Fix release build warning for unused function
[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 #ifndef NDEBUG
620 inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const BDVState &State) {
621   State.print(OS);
622   return OS;
623 }
624 #endif
625
626 typedef DenseMap<Value *, BDVState> ConflictStateMapTy;
627 // Values of type BDVState form a lattice, and this is a helper
628 // class that implementes the meet operation.  The meat of the meet
629 // operation is implemented in MeetBDVStates::pureMeet
630 class MeetBDVStates {
631 public:
632   /// Initializes the currentResult to the TOP state so that if can be met with
633   /// any other state to produce that state.
634   MeetBDVStates() {}
635
636   // Destructively meet the current result with the given BDVState
637   void meetWith(BDVState otherState) {
638     currentResult = meet(otherState, currentResult);
639   }
640
641   BDVState getResult() const { return currentResult; }
642
643 private:
644   BDVState currentResult;
645
646   /// Perform a meet operation on two elements of the BDVState lattice.
647   static BDVState meet(BDVState LHS, BDVState RHS) {
648     assert((pureMeet(LHS, RHS) == pureMeet(RHS, LHS)) &&
649            "math is wrong: meet does not commute!");
650     BDVState Result = pureMeet(LHS, RHS);
651     DEBUG(dbgs() << "meet of " << LHS << " with " << RHS
652                  << " produced " << Result << "\n");
653     return Result;
654   }
655
656   static BDVState pureMeet(const BDVState &stateA, const BDVState &stateB) {
657     switch (stateA.getStatus()) {
658     case BDVState::Unknown:
659       return stateB;
660
661     case BDVState::Base:
662       assert(stateA.getBase() && "can't be null");
663       if (stateB.isUnknown())
664         return stateA;
665
666       if (stateB.isBase()) {
667         if (stateA.getBase() == stateB.getBase()) {
668           assert(stateA == stateB && "equality broken!");
669           return stateA;
670         }
671         return BDVState(BDVState::Conflict);
672       }
673       assert(stateB.isConflict() && "only three states!");
674       return BDVState(BDVState::Conflict);
675
676     case BDVState::Conflict:
677       return stateA;
678     }
679     llvm_unreachable("only three states!");
680   }
681 };
682 }
683 /// For a given value or instruction, figure out what base ptr it's derived
684 /// from.  For gc objects, this is simply itself.  On success, returns a value
685 /// which is the base pointer.  (This is reliable and can be used for
686 /// relocation.)  On failure, returns nullptr.
687 static Value *findBasePointer(Value *I, DefiningValueMapTy &cache) {
688   Value *def = findBaseOrBDV(I, cache);
689
690   if (isKnownBaseResult(def)) {
691     return def;
692   }
693
694   // Here's the rough algorithm:
695   // - For every SSA value, construct a mapping to either an actual base
696   //   pointer or a PHI which obscures the base pointer.
697   // - Construct a mapping from PHI to unknown TOP state.  Use an
698   //   optimistic algorithm to propagate base pointer information.  Lattice
699   //   looks like:
700   //   UNKNOWN
701   //   b1 b2 b3 b4
702   //   CONFLICT
703   //   When algorithm terminates, all PHIs will either have a single concrete
704   //   base or be in a conflict state.
705   // - For every conflict, insert a dummy PHI node without arguments.  Add
706   //   these to the base[Instruction] = BasePtr mapping.  For every
707   //   non-conflict, add the actual base.
708   //  - For every conflict, add arguments for the base[a] of each input
709   //   arguments.
710   //
711   // Note: A simpler form of this would be to add the conflict form of all
712   // PHIs without running the optimistic algorithm.  This would be
713   // analogous to pessimistic data flow and would likely lead to an
714   // overall worse solution.
715
716 #ifndef NDEBUG
717   auto isExpectedBDVType = [](Value *BDV) {
718     return isa<PHINode>(BDV) || isa<SelectInst>(BDV) || isa<ExtractElementInst>(BDV);
719   };
720 #endif
721
722   // Once populated, will contain a mapping from each potentially non-base BDV
723   // to a lattice value (described above) which corresponds to that BDV.
724   ConflictStateMapTy states;
725   // Recursively fill in all phis & selects reachable from the initial one
726   // for which we don't already know a definite base value for
727   /* scope */ {
728     DenseSet<Value *> Visited;
729     SmallVector<Value*, 16> Worklist;
730     Worklist.push_back(def);
731     Visited.insert(def);
732     while (!Worklist.empty()) {
733       Value *Current = Worklist.pop_back_val();
734       assert(!isKnownBaseResult(Current) && "why did it get added?");
735
736       auto visitIncomingValue = [&](Value *InVal) {
737         Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
738         if (isKnownBaseResult(Base))
739           // Known bases won't need new instructions introduced and can be
740           // ignored safely
741           return;
742         assert(isExpectedBDVType(Base) && "the only non-base values "
743                "we see should be base defining values");
744         if (Visited.insert(Base).second)
745           Worklist.push_back(Base);
746       };
747       if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(Current)) {
748         for (Value *InVal : Phi->incoming_values())
749           visitIncomingValue(InVal);
750       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(Current)) {
751         visitIncomingValue(Sel->getTrueValue());
752         visitIncomingValue(Sel->getFalseValue());
753       } else if (auto *EE = dyn_cast<ExtractElementInst>(Current)) {
754         visitIncomingValue(EE->getVectorOperand());
755       } else {
756         // There are two classes of instructions we know we don't handle.
757         assert(isa<ShuffleVectorInst>(Current) ||
758                isa<InsertElementInst>(Current));
759         llvm_unreachable("unimplemented instruction case");
760       }
761     }
762     // The frontier of visited instructions are the ones we might need to
763     // duplicate, so fill in the starting state for the optimistic algorithm
764     // that follows.
765     for (Value *BDV : Visited) {
766       states[BDV] = BDVState();
767     }
768   }
769
770 #ifndef NDEBUG
771   DEBUG(dbgs() << "States after initialization:\n");
772   for (auto Pair : states) {
773     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
774   }
775 #endif
776
777   // TODO: come back and revisit the state transitions around inputs which
778   // have reached conflict state.  The current version seems too conservative.
779
780   // Return a phi state for a base defining value.  We'll generate a new
781   // base state for known bases and expect to find a cached state otherwise.
782   auto getStateForBDV = [&](Value *baseValue) {
783     if (isKnownBaseResult(baseValue))
784       return BDVState(baseValue);
785     auto I = states.find(baseValue);
786     assert(I != states.end() && "lookup failed!");
787     return I->second;
788   };
789
790   bool progress = true;
791   while (progress) {
792 #ifndef NDEBUG
793     size_t oldSize = states.size();
794 #endif
795     progress = false;
796     // We're only changing keys in this loop, thus safe to keep iterators
797     for (auto Pair : states) {
798       Value *v = Pair.first;
799       assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
800
801       // Given an input value for the current instruction, return a BDVState
802       // instance which represents the BDV of that value.
803       auto getStateForInput = [&](Value *V) mutable {
804         Value *BDV = findBaseOrBDV(V, cache);
805         return getStateForBDV(BDV);
806       };
807
808       MeetBDVStates calculateMeet;
809       if (SelectInst *select = dyn_cast<SelectInst>(v)) {
810         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getTrueValue()));
811         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(select->getFalseValue()));
812       } else if (PHINode *Phi = dyn_cast<PHINode>(v)) {
813         for (Value *Val : Phi->incoming_values())
814           calculateMeet.meetWith(getStateForInput(Val));
815       } else {
816         // The 'meet' for an extractelement is slightly trivial, but it's still
817         // useful in that it drives us to conflict if our input is.
