instruction *Use : Uses) {
1735       if (isa<PHINode>(Use)) {
1736         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1737         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1738           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1739             LoadInst *Load = new LoadInst(
1740                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1741             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1742           }
1743         }
1744       } else {
1745         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1746         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1747       }
1748     }
1749
1750     // emit store for the initial gc value
1751     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
1752     // use list and an extra load will be inserted before it
1753     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1754     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1755       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1756         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1757         // into its normal destination block.
1758         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1759         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1760       } else {
1761         assert(!Inst->isTerminator() &&
1762                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1763                "InvokeInst which is handled above.");
1764         Store->insertAfter(Inst);
1765       }
1766     } else {
1767       assert(isa<Argument>(Def));
1768       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1769     }
1770   }
1771
1772   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1773          "we must have the same allocas with lives");
1774   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1775     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1776     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1777   }
1778
1779 #ifndef NDEBUG
1780   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1781        I++)
1782     if (isa<AllocaInst>(*I))
1783       InitialAllocaNum--;
1784   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1785 #endif
1786 }
1787
1788 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1789 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1790 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1791 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1792   SmallSet<T, 8> Seen;
1793   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1794               return !Seen.insert(V).second;
1795             }), Vec.end());
1796 }
1797
1798 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1799 /// lifetime of the call.
1800 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1801                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1802   if (Values.empty())
1803     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1804     return;
1805
1806   Module *M = CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent();
1807   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1808   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1809       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1810   if (CS.isCall()) {
1811     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1812     BasicBlock::iterator Next(CS.getInstruction());
1813     Next++;
1814     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "", Next));
1815     return;
1816   }
1817   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1818   // exceptional destination blocks
1819   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1820   Holders.push_back(CallInst::Create(
1821       Func, Values, "", II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1822   Holders.push_back(CallInst::Create(
1823       Func, Values, "", II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1824 }
1825
1826 static void findLiveReferences(
1827     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1828     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1829   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1830   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1831   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1832     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1833     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1834     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1835   }
1836 }
1837
1838 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
1839 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
1840 /// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
1841 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1842 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1843 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
1844 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1845                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1846                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1847                               DominatorTree &DT) {
1848   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1849   for (Value *V : LiveSet)
1850     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1851       ToSplit.push_back(V);
1852
1853   if (ToSplit.empty())
1854     return;
1855
1856   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1857
1858   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1859
1860   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1861   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1862   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1863   for (Value *V : ToSplit) {
1864     AllocaInst *Alloca =
1865         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1866     AllocaMap[V] = Alloca;
1867
1868     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1869     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1870     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1871     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1872       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1873     ElementMapping[V] = Elements;
1874
1875     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1876       Builder.SetInsertPoint(IP);
1877       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1878       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1879       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1880         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1881                                                 Builder.getInt32(i));
1882       return ResultVec;
1883     };
1884
1885     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1886       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1887       Next++;
1888       Instruction *IP = &*(Next);
1889       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1890       Replacements[V].second = nullptr;
1891     } else {
1892       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1893       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1894       // blocks
1895       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1896       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1897       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1898       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1899       // Insert insert element sequences in both successors
1900       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1901       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1902       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1903       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1904     }
1905   }
1906
1907   for (Value *V : ToSplit) {
1908     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
1909
1910     // Capture all users before we start mutating use lists
1911     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
1912     for (User *U : V->users())
1913       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
1914
1915     for (Instruction *I : Users) {
1916       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1917         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
1918           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
1919             LoadInst *Load = new LoadInst(
1920                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1921             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1922           }
1923       } else {
1924         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
1925         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
1926       }
1927     }
1928
1929     // Store the original value and the replacement value into the alloca
1930     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
1931     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
1932       Store->insertAfter(I);
1933     else
1934       Store->insertAfter(Alloca);
1935
1936     // Normal return for invoke, or call return
1937     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
1938     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1939     // Unwind return for invoke only
1940     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
1941     if (Replacement)
1942       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1943   }
1944
1945   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1946   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
1947   for (Value *V : ToSplit)
1948     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
1949   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
1950
1951   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
1952   // changes we just made.