818         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(v);
819         calculateMeet.meetWith(getStateForInput(EE->getVectorOperand()));
820       }
821
822
823       BDVState oldState = states[v];
824       BDVState newState = calculateMeet.getResult();
825       if (oldState != newState) {
826         progress = true;
827         states[v] = newState;
828       }
829     }
830
831     assert(oldSize <= states.size());
832     assert(oldSize == states.size() || progress);
833   }
834
835 #ifndef NDEBUG
836   DEBUG(dbgs() << "States after meet iteration:\n");
837   for (auto Pair : states) {
838     DEBUG(dbgs() << " " << Pair.second << " for " << *Pair.first << "\n");
839   }
840 #endif
841   
842   // Insert Phis for all conflicts
843   // We want to keep naming deterministic in the loop that follows, so
844   // sort the keys before iteration.  This is useful in allowing us to
845   // write stable tests. Note that there is no invalidation issue here.
846   SmallVector<Value *, 16> Keys;
847   Keys.reserve(states.size());
848   for (auto Pair : states) {
849     Value *V = Pair.first;
850     Keys.push_back(V);
851   }
852   std::sort(Keys.begin(), Keys.end(), order_by_name);
853   // TODO: adjust naming patterns to avoid this order of iteration dependency
854   for (Value *V : Keys) {
855     Instruction *I = cast<Instruction>(V);
856     BDVState State = states[I];
857     assert(!isKnownBaseResult(I) && "why did it get added?");
858     assert(!State.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
859
860     // extractelement instructions are a bit special in that we may need to
861     // insert an extract even when we know an exact base for the instruction.
862     // The problem is that we need to convert from a vector base to a scalar
863     // base for the particular indice we're interested in.
864     if (State.isBase() && isa<ExtractElementInst>(I) &&
865         isa<VectorType>(State.getBase()->getType())) {
866       auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
867       // TODO: In many cases, the new instruction is just EE itself.  We should
868       // exploit this, but can't do it here since it would break the invariant
869       // about the BDV not being known to be a base.
870       auto *BaseInst = ExtractElementInst::Create(State.getBase(),
871                                                   EE->getIndexOperand(),
872                                                   "base_ee", EE);
873       BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
874       states[I] = BDVState(BDVState::Base, BaseInst);
875     }
876     
877     if (!State.isConflict())
878       continue;
879
880     /// Create and insert a new instruction which will represent the base of
881     /// the given instruction 'I'.
882     auto MakeBaseInstPlaceholder = [](Instruction *I) -> Instruction* {
883       if (isa<PHINode>(I)) {
884         BasicBlock *BB = I->getParent();
885         int NumPreds = std::distance(pred_begin(BB), pred_end(BB));
886         assert(NumPreds > 0 && "how did we reach here");
887         std::string Name = I->hasName() ?
888            (I->getName() + ".base").str() : "base_phi";
889         return PHINode::Create(I->getType(), NumPreds, Name, I);
890       } else if (SelectInst *Sel = dyn_cast<SelectInst>(I)) {
891         // The undef will be replaced later
892         UndefValue *Undef = UndefValue::get(Sel->getType());
893         std::string Name = I->hasName() ?
894           (I->getName() + ".base").str() : "base_select";
895         return SelectInst::Create(Sel->getCondition(), Undef,
896                                   Undef, Name, Sel);
897       } else {
898         auto *EE = cast<ExtractElementInst>(I);
899         UndefValue *Undef = UndefValue::get(EE->getVectorOperand()->getType());
900         std::string Name = I->hasName() ?
901           (I->getName() + ".base").str() : "base_ee";
902         return ExtractElementInst::Create(Undef, EE->getIndexOperand(), Name,
903                                           EE);
904       }
905     };
906     Instruction *BaseInst = MakeBaseInstPlaceholder(I);
907     // Add metadata marking this as a base value
908     BaseInst->setMetadata("is_base_value", MDNode::get(I->getContext(), {}));
909     states[I] = BDVState(BDVState::Conflict, BaseInst);
910   }
911
912   // Fixup all the inputs of the new PHIs
913   for (auto Pair : states) {
914     Instruction *v = cast<Instruction>(Pair.first);
915     BDVState state = Pair.second;
916
917     assert(!isKnownBaseResult(v) && "why did it get added?");
918     assert(!state.isUnknown() && "Optimistic algorithm didn't complete!");
919     if (!state.isConflict())
920       continue;
921
922     if (PHINode *basephi = dyn_cast<PHINode>(state.getBase())) {
923       PHINode *phi = cast<PHINode>(v);
924       unsigned NumPHIValues = phi->getNumIncomingValues();
925       for (unsigned i = 0; i < NumPHIValues; i++) {
926         Value *InVal = phi->getIncomingValue(i);
927         BasicBlock *InBB = phi->getIncomingBlock(i);
928
929         // If we've already seen InBB, add the same incoming value
930         // we added for it earlier.  The IR verifier requires phi
931         // nodes with multiple entries from the same basic block
932         // to have the same incoming value for each of those
933         // entries.  If we don't do this check here and basephi
934         // has a different type than base, we'll end up adding two
935         // bitcasts (and hence two distinct values) as incoming
936         // values for the same basic block.
937
938         int blockIndex = basephi->getBasicBlockIndex(InBB);
939         if (blockIndex != -1) {
940           Value *oldBase = basephi->getIncomingValue(blockIndex);
941           basephi->addIncoming(oldBase, InBB);
942 #ifndef NDEBUG
943           Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
944           if (!isKnownBaseResult(base)) {
945             // Either conflict or base.
946             assert(states.count(base));
947             base = states[base].getBase();
948             assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
949           }
950
951           // In essence this assert states: the only way two
952           // values incoming from the same basic block may be
953           // different is by being different bitcasts of the same
954           // value.  A cleanup that remains TODO is changing
955           // findBaseOrBDV to return an llvm::Value of the correct
956           // type (and still remain pure).  This will remove the
957           // need to add bitcasts.
958           assert(base->stripPointerCasts() == oldBase->stripPointerCasts() &&
959                  "sanity -- findBaseOrBDV should be pure!");
960 #endif
961           continue;
962         }
963
964         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
965         // a non-phi node
966         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
967         if (!isKnownBaseResult(base)) {
968           // Either conflict or base.
969           assert(states.count(base));
970           base = states[base].getBase();
971           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
972         }
973         assert(base && "can't be null");
974         // Must use original input BB since base may not be Instruction
975         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
976         if (base->getType() != basephi->getType()) {
977           base = new BitCastInst(base, basephi->getType(), "cast",
978                                  InBB->getTerminator());
979         }
980         basephi->addIncoming(base, InBB);
981       }
982       assert(basephi->getNumIncomingValues() == NumPHIValues);
983     } else if (SelectInst *basesel = dyn_cast<SelectInst>(state.getBase())) {
984       SelectInst *sel = cast<SelectInst>(v);
985       // Operand 1 & 2 are true, false path respectively. TODO: refactor to
986       // something more safe and less hacky.
987       for (int i = 1; i <= 2; i++) {
988         Value *InVal = sel->getOperand(i);
989         // Find either the defining value for the PHI or the normal base for
990         // a non-phi node
991         Value *base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
992         if (!isKnownBaseResult(base)) {
993           // Either conflict or base.
994           assert(states.count(base));
995           base = states[base].getBase();
996           assert(base != nullptr && "unknown BDVState!");
997         }
998         assert(base && "can't be null");
999         // Must use original input BB since base may not be Instruction
1000         // The cast is needed since base traversal may strip away bitcasts
1001         if (base->getType() != basesel->getType()) {
1002           base = new BitCastInst(base, basesel->getType(), "cast", basesel);
1003         }
1004         basesel->setOperand(i, base);
1005       }
1006     } else {
1007       auto *BaseEE = cast<ExtractElementInst>(state.getBase());
1008       Value *InVal = cast<ExtractElementInst>(v)->getVectorOperand();
1009       Value *Base = findBaseOrBDV(InVal, cache);
1010       if (!isKnownBaseResult(Base)) {
1011         // Either conflict or base.
1012         assert(states.count(Base));
1013         Base = states[Base].getBase();
1014         assert(Base != nullptr && "unknown BDVState!");
1015       }
1016       assert(Base && "can't be null");
1017       BaseEE->setOperand(0, Base);
1018     }
1019   }
1020
1021   // Now that we're done with the algorithm, see if we can optimize the 
1022   // results slightly by reducing the number of new instructions needed. 
1023   // Arguably, this should be integrated into the algorithm above, but 
1024   // doing as a post process step is easier to reason about for the moment.
1025   DenseMap<Value *, Value *> ReverseMap;
1026   SmallPtrSet<Instruction *, 16> NewInsts;
1027   SmallSetVector<Instruction *, 16> Worklist;
1028   for (auto Item : states) {
1029     Value *V = Item.first;
1030     Value *Base = Item.second.getBase();
1031     assert(V && Base);
1032     assert(!isKnownBaseResult(V) && "why did it get added?");
1033     assert(isKnownBaseResult(Base) &&
1034            "must be something we 'know' is a base pointer");
1035     if (!Item.second.isConflict())
1036       continue;
1037
1038     ReverseMap[Base] = V;
1039     if (auto *BaseI = dyn_cast<Instruction>(Base)) {
1040       NewInsts.insert(BaseI);
1041       Worklist.insert(BaseI);
1042     }
1043   }
1044   auto PushNewUsers = [&](Instruction *I) {
1045     for (User *U : I->users())
1046       if (auto *UI = dyn_cast<Instruction>(U))
1047         if (NewInsts.count(UI))
1048           Worklist.insert(UI);
1049   };
1050   const DataLayout &DL = cast<Instruction>(def)->getModule()->getDataLayout();
1051   while (!Worklist.empty()) {
1052     Instruction *BaseI = Worklist.pop_back_val();
1053     assert(NewInsts.count(BaseI));
1054     Value *Bdv = ReverseMap[BaseI];
1055     if (auto *BdvI = dyn_cast<Instruction>(Bdv))
1056       if (BaseI->isIdenticalTo(BdvI)) {
1057         DEBUG(dbgs() << "Identical Base: " << *BaseI << "\n");
1058         PushNewUsers(BaseI);
1059         BaseI->replaceAllUsesWith(Bdv);
1060         BaseI->eraseFromParent();
1061         states[Bdv] = BDVState(BDVState::Conflict, Bdv);
1062         NewInsts.erase(BaseI);
1063         ReverseMap.erase(BaseI);
1064         continue;
1065       }
1066     if (Value *V = SimplifyInstruction(BaseI, DL)) {
1067       DEBUG(dbgs() << "Base " << *BaseI << " simplified to " << *V << "\n");
1068       PushNewUsers(BaseI);
1069       BaseI->replaceAllUsesWith(V);
1070       BaseI->eraseFromParent();
1071       states[Bdv] = BDVState(BDVState::Conflict, V);
1072       NewInsts.erase(BaseI);
1073       ReverseMap.erase(BaseI);
1074       continue;
1075     }
1076   }
1077
1078   // Cache all of our results so we can cheaply reuse them
1079   // NOTE: This is actually two caches: one of the base defining value
1080   // relation and one of the base pointer relation!  FIXME
1081   for (auto item : states) {
1082     Value *v = item.first;
1083     Value *base = item.second.getBase();
1084     assert(v && base);
1085
1086     std::string fromstr =
1087       cache.count(v) ? (cache[v]->hasName() ? cache[v]->getName() : "")
1088                      : "none";
1089     DEBUG(dbgs() << "Updating base value cache"
1090           << " for: " << (v->hasName() ? v->getName() : "")
1091           << " from: " << fromstr
1092           << " to: " << (base->hasName() ? base->getName() : "") << "\n");
1093
1094     if (cache.count(v)) {
1095       // Once we transition from the BDV relation being store in the cache to
1096       // the base relation being stored, it must be stable
1097       assert((!isKnownBaseResult(cache[v]) || cache[v] == base) &&
1098              "base relation should be stable");
1099     }
1100     cache[v] = base;
1101   }
1102   assert(cache.find(def) != cache.end());
1103   return cache[def];
1104 }
1105
1106 // For a set of live pointers (base and/or derived), identify the base
1107 // pointer of the object which they are derived from.  This routine will
1108 // mutate the IR graph as needed to make the 'base' pointer live at the
1109 // definition site of 'derived'.  This ensures that any use of 'derived' can
1110 // also use 'base'.  This may involve the insertion of a number of
1111 // additional PHI nodes.
1112 //
1113 // preconditions: live is a set of pointer type Values
1114 //
1115 // side effects: may insert PHI nodes into the existing CFG, will preserve
1116 // CFG, will not remove or mutate any existing nodes
1117 //
1118 // post condition: PointerToBase contains one (derived, base) pair for every
1119 // pointer in live.  Note that derived can be equal to base if the original
1120 // pointer was a base pointer.
1121 static void
1122 findBasePointers(const StatepointLiveSetTy &live,
1123                  DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> &PointerToBase,
1124                  DominatorTree *DT, DefiningValueMapTy &DVCache) {
1125   // For the naming of values inserted to be deterministic - which makes for
1126   // much cleaner and more stable tests - we need to assign an order to the
1127   // live values.  DenseSets do not provide a deterministic order across runs.
1128   SmallVector<Value *, 64> Temp;
1129   Temp.insert(Temp.end(), live.begin(), live.end());
1130   std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1131   for (Value *ptr : Temp) {
1132     Value *base = findBasePointer(ptr, DVCache);
1133     assert(base && "failed to find base pointer");
1134     PointerToBase[ptr] = base;
1135     assert((!isa<Instruction>(base) || !isa<Instruction>(ptr) ||
1136             DT->dominates(cast<Instruction>(base)->getParent(),
1137                           cast<Instruction>(ptr)->getParent())) &&
1138            "The base we found better dominate the derived pointer");
1139
1140     // If you see this trip and like to live really dangerously, the code should
1141     // be correct, just with idioms the verifier can't handle.  You can try
1142     // disabling the verifier at your own substantial risk.
1143     assert(!isa<ConstantPointerNull>(base) &&
1144            "the relocation code needs adjustment to handle the relocation of "
1145            "a null pointer constant without causing false positives in the "
1146            "safepoint ir verifier.");
1147   }
1148 }
1149
1150 /// Find the required based pointers (and adjust the live set) for the given
1151 /// parse point.
1152 static void findBasePointers(DominatorTree &DT, DefiningValueMapTy &DVCache,
1153                              const CallSite &CS,
1154                              PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1155   DenseMap<llvm::Value *, llvm::Value *> PointerToBase;
1156   findBasePointers(result.liveset, PointerToBase, &DT, DVCache);
1157
1158   if (PrintBasePointers) {
1159     // Note: Need to print these in a stable order since this is checked in
1160     // some tests.
1161     errs() << "Base Pairs (w/o Relocation):\n";
1162     SmallVector<Value *, 64> Temp;
1163     Temp.reserve(PointerToBase.size());
1164     for (auto Pair : PointerToBase) {
1165       Temp.push_back(Pair.first);
1166     }
1167     std::sort(Temp.begin(), Temp.end(), order_by_name);
1168     for (Value *Ptr : Temp) {
1169       Value *Base = PointerToBase[Ptr];
1170       errs() << " derived %" << Ptr->getName() << " base %" << Base->getName()
1171              << "\n";
1172     }
1173   }
1174
1175   result.PointerToBase = PointerToBase;
1176 }
1177
1178 /// Given an updated version of the dataflow liveness results, update the
1179 /// liveset and base pointer maps for the call site CS.