1953   for (Value *V : ToSplit) {
1954     auto &Elements = ElementMapping[V];
1955
1956     LiveSet.erase(V);
1957     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
1958     // We need to update the base mapping as well.
1959     assert(PointerToBase.count(V));
1960     Value *OldBase = PointerToBase[V];
1961     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
1962     PointerToBase.erase(V);
1963     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
1964     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
1965       Value *Elem = Elements[i];
1966       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
1967     }
1968   }
1969 }
1970
1971 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1972 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
1973 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
1974 // successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
1975 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
1976 // recorded.
1977 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
1978   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1979   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
1980
1981   // We have found a base value
1982   if (CurrentValue == BaseValue) {
1983     return true;
1984   }
1985
1986   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1987     ChainToBase.push_back(GEP);
1988     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1989                                                   GEP->getPointerOperand(),
1990                                                   BaseValue);
1991   }
1992
1993   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1994     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
1995
1996     // This two checks are basically similar. First one is here for the
1997     // consistency with findBasePointers logic.
1998     assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
1999     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2000       return false;
2001
2002     ChainToBase.push_back(CI);
2003     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
2004   }
2005
2006   // Not supported instruction in the chain
2007   return false;
2008 }
2009
2010 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2011 // chain we are going to rematerialize.
2012 static unsigned
2013 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2014                        TargetTransformInfo &TTI) {
2015   unsigned Cost = 0;
2016
2017   for (Instruction *Instr : Chain) {
2018     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2019       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2020              "non noop cast is found during rematerialization");
2021
2022       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2023       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
2024
2025     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2026       // Cost of the address calculation
2027       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
2028       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2029
2030       // And cost of the GEP itself
2031       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2032       //       allowed for the external usage)
2033       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2034         Cost += 2;
2035
2036     } else {
2037       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
2038     }
2039   }
2040
2041   return Cost;
2042 }
2043
2044 // From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
2045 // relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
2046 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2047 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2048 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
2049                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2050                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2051   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2052
2053   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2054   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2055   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2056
2057   for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
2058     // For each live pointer find it's defining chain
2059     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2060     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2061     bool FoundChain =
2062       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2063                                              LiveValue,
2064                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
2065     // Nothing to do, or chain is too long
2066     if (!FoundChain ||
2067         ChainToBase.size() == 0 ||
2068         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2069       continue;
2070
2071     // Compute cost of this chain
2072     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2073     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2074     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2075     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2076     //       don't have any uses besides this statepoint.
2077
2078     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2079     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2080     if (CS.isInvoke()) {
2081       Cost *= 2;
2082     }
2083     // If it's too expensive - skip it
2084     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2085       continue;
2086
2087     // Remove value from the live set
2088     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2089
2090     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2091
2092     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2093     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2094
2095     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2096     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2097     // which should be used after statepoint.
2098     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
2099       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2100       Instruction *LastValue = nullptr;
2101       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2102         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2103         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2104         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2105         // otherwise not used after this statepoint.
2106         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2107
2108         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2109         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2110         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2111
2112         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2113         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2114         if (LastClonedValue) {
2115           assert(LastValue);
2116           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2117 #ifndef NDEBUG
2118           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2119           // this chain other than LastClonedValue
2120           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2121             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2122                        ChainToBase.end() &&
2123                    "incorrect use in rematerialization chain");
2124           }
2125 #endif
2126         }
2127
2128         LastClonedValue = ClonedValue;
2129         LastValue = Instr;
2130       }
2131       assert(LastClonedValue);
2132       return LastClonedValue;
2133     };
2134
2135     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2136     // instructions both on normal and unwind path.
2137     if (CS.isCall()) {
2138       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2139       assert(InsertBefore);
2140       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2141       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2142     } else {
2143       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2144
2145       Instruction *NormalInsertBefore =
2146           Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2147       Instruction *UnwindInsertBefore =
2148           Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2149
2150       Instruction *NormalRematerializedValue =
2151           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2152       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2153           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2154
2155       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2156       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2157     }
2158   }
2159
2160   // Remove rematerializaed values from the live set
2161   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2162     Info.liveset.erase(LiveValue);
2163   }
2164 }
2165
2166 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
2167                               SmallVectorImpl<CallSite> &toUpdate) {
2168 #ifndef NDEBUG
2169   // sanity check the input
2170   std::set<CallSite> uniqued;
2171   uniqued.insert(toUpdate.begin(), toUpdate.end());
2172   assert(uniqued.size() == toUpdate.size() && "no duplicates please!");
2173
2174   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2175     CallSite &CS = toUpdate[i];
2176     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2177     assert(isStatepoint(CS) && "expected to already be a deopt statepoint");
2178   }
2179 #endif
2180
2181   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2182   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2183   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2184   // may restructure the CFG.