1180 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
1181                                   const CallSite &CS,
1182                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &result);
1183
1184 static void recomputeLiveInValues(
1185     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1186     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1187   // TODO-PERF: reuse the original liveness, then simply run the dataflow
1188   // again.  The old values are still live and will help it stabilize quickly.
1189   GCPtrLivenessData RevisedLivenessData;
1190   computeLiveInValues(DT, F, RevisedLivenessData);
1191   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1192     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1193     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1194     recomputeLiveInValues(RevisedLivenessData, CS, info);
1195   }
1196 }
1197
1198 // When inserting gc.relocate calls, we need to ensure there are no uses
1199 // of the original value between the gc.statepoint and the gc.relocate call.
1200 // One case which can arise is a phi node starting one of the successor blocks.
1201 // We also need to be able to insert the gc.relocates only on the path which
1202 // goes through the statepoint.  We might need to split an edge to make this
1203 // possible.
1204 static BasicBlock *
1205 normalizeForInvokeSafepoint(BasicBlock *BB, BasicBlock *InvokeParent,
1206                             DominatorTree &DT) {
1207   BasicBlock *Ret = BB;
1208   if (!BB->getUniquePredecessor()) {
1209     Ret = SplitBlockPredecessors(BB, InvokeParent, "", &DT);
1210   }
1211
1212   // Now that 'ret' has unique predecessor we can safely remove all phi nodes
1213   // from it
1214   FoldSingleEntryPHINodes(Ret);
1215   assert(!isa<PHINode>(Ret->begin()));
1216
1217   // At this point, we can safely insert a gc.relocate as the first instruction
1218   // in Ret if needed.
1219   return Ret;
1220 }
1221
1222 static int find_index(ArrayRef<Value *> livevec, Value *val) {
1223   auto itr = std::find(livevec.begin(), livevec.end(), val);
1224   assert(livevec.end() != itr);
1225   size_t index = std::distance(livevec.begin(), itr);
1226   assert(index < livevec.size());
1227   return index;
1228 }
1229
1230 // Create new attribute set containing only attributes which can be transferred
1231 // from original call to the safepoint.
1232 static AttributeSet legalizeCallAttributes(AttributeSet AS) {
1233   AttributeSet ret;
1234
1235   for (unsigned Slot = 0; Slot < AS.getNumSlots(); Slot++) {
1236     unsigned index = AS.getSlotIndex(Slot);
1237
1238     if (index == AttributeSet::ReturnIndex ||
1239         index == AttributeSet::FunctionIndex) {
1240
1241       for (auto it = AS.begin(Slot), it_end = AS.end(Slot); it != it_end;
1242            ++it) {
1243         Attribute attr = *it;
1244
1245         // Do not allow certain attributes - just skip them
1246         // Safepoint can not be read only or read none.
1247         if (attr.hasAttribute(Attribute::ReadNone) ||
1248             attr.hasAttribute(Attribute::ReadOnly))
1249           continue;
1250
1251         ret = ret.addAttributes(
1252             AS.getContext(), index,
1253             AttributeSet::get(AS.getContext(), index, AttrBuilder(attr)));
1254       }
1255     }
1256
1257     // Just skip parameter attributes for now
1258   }
1259
1260   return ret;
1261 }
1262
1263 /// Helper function to place all gc relocates necessary for the given
1264 /// statepoint.
1265 /// Inputs:
1266 ///   liveVariables - list of variables to be relocated.
1267 ///   liveStart - index of the first live variable.
1268 ///   basePtrs - base pointers.
1269 ///   statepointToken - statepoint instruction to which relocates should be
1270 ///   bound.
1271 ///   Builder - Llvm IR builder to be used to construct new calls.
1272 static void CreateGCRelocates(ArrayRef<llvm::Value *> LiveVariables,
1273                               const int LiveStart,
1274                               ArrayRef<llvm::Value *> BasePtrs,
1275                               Instruction *StatepointToken,
1276                               IRBuilder<> Builder) {
1277   if (LiveVariables.empty())
1278     return;
1279   
1280   // All gc_relocate are set to i8 addrspace(1)* type. We originally generated
1281   // unique declarations for each pointer type, but this proved problematic
1282   // because the intrinsic mangling code is incomplete and fragile.  Since
1283   // we're moving towards a single unified pointer type anyways, we can just
1284   // cast everything to an i8* of the right address space.  A bitcast is added
1285   // later to convert gc_relocate to the actual value's type. 
1286   Module *M = StatepointToken->getModule();
1287   auto AS = cast<PointerType>(LiveVariables[0]->getType())->getAddressSpace();
1288   Type *Types[] = {Type::getInt8PtrTy(M->getContext(), AS)};
1289   Value *GCRelocateDecl =
1290     Intrinsic::getDeclaration(M, Intrinsic::experimental_gc_relocate, Types);
1291
1292   for (unsigned i = 0; i < LiveVariables.size(); i++) {
1293     // Generate the gc.relocate call and save the result
1294     Value *BaseIdx =
1295       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, BasePtrs[i]));
1296     Value *LiveIdx =
1297       Builder.getInt32(LiveStart + find_index(LiveVariables, LiveVariables[i]));
1298
1299     // only specify a debug name if we can give a useful one
1300     CallInst *Reloc = Builder.CreateCall(
1301         GCRelocateDecl, {StatepointToken, BaseIdx, LiveIdx},
1302         LiveVariables[i]->hasName() ? LiveVariables[i]->getName() + ".relocated"
1303                                     : "");
1304     // Trick CodeGen into thinking there are lots of free registers at this
1305     // fake call.
1306     Reloc->setCallingConv(CallingConv::Cold);
1307   }
1308 }
1309
1310 static void
1311 makeStatepointExplicitImpl(const CallSite &CS, /* to replace */
1312                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &basePtrs,
1313                            const SmallVectorImpl<llvm::Value *> &liveVariables,
1314                            Pass *P,
1315                            PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1316   assert(basePtrs.size() == liveVariables.size());
1317   assert(isStatepoint(CS) &&
1318          "This method expects to be rewriting a statepoint");
1319
1320   BasicBlock *BB = CS.getInstruction()->getParent();
1321   assert(BB);
1322   Function *F = BB->getParent();
1323   assert(F && "must be set");
1324   Module *M = F->getParent();
1325   (void)M;
1326   assert(M && "must be set");
1327
1328   // We're not changing the function signature of the statepoint since the gc
1329   // arguments go into the var args section.
1330   Function *gc_statepoint_decl = CS.getCalledFunction();
1331
1332   // Then go ahead and use the builder do actually do the inserts.  We insert
1333   // immediately before the previous instruction under the assumption that all
1334   // arguments will be available here.  We can't insert afterwards since we may
1335   // be replacing a terminator.
1336   Instruction *insertBefore = CS.getInstruction();
1337   IRBuilder<> Builder(insertBefore);
1338   // Copy all of the arguments from the original statepoint - this includes the
1339   // target, call args, and deopt args
1340   SmallVector<llvm::Value *, 64> args;
1341   args.insert(args.end(), CS.arg_begin(), CS.arg_end());
1342   // TODO: Clear the 'needs rewrite' flag
1343
1344   // add all the pointers to be relocated (gc arguments)
1345   // Capture the start of the live variable list for use in the gc_relocates
1346   const int live_start = args.size();
1347   args.insert(args.end(), liveVariables.begin(), liveVariables.end());
1348
1349   // Create the statepoint given all the arguments
1350   Instruction *token = nullptr;
1351   AttributeSet return_attributes;
1352   if (CS.isCall()) {
1353     CallInst *toReplace = cast<CallInst>(CS.getInstruction());
1354     CallInst *call =
1355         Builder.CreateCall(gc_statepoint_decl, args, "safepoint_token");
1356     call->setTailCall(toReplace->isTailCall());
1357     call->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1358
1359     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1360     // function attributes.