2185   for (CallSite CS : toUpdate) {
2186     if (!CS.isInvoke())
2187       continue;
2188     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2189     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
2190                                 DT);
2191     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
2192                                 DT);
2193   }
2194
2195   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2196   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2197   SmallVector<CallInst *, 64> holders;
2198
2199   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2200   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2201   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2202   // thus makes sure they get relocated.)
2203   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2204     CallSite &CS = toUpdate[i];
2205     Statepoint StatepointCS(CS);
2206
2207     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2208     for (Use &U : StatepointCS.vm_state_args()) {
2209       Value *Arg = cast<Value>(&U);
2210       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2211              "support for FCA unimplemented");
2212       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2213         DeoptValues.push_back(Arg);
2214     }
2215     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, holders);
2216   }
2217
2218   SmallVector<struct PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> records;
2219   records.reserve(toUpdate.size());
2220   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2221     struct PartiallyConstructedSafepointRecord info;
2222     records.push_back(info);
2223   }
2224   assert(records.size() == toUpdate.size());
2225
2226   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2227   // site.
2228   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
2229
2230   // B) Find the base pointers for each live pointer
2231   /* scope for caching */ {
2232     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2233     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2234     // large numbers of duplicate base_phis.
2235     DefiningValueMapTy DVCache;
2236
2237     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2238       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2239       CallSite &CS = toUpdate[i];
2240       findBasePointers(DT, DVCache, CS, info);
2241     }
2242   } // end of cache scope
2243
2244   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2245   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2246   // example is:
2247   // loop:
2248   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2249   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2250   //   gep a + 1
2251   //   safepoint 2
2252   //   br loop
2253   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2254   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2255   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2256   // remove the dummy calls.
2257   holders.reserve(holders.size() + records.size());
2258   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2259     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2260     CallSite &CS = toUpdate[i];
2261
2262     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2263     for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2264       Bases.push_back(Pair.second);
2265     }
2266     insertUseHolderAfter(CS, Bases, holders);
2267   }
2268
2269   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2270   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2271   // not the key issue.
2272   recomputeLiveInValues(F, DT, P, toUpdate, records);
2273
2274   if (PrintBasePointers) {
2275     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2276       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2277       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2278       for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2279         errs() << " derived %" << Pair.first->getName() << " base %"
2280                << Pair.second->getName() << "\n";
2281       }
2282     }
2283   }
2284   for (size_t i = 0; i < holders.size(); i++) {
2285     holders[i]->eraseFromParent();
2286     holders[i] = nullptr;
2287   }
2288   holders.clear();
2289
2290   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2291   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2292   // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
2293   // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
2294   // to scalarize here.
2295   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2296     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2297     Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
2298     splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
2299                       info.PointerToBase, DT);
2300   }
2301
2302   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2303   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2304   // does not influence correctness.
2305   TargetTransformInfo &TTI =
2306     P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2307
2308   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2309     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2310     CallSite &CS = toUpdate[i];
2311
2312     rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
2313   }
2314
2315   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2316   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2317   // relocated. We have references to live variables that need to
2318   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2319   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2320   // the old statepoint calls as we go.)
2321   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2322     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2323     CallSite &CS = toUpdate[i];
2324     makeStatepointExplicit(DT, CS, P, info);
2325   }
2326   toUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2327
2328   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2329   SmallVector<Value *, 128> live;
2330   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2331     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2332     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2333     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2334     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2335     // Thankfully, the liveset is embedded in the statepoint (and updated), so
2336     // we just grab that.