1361     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1362     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1363     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1364     call->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1365     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1366
1367     token = call;
1368
1369     // Put the following gc_result and gc_relocate calls immediately after the
1370     // the old call (which we're about to delete)
1371     BasicBlock::iterator next(toReplace);
1372     assert(BB->end() != next && "not a terminator, must have next");
1373     next++;
1374     Instruction *IP = &*(next);
1375     Builder.SetInsertPoint(IP);
1376     Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1377
1378   } else {
1379     InvokeInst *toReplace = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1380
1381     // Insert the new invoke into the old block.  We'll remove the old one in a
1382     // moment at which point this will become the new terminator for the
1383     // original block.
1384     InvokeInst *invoke = InvokeInst::Create(
1385         gc_statepoint_decl, toReplace->getNormalDest(),
1386         toReplace->getUnwindDest(), args, "statepoint_token", toReplace->getParent());
1387     invoke->setCallingConv(toReplace->getCallingConv());
1388
1389     // Currently we will fail on parameter attributes and on certain
1390     // function attributes.
1391     AttributeSet new_attrs = legalizeCallAttributes(toReplace->getAttributes());
1392     // In case if we can handle this set of attributes - set up function attrs
1393     // directly on statepoint and return attrs later for gc_result intrinsic.
1394     invoke->setAttributes(new_attrs.getFnAttributes());
1395     return_attributes = new_attrs.getRetAttributes();
1396
1397     token = invoke;
1398
1399     // Generate gc relocates in exceptional path
1400     BasicBlock *unwindBlock = toReplace->getUnwindDest();
1401     assert(!isa<PHINode>(unwindBlock->begin()) &&
1402            unwindBlock->getUniquePredecessor() &&
1403            "can't safely insert in this block!");
1404
1405     Instruction *IP = &*(unwindBlock->getFirstInsertionPt());
1406     Builder.SetInsertPoint(IP);
1407     Builder.SetCurrentDebugLocation(toReplace->getDebugLoc());
1408
1409     // Extract second element from landingpad return value. We will attach
1410     // exceptional gc relocates to it.
1411     const unsigned idx = 1;
1412     Instruction *exceptional_token =
1413         cast<Instruction>(Builder.CreateExtractValue(
1414             unwindBlock->getLandingPadInst(), idx, "relocate_token"));
1415     result.UnwindToken = exceptional_token;
1416
1417     CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs,
1418                       exceptional_token, Builder);
1419
1420     // Generate gc relocates and returns for normal block
1421     BasicBlock *normalDest = toReplace->getNormalDest();
1422     assert(!isa<PHINode>(normalDest->begin()) &&
1423            normalDest->getUniquePredecessor() &&
1424            "can't safely insert in this block!");
1425
1426     IP = &*(normalDest->getFirstInsertionPt());
1427     Builder.SetInsertPoint(IP);
1428
1429     // gc relocates will be generated later as if it were regular call
1430     // statepoint
1431   }
1432   assert(token);
1433
1434   // Take the name of the original value call if it had one.
1435   token->takeName(CS.getInstruction());
1436
1437 // The GCResult is already inserted, we just need to find it
1438 #ifndef NDEBUG
1439   Instruction *toReplace = CS.getInstruction();
1440   assert((toReplace->hasNUses(0) || toReplace->hasNUses(1)) &&
1441          "only valid use before rewrite is gc.result");
1442   assert(!toReplace->hasOneUse() ||
1443          isGCResult(cast<Instruction>(*toReplace->user_begin())));
1444 #endif
1445
1446   // Update the gc.result of the original statepoint (if any) to use the newly
1447   // inserted statepoint.  This is safe to do here since the token can't be
1448   // considered a live reference.
1449   CS.getInstruction()->replaceAllUsesWith(token);
1450
1451   result.StatepointToken = token;
1452
1453   // Second, create a gc.relocate for every live variable
1454   CreateGCRelocates(liveVariables, live_start, basePtrs, token, Builder);
1455 }
1456
1457 namespace {
1458 struct name_ordering {
1459   Value *base;
1460   Value *derived;
1461   bool operator()(name_ordering const &a, name_ordering const &b) {
1462     return -1 == a.derived->getName().compare(b.derived->getName());
1463   }
1464 };
1465 }
1466 static void stablize_order(SmallVectorImpl<Value *> &basevec,
1467                            SmallVectorImpl<Value *> &livevec) {
1468   assert(basevec.size() == livevec.size());
1469
1470   SmallVector<name_ordering, 64> temp;
1471   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1472     name_ordering v;
1473     v.base = basevec[i];
1474     v.derived = livevec[i];
1475     temp.push_back(v);
1476   }
1477   std::sort(temp.begin(), temp.end(), name_ordering());
1478   for (size_t i = 0; i < basevec.size(); i++) {
1479     basevec[i] = temp[i].base;
1480     livevec[i] = temp[i].derived;
1481   }
1482 }
1483
1484 // Replace an existing gc.statepoint with a new one and a set of gc.relocates
1485 // which make the relocations happening at this safepoint explicit.
1486 //
1487 // WARNING: Does not do any fixup to adjust users of the original live
1488 // values.  That's the callers responsibility.
1489 static void
1490 makeStatepointExplicit(DominatorTree &DT, const CallSite &CS, Pass *P,
1491                        PartiallyConstructedSafepointRecord &result) {
1492   auto liveset = result.liveset;
1493   auto PointerToBase = result.PointerToBase;
1494
1495   // Convert to vector for efficient cross referencing.
1496   SmallVector<Value *, 64> basevec, livevec;
1497   livevec.reserve(liveset.size());
1498   basevec.reserve(liveset.size());
1499   for (Value *L : liveset) {
1500     livevec.push_back(L);
1501     assert(PointerToBase.count(L));
1502     Value *base = PointerToBase[L];
1503     basevec.push_back(base);
1504   }
1505   assert(livevec.size() == basevec.size());
1506
1507   // To make the output IR slightly more stable (for use in diffs), ensure a
1508   // fixed order of the values in the safepoint (by sorting the value name).
1509   // The order is otherwise meaningless.
1510   stablize_order(basevec, livevec);
1511
1512   // Do the actual rewriting and delete the old statepoint
1513   makeStatepointExplicitImpl(CS, basevec, livevec, P, result);
1514   CS.getInstruction()->eraseFromParent();
1515 }
1516
1517 // Helper function for the relocationViaAlloca.
1518 // It receives iterator to the statepoint gc relocates and emits store to the
1519 // assigned
1520 // location (via allocaMap) for the each one of them.
1521 // Add visited values into the visitedLiveValues set we will later use them
1522 // for sanity check.
1523 static void
1524 insertRelocationStores(iterator_range<Value::user_iterator> GCRelocs,
1525                        DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1526                        DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1527
1528   for (User *U : GCRelocs) {
1529     if (!isa<IntrinsicInst>(U))
1530       continue;
1531
1532     IntrinsicInst *RelocatedValue = cast<IntrinsicInst>(U);
1533
1534     // We only care about relocates
1535     if (RelocatedValue->getIntrinsicID() !=
1536         Intrinsic::experimental_gc_relocate) {
1537       continue;
1538     }
1539
1540     GCRelocateOperands RelocateOperands(RelocatedValue);
1541     Value *OriginalValue =
1542         const_cast<Value *>(RelocateOperands.getDerivedPtr());
1543     assert(AllocaMap.count(OriginalValue));
1544     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1545
1546     // Emit store into the related alloca
1547     // All gc_relocate are i8 addrspace(1)* typed, and it must be bitcasted to
1548     // the correct type according to alloca.
1549     assert(RelocatedValue->getNextNode() && "Should always have one since it's not a terminator");
1550     IRBuilder<> Builder(RelocatedValue->getNextNode());
1551     Value *CastedRelocatedValue =
1552         Builder.CreateBitCast(RelocatedValue, cast<AllocaInst>(Alloca)->getAllocatedType(),
1553         RelocatedValue->hasName() ? RelocatedValue->getName() + ".casted" : "");
1554
1555     StoreInst *Store = new StoreInst(CastedRelocatedValue, Alloca);
1556     Store->insertAfter(cast<Instruction>(CastedRelocatedValue));
1557
1558 #ifndef NDEBUG
1559     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1560 #endif
1561   }
1562 }
1563
1564 // Helper function for the "relocationViaAlloca". Similar to the
1565 // "insertRelocationStores" but works for rematerialized values.
1566 static void
1567 insertRematerializationStores(
1568   RematerializedValueMapTy RematerializedValues,
1569   DenseMap<Value *, Value *> &AllocaMap,
1570   DenseSet<Value *> &VisitedLiveValues) {
1571
1572   for (auto RematerializedValuePair: RematerializedValues) {
1573     Instruction *RematerializedValue = RematerializedValuePair.first;
1574     Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1575
1576     assert(AllocaMap.count(OriginalValue) &&
1577            "Can not find alloca for rematerialized value");
1578     Value *Alloca = AllocaMap[OriginalValue];
1579
1580     StoreInst *Store = new StoreInst(RematerializedValue, Alloca);
1581     Store->insertAfter(RematerializedValue);
1582
1583 #ifndef NDEBUG
1584     VisitedLiveValues.insert(OriginalValue);
1585 #endif
1586   }
1587 }
1588
1589 /// do all the relocation update via allocas and mem2reg
1590 static void relocationViaAlloca(
1591     Function &F, DominatorTree &DT, ArrayRef<Value *> Live,
1592     ArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> Records) {
1593 #ifndef NDEBUG
1594   // record initial number of (static) allocas; we'll check we have the same
1595   // number when we get done.
1596   int InitialAllocaNum = 0;
1597   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1598        I++)
1599     if (isa<AllocaInst>(*I))
1600       InitialAllocaNum++;
1601 #endif
1602
1603   // TODO-PERF: change data structures, reserve
1604   DenseMap<Value *, Value *> AllocaMap;
1605   SmallVector<AllocaInst *, 200> PromotableAllocas;
1606   // Used later to chack that we have enough allocas to store all values
1607   std::size_t NumRematerializedValues = 0;
1608   PromotableAllocas.reserve(Live.size());
1609
1610   // Emit alloca for "LiveValue" and record it in "allocaMap" and
1611   // "PromotableAllocas"
1612   auto emitAllocaFor = [&](Value *LiveValue) {
1613     AllocaInst *Alloca = new AllocaInst(LiveValue->getType(), "",
1614                                         F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1615     AllocaMap[LiveValue] = Alloca;
1616     PromotableAllocas.push_back(Alloca);
1617   };
1618
1619   // emit alloca for each live gc pointer
1620   for (unsigned i = 0; i < Live.size(); i++) {
1621     emitAllocaFor(Live[i]);
1622   }
1623
1624   // emit allocas for rematerialized values
1625   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1626     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1627
1628     for (auto RematerializedValuePair : Info.RematerializedValues) {
1629       Value *OriginalValue = RematerializedValuePair.second;
1630       if (AllocaMap.count(OriginalValue) != 0)
1631         continue;
1632
1633       emitAllocaFor(OriginalValue);
1634       ++NumRematerializedValues;
1635     }
1636   }
1637
1638   // The next two loops are part of the same conceptual operation.  We need to
1639   // insert a store to the alloca after the original def and at each
1640   // redefinition.  We need to insert a load before each use.  These are split
1641   // into distinct loops for performance reasons.
1642
1643   // update gc pointer after each statepoint
1644   // either store a relocated value or null (if no relocated value found for
1645   // this gc pointer and it is not a gc_result)
1646   // this must happen before we update the statepoint with load of alloca
1647   // otherwise we lose the link between statepoint and old def
1648   for (size_t i = 0; i < Records.size(); i++) {
1649     const struct PartiallyConstructedSafepointRecord &Info = Records[i];
1650     Value *Statepoint = Info.StatepointToken;
1651
1652     // This will be used for consistency check
1653     DenseSet<Value *> VisitedLiveValues;
1654
1655     // Insert stores for normal statepoint gc relocates
1656     insertRelocationStores(Statepoint->users(), AllocaMap, VisitedLiveValues);
1657
1658     // In case if it was invoke statepoint
1659     // we will insert stores for exceptional path gc relocates.
1660     if (isa<InvokeInst>(Statepoint)) {
1661       insertRelocationStores(Info.UnwindToken->users(), AllocaMap,
1662                              VisitedLiveValues);
1663     }
1664
1665     // Do similar thing with rematerialized values
1666     insertRematerializationStores(Info.RematerializedValues, AllocaMap,
1667                                   VisitedLiveValues);
1668
1669     if (ClobberNonLive) {
1670       // As a debugging aid, pretend that an unrelocated pointer becomes null at
1671       // the gc.statepoint.  This will turn some subtle GC problems into
1672       // slightly easier to debug SEGVs.  Note that on large IR files with
1673       // lots of gc.statepoints this is extremely costly both memory and time
1674       // wise.
1675       SmallVector<AllocaInst *, 64> ToClobber;
1676       for (auto Pair : AllocaMap) {
1677         Value *Def = Pair.first;
1678         AllocaInst *Alloca = cast<AllocaInst>(Pair.second);
1679
1680         // This value was relocated
1681         if (VisitedLiveValues.count(Def)) {
1682           continue;
1683         }
1684         ToClobber.push_back(Alloca);
1685       }
1686
1687       auto InsertClobbersAt = [&](Instruction *IP) {
1688         for (auto *AI : ToClobber) {
1689           auto AIType = cast<PointerType>(AI->getType());
1690           auto PT = cast<PointerType>(AIType->getElementType());
1691           Constant *CPN = ConstantPointerNull::get(PT);
1692           StoreInst *Store = new StoreInst(CPN, AI);
1693           Store->insertBefore(IP);
1694         }
1695       };
1696
1697       // Insert the clobbering stores.  These may get intermixed with the
1698       // gc.results and gc.relocates, but that's fine.
1699       if (auto II = dyn_cast<InvokeInst>(Statepoint)) {
1700         InsertClobbersAt(II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt());
1701         InsertClobbersAt(II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt());
1702       } else {
1703         BasicBlock::iterator Next(cast<CallInst>(Statepoint));
1704         Next++;
1705         InsertClobbersAt(Next);
1706       }
1707     }
1708   }
1709   // update use with load allocas and add store for gc_relocated
1710   for (auto Pair : AllocaMap) {
1711     Value *Def = Pair.first;
1712     Value *Alloca = Pair.second;
1713
1714     // we pre-record the uses of allocas so that we dont have to worry about
1715     // later update
1716     // that change the user information.
1717     SmallVector<Instruction *, 20> Uses;
1718     // PERF: trade a linear scan for repeated reallocation
1719     Uses.reserve(std::distance(Def->user_begin(), Def->user_end()));
1720     for (User *U : Def->users()) {
1721       if (!isa<ConstantExpr>(U)) {
1722         // If the def has a ConstantExpr use, then the def is either a
1723         // ConstantExpr use itself or null.  In either case
1724         // (recursively in the first, directly in the second), the oop
1725         // it is ultimately dependent on is null and this particular
1726         // use does not need to be fixed up.