2337     Statepoint statepoint(info.StatepointToken);
2338     live.insert(live.end(), statepoint.gc_args_begin(),
2339                 statepoint.gc_args_end());
2340 #ifndef NDEBUG
2341     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2342     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2343     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2344     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2345     assert(DT.isReachableFromEntry(info.StatepointToken->getParent()) &&
2346            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2347     for (Value *V : statepoint.gc_args()) {
2348       if (!isa<Instruction>(V))
2349         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2350         continue;
2351       auto LiveInst = cast<Instruction>(V);
2352       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2353              "unreachable values should never be live");
2354       assert(DT.dominates(LiveInst, info.StatepointToken) &&
2355              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2356     }
2357 #endif
2358   }
2359   unique_unsorted(live);
2360
2361 #ifndef NDEBUG
2362   // sanity check
2363   for (auto ptr : live) {
2364     assert(isGCPointerType(ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2365   }
2366 #endif
2367
2368   relocationViaAlloca(F, DT, live, records);
2369   return !records.empty();
2370 }
2371
2372 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2373 template <typename AttrHolder>
2374 static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2375                                    unsigned Index) {
2376   AttrBuilder R;
2377   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2378     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2379                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2380   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2381     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2382                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2383
2384   if (!R.empty())
2385     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2386         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2387 }
2388
2389 void
2390 RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
2391   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2392
2393   for (Argument &A : F.args())
2394     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2395       RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2396
2397   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2398     RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2399 }
2400
2401 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
2402   if (F.empty())
2403     return;
2404
2405   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2406   MDBuilder Builder(Ctx);
2407
2408   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2409     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2410       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2411       bool IsImmutableTBAA =
2412           MD->getNumOperands() == 4 &&
2413           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2414
2415       if (!IsImmutableTBAA)
2416         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2417
2418       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2419       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2420       uint64_t Offset =
2421           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2422
2423       MDNode *MutableTBAA =
2424           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2425       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2426     }
2427
2428     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2429       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2430         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2431           RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2432       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2433         RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2434     }
2435   }
2436 }
2437
2438 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2439 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2440 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2441   // TODO: This should check the GCStrategy
2442   if (F.hasGC()) {
2443     const char *FunctionGCName = F.getGC();
2444     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2445     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2446     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2447            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2448   } else
2449     return false;
2450 }
2451
2452 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
2453 #ifndef NDEBUG
2454   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2455          "precondition!");
2456 #endif
2457
2458   for (Function &F : M)
2459     stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
2460
2461   for (Function &F : M)
2462     stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
2463 }
2464
2465 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2466   // Nothing to do for declarations.
2467   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2468     return false;
2469
2470   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2471   // compiling code without a GCStrategy.
2472   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2473     return false;
2474
2475   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2476
2477   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2478   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2479   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2480   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2481   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2482   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2483     // TODO: only the ones with the flag set!
2484     if (isStatepoint(I)) {
2485       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2486         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2487       else
2488         HasUnreachableStatepoint = true;
2489     }
2490   }
2491
2492   bool MadeChange = false;
2493
2494   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2495   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2496   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2497   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2498   if (HasUnreachableStatepoint)
2499     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2500
2501   // Return early if no work to do.
2502   if (ParsePointNeeded.empty())
2503     return MadeChange;
2504
2505   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2506   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2507   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2508   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2509   for (BasicBlock &BB : F)
2510     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2511       MadeChange = true;
2512       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2513     }
2514
2515   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2516   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2517   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2518   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2519   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2520   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2521   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2522   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2523   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2524   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2525   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2526   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2527   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2528   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2529     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2530       if (BI->isConditional())
2531         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2532     // TODO: Extend this to handle switches
2533     return nullptr;
2534   };
2535   for (BasicBlock &BB : F) {
2536     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2537     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2538       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2539       // most instructions without side effects or memory access.  