1727         Uses.push_back(cast<Instruction>(U));
1728       }
1729     }
1730
1731     std::sort(Uses.begin(), Uses.end());
1732     auto Last = std::unique(Uses.begin(), Uses.end());
1733     Uses.erase(Last, Uses.end());
1734
1735     for (Instruction *Use : Uses) {
1736       if (isa<PHINode>(Use)) {
1737         PHINode *Phi = cast<PHINode>(Use);
1738         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++) {
1739           if (Def == Phi->getIncomingValue(i)) {
1740             LoadInst *Load = new LoadInst(
1741                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1742             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1743           }
1744         }
1745       } else {
1746         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", Use);
1747         Use->replaceUsesOfWith(Def, Load);
1748       }
1749     }
1750
1751     // emit store for the initial gc value
1752     // store must be inserted after load, otherwise store will be in alloca's
1753     // use list and an extra load will be inserted before it
1754     StoreInst *Store = new StoreInst(Def, Alloca);
1755     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(Def)) {
1756       if (InvokeInst *Invoke = dyn_cast<InvokeInst>(Inst)) {
1757         // InvokeInst is a TerminatorInst so the store need to be inserted
1758         // into its normal destination block.
1759         BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1760         Store->insertBefore(NormalDest->getFirstNonPHI());
1761       } else {
1762         assert(!Inst->isTerminator() &&
1763                "The only TerminatorInst that can produce a value is "
1764                "InvokeInst which is handled above.");
1765         Store->insertAfter(Inst);
1766       }
1767     } else {
1768       assert(isa<Argument>(Def));
1769       Store->insertAfter(cast<Instruction>(Alloca));
1770     }
1771   }
1772
1773   assert(PromotableAllocas.size() == Live.size() + NumRematerializedValues &&
1774          "we must have the same allocas with lives");
1775   if (!PromotableAllocas.empty()) {
1776     // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1777     PromoteMemToReg(PromotableAllocas, DT);
1778   }
1779
1780 #ifndef NDEBUG
1781   for (auto I = F.getEntryBlock().begin(), E = F.getEntryBlock().end(); I != E;
1782        I++)
1783     if (isa<AllocaInst>(*I))
1784       InitialAllocaNum--;
1785   assert(InitialAllocaNum == 0 && "We must not introduce any extra allocas");
1786 #endif
1787 }
1788
1789 /// Implement a unique function which doesn't require we sort the input
1790 /// vector.  Doing so has the effect of changing the output of a couple of
1791 /// tests in ways which make them less useful in testing fused safepoints.
1792 template <typename T> static void unique_unsorted(SmallVectorImpl<T> &Vec) {
1793   SmallSet<T, 8> Seen;
1794   Vec.erase(std::remove_if(Vec.begin(), Vec.end(), [&](const T &V) {
1795               return !Seen.insert(V).second;
1796             }), Vec.end());
1797 }
1798
1799 /// Insert holders so that each Value is obviously live through the entire
1800 /// lifetime of the call.
1801 static void insertUseHolderAfter(CallSite &CS, const ArrayRef<Value *> Values,
1802                                  SmallVectorImpl<CallInst *> &Holders) {
1803   if (Values.empty())
1804     // No values to hold live, might as well not insert the empty holder
1805     return;
1806
1807   Module *M = CS.getInstruction()->getParent()->getParent()->getParent();
1808   // Use a dummy vararg function to actually hold the values live
1809   Function *Func = cast<Function>(M->getOrInsertFunction(
1810       "__tmp_use", FunctionType::get(Type::getVoidTy(M->getContext()), true)));
1811   if (CS.isCall()) {
1812     // For call safepoints insert dummy calls right after safepoint
1813     BasicBlock::iterator Next(CS.getInstruction());
1814     Next++;
1815     Holders.push_back(CallInst::Create(Func, Values, "", Next));
1816     return;
1817   }
1818   // For invoke safepooints insert dummy calls both in normal and
1819   // exceptional destination blocks
1820   auto *II = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
1821   Holders.push_back(CallInst::Create(
1822       Func, Values, "", II->getNormalDest()->getFirstInsertionPt()));
1823   Holders.push_back(CallInst::Create(
1824       Func, Values, "", II->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt()));
1825 }
1826
1827 static void findLiveReferences(
1828     Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P, ArrayRef<CallSite> toUpdate,
1829     MutableArrayRef<struct PartiallyConstructedSafepointRecord> records) {
1830   GCPtrLivenessData OriginalLivenessData;
1831   computeLiveInValues(DT, F, OriginalLivenessData);
1832   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
1833     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
1834     const CallSite &CS = toUpdate[i];
1835     analyzeParsePointLiveness(DT, OriginalLivenessData, CS, info);
1836   }
1837 }
1838
1839 /// Remove any vector of pointers from the liveset by scalarizing them over the
1840 /// statepoint instruction.  Adds the scalarized pieces to the liveset.  It
1841 /// would be preferable to include the vector in the statepoint itself, but
1842 /// the lowering code currently does not handle that.  Extending it would be
1843 /// slightly non-trivial since it requires a format change.  Given how rare
1844 /// such cases are (for the moment?) scalarizing is an acceptable compromise.
1845 static void splitVectorValues(Instruction *StatepointInst,
1846                               StatepointLiveSetTy &LiveSet,
1847                               DenseMap<Value *, Value *>& PointerToBase,
1848                               DominatorTree &DT) {
1849   SmallVector<Value *, 16> ToSplit;
1850   for (Value *V : LiveSet)
1851     if (isa<VectorType>(V->getType()))
1852       ToSplit.push_back(V);
1853
1854   if (ToSplit.empty())
1855     return;
1856
1857   DenseMap<Value *, SmallVector<Value *, 16>> ElementMapping;
1858
1859   Function &F = *(StatepointInst->getParent()->getParent());
1860
1861   DenseMap<Value *, AllocaInst *> AllocaMap;
1862   // First is normal return, second is exceptional return (invoke only)
1863   DenseMap<Value *, std::pair<Value *, Value *>> Replacements;
1864   for (Value *V : ToSplit) {
1865     AllocaInst *Alloca =
1866         new AllocaInst(V->getType(), "", F.getEntryBlock().getFirstNonPHI());
1867     AllocaMap[V] = Alloca;
1868
1869     VectorType *VT = cast<VectorType>(V->getType());
1870     IRBuilder<> Builder(StatepointInst);
1871     SmallVector<Value *, 16> Elements;
1872     for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1873       Elements.push_back(Builder.CreateExtractElement(V, Builder.getInt32(i)));
1874     ElementMapping[V] = Elements;
1875
1876     auto InsertVectorReform = [&](Instruction *IP) {
1877       Builder.SetInsertPoint(IP);
1878       Builder.SetCurrentDebugLocation(IP->getDebugLoc());
1879       Value *ResultVec = UndefValue::get(VT);
1880       for (unsigned i = 0; i < VT->getNumElements(); i++)
1881         ResultVec = Builder.CreateInsertElement(ResultVec, Elements[i],
1882                                                 Builder.getInt32(i));
1883       return ResultVec;
1884     };
1885
1886     if (isa<CallInst>(StatepointInst)) {
1887       BasicBlock::iterator Next(StatepointInst);
1888       Next++;
1889       Instruction *IP = &*(Next);
1890       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1891       Replacements[V].second = nullptr;
1892     } else {
1893       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(StatepointInst);
1894       // We've already normalized - check that we don't have shared destination
1895       // blocks
1896       BasicBlock *NormalDest = Invoke->getNormalDest();
1897       assert(!isa<PHINode>(NormalDest->begin()));
1898       BasicBlock *UnwindDest = Invoke->getUnwindDest();
1899       assert(!isa<PHINode>(UnwindDest->begin()));
1900       // Insert insert element sequences in both successors
1901       Instruction *IP = &*(NormalDest->getFirstInsertionPt());
1902       Replacements[V].first = InsertVectorReform(IP);
1903       IP = &*(UnwindDest->getFirstInsertionPt());
1904       Replacements[V].second = InsertVectorReform(IP);
1905     }
1906   }
1907
1908   for (Value *V : ToSplit) {
1909     AllocaInst *Alloca = AllocaMap[V];
1910
1911     // Capture all users before we start mutating use lists
1912     SmallVector<Instruction *, 16> Users;
1913     for (User *U : V->users())
1914       Users.push_back(cast<Instruction>(U));
1915
1916     for (Instruction *I : Users) {
1917       if (auto Phi = dyn_cast<PHINode>(I)) {
1918         for (unsigned i = 0; i < Phi->getNumIncomingValues(); i++)
1919           if (V == Phi->getIncomingValue(i)) {
1920             LoadInst *Load = new LoadInst(
1921                 Alloca, "", Phi->getIncomingBlock(i)->getTerminator());
1922             Phi->setIncomingValue(i, Load);
1923           }
1924       } else {
1925         LoadInst *Load = new LoadInst(Alloca, "", I);
1926         I->replaceUsesOfWith(V, Load);
1927       }
1928     }
1929
1930     // Store the original value and the replacement value into the alloca
1931     StoreInst *Store = new StoreInst(V, Alloca);
1932     if (auto I = dyn_cast<Instruction>(V))
1933       Store->insertAfter(I);
1934     else
1935       Store->insertAfter(Alloca);
1936
1937     // Normal return for invoke, or call return
1938     Instruction *Replacement = cast<Instruction>(Replacements[V].first);
1939     (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1940     // Unwind return for invoke only
1941     Replacement = cast_or_null<Instruction>(Replacements[V].second);
1942     if (Replacement)
1943       (new StoreInst(Replacement, Alloca))->insertAfter(Replacement);
1944   }
1945
1946   // apply mem2reg to promote alloca to SSA
1947   SmallVector<AllocaInst *, 16> Allocas;
1948   for (Value *V : ToSplit)
1949     Allocas.push_back(AllocaMap[V]);
1950   PromoteMemToReg(Allocas, DT);
1951
1952   // Update our tracking of live pointers and base mappings to account for the
1953   // changes we just made.
1954   for (Value *V : ToSplit) {
1955     auto &Elements = ElementMapping[V];
1956
1957     LiveSet.erase(V);
1958     LiveSet.insert(Elements.begin(), Elements.end());
1959     // We need to update the base mapping as well.
1960     assert(PointerToBase.count(V));
1961     Value *OldBase = PointerToBase[V];
1962     auto &BaseElements = ElementMapping[OldBase];
1963     PointerToBase.erase(V);
1964     assert(Elements.size() == BaseElements.size());
1965     for (unsigned i = 0; i < Elements.size(); i++) {
1966       Value *Elem = Elements[i];
1967       PointerToBase[Elem] = BaseElements[i];
1968     }
1969   }
1970 }
1971
1972 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". It walks use chain
1973 // starting from the "CurrentValue" until it meets "BaseValue". Only "simple"
1974 // values are visited (currently it is GEP's and casts). Returns true if it
1975 // successfully reached "BaseValue" and false otherwise.
1976 // Fills "ChainToBase" array with all visited values. "BaseValue" is not
1977 // recorded.
1978 static bool findRematerializableChainToBasePointer(
1979   SmallVectorImpl<Instruction*> &ChainToBase,
1980   Value *CurrentValue, Value *BaseValue) {
1981
1982   // We have found a base value
1983   if (CurrentValue == BaseValue) {
1984     return true;
1985   }
1986
1987   if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(CurrentValue)) {
1988     ChainToBase.push_back(GEP);
1989     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
1990                                                   GEP->getPointerOperand(),
1991                                                   BaseValue);
1992   }
1993
1994   if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(CurrentValue)) {
1995     Value *Def = CI->stripPointerCasts();
1996
1997     // This two checks are basically similar. First one is here for the
1998     // consistency with findBasePointers logic.
1999     assert(!isa<CastInst>(Def) && "not a pointer cast found");
2000     if (!CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()))
2001       return false;
2002
2003     ChainToBase.push_back(CI);
2004     return findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase, Def, BaseValue);
2005   }
2006
2007   // Not supported instruction in the chain
2008   return false;
2009 }
2010
2011 // Helper function for the "rematerializeLiveValues". Compute cost of the use
2012 // chain we are going to rematerialize.
2013 static unsigned
2014 chainToBasePointerCost(SmallVectorImpl<Instruction*> &Chain,
2015                        TargetTransformInfo &TTI) {
2016   unsigned Cost = 0;
2017
2018   for (Instruction *Instr : Chain) {
2019     if (CastInst *CI = dyn_cast<CastInst>(Instr)) {
2020       assert(CI->isNoopCast(CI->getModule()->getDataLayout()) &&
2021              "non noop cast is found during rematerialization");
2022
2023       Type *SrcTy = CI->getOperand(0)->getType();
2024       Cost += TTI.getCastInstrCost(CI->getOpcode(), CI->getType(), SrcTy);
2025
2026     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Instr)) {
2027       // Cost of the address calculation
2028       Type *ValTy = GEP->getPointerOperandType()->getPointerElementType();
2029       Cost += TTI.getAddressComputationCost(ValTy);
2030
2031       // And cost of the GEP itself
2032       // TODO: Use TTI->getGEPCost here (it exists, but appears to be not
2033       //       allowed for the external usage)
2034       if (!GEP->hasAllConstantIndices())
2035         Cost += 2;
2036
2037     } else {
2038       llvm_unreachable("unsupported instruciton type during rematerialization");
2039     }
2040   }
2041
2042   return Cost;
2043 }
2044
2045 // From the statepoint liveset pick values that are cheaper to recompute then to
2046 // relocate. Remove this values from the liveset, rematerialize them after
2047 // statepoint and record them in "Info" structure. Note that similar to
2048 // relocated values we don't do any user adjustments here.
2049 static void rematerializeLiveValues(CallSite CS,
2050                                     PartiallyConstructedSafepointRecord &Info,
2051                                     TargetTransformInfo &TTI) {
2052   const unsigned int ChainLengthThreshold = 10;
2053
2054   // Record values we are going to delete from this statepoint live set.
2055   // We can not di this in following loop due to iterator invalidation.
2056   SmallVector<Value *, 32> LiveValuesToBeDeleted;
2057
2058   for (Value *LiveValue: Info.liveset) {
2059     // For each live pointer find it's defining chain
2060     SmallVector<Instruction *, 3> ChainToBase;
2061     assert(Info.PointerToBase.count(LiveValue));
2062     bool FoundChain =
2063       findRematerializableChainToBasePointer(ChainToBase,
2064                                              LiveValue,
2065                                              Info.PointerToBase[LiveValue]);
2066     // Nothing to do, or chain is too long
2067     if (!FoundChain ||
2068         ChainToBase.size() == 0 ||
2069         ChainToBase.size() > ChainLengthThreshold)
2070       continue;
2071
2072     // Compute cost of this chain
2073     unsigned Cost = chainToBasePointerCost(ChainToBase, TTI);
2074     // TODO: We can also account for cases when we will be able to remove some
2075     //       of the rematerialized values by later optimization passes. I