2540       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2541         MadeChange = true;
2542         Cond->moveBefore(TI);
2543       }
2544   }
2545
2546   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
2547   return MadeChange;
2548 }
2549
2550 // liveness computation via standard dataflow
2551 // -------------------------------------------------------------------
2552
2553 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2554 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2555
2556 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2557 /// the live-out set of the basic block
2558 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2559                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2560                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2561
2562   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2563     Instruction *I = &*ritr;
2564
2565     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2566     LiveTmp.erase(I);
2567
2568     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2569     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2570     if (isa<PHINode>(I))
2571       continue;
2572
2573     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2574     for (Value *V : I->operands()) {
2575       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2576              "support for FCA unimplemented");
2577       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2578         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2579         // There are two independent reasons:
2580         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2581         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2582         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2583         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2584         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2585         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2586         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2587         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2588         LiveTmp.insert(V);
2589       }
2590     }
2591   }
2592 }
2593
2594 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2595
2596   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2597     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2598     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2599       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2600       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2601       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2602              "support for FCA unimplemented");
2603       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2604         LiveTmp.insert(V);
2605       }
2606     }
2607   }
2608 }
2609
2610 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2611   DenseSet<Value *> KillSet;
2612   for (Instruction &I : *BB)
2613     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2614       KillSet.insert(&I);
2615   return KillSet;
2616 }
2617
2618 #ifndef NDEBUG
2619 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2620 /// sanity check for the liveness computation.
2621 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2622                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2623   for (Value *V : Live) {
2624     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2625       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2626       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2627       // such, we need to special case this to allow it.
2628       if (TermOkay && TI == I)
2629         continue;
2630       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2631              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2632     }
2633   }
2634 }
2635
2636 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2637 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2638 /// a def.
2639 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2640                           BasicBlock &BB) {
2641   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2642   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2643   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2644 }
2645 #endif
2646
2647 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2648                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2649
2650   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2651   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2652     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2653     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2654   };
2655   auto NextItem = [&]() {
2656     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2657     Worklist.pop_back();
2658     return BB;
2659   };
2660
2661   // Seed the liveness for each individual block
2662   for (BasicBlock &BB : F) {
2663     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2664     Data.LiveSet[&BB].clear();
2665     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2666
2667 #ifndef NDEBUG
2668     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2669       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2670 #endif
2671
2672     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2673     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2674     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2675     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2676     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2677     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2678       AddPredsToWorklist(&BB);
2679   }
2680
2681   // Propagate that liveness until stable
2682   while (!Worklist.empty()) {
2683     BasicBlock *BB = NextItem();
2684
2685     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2686     // despite the contribution of our successor.
2687     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2688     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2689     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2690       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2691       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2692     }
2693     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2694     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2695       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2696       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2697       // hasn't changed.
2698       continue;
2699     }
2700     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2701
2702     // Apply the effects of this basic block
2703     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2704     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2705     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2706
2707     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2708     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2709     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2710     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2711       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2712       AddPredsToWorklist(BB);
2713     }
2714   } // while( !worklist.empty() )
2715
2716 #ifndef NDEBUG
2717   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2718   // missing kills during the above iteration.
2719   for (BasicBlock &BB : F) {
2720     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2721   }
2722 #endif
2723 }
2724
2725 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2726                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2727
2728   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2729
2730   // Note: The copy is intentional and required
2731   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2732   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2733
2734   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2735   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2736   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2737   // specifically what we need to relocate
2738   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst);
2739   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2740   LiveOut.erase(Inst);
2741   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2742 }
2743
2744 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2745                                   const CallSite &CS,
2746                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2747   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2748   StatepointLiveSetTy Updated;
2749   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2750
2751 #ifndef NDEBUG
2752   DenseSet<Value *> Bases;
2753   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2754     Bases.insert(KVPair.second);
2755   }
2756 #endif
2757   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2758   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2759   for (auto V : Updated)
2760     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2761       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2762       Info.PointerToBase[V] = V;
2763       continue;
2764     }
2765
2766 #ifndef NDEBUG
2767   for (auto V : Updated) {
2768     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2769            "must be able to find base for live value");
2770   }
2771 #endif
2772
2773   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2774   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2775   DenseSet<Value *> ToErase;
2776   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2777     if (!Updated.count(KVPair.first))
2778       ToErase.insert(KVPair.first);
2779   for (auto V : ToErase)
2780     Info.PointerToBase.erase(V);
2781
2782 #ifndef NDEBUG
2783   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2784     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2785 #endif
2786
2787   Info.liveset = Updated;
2788 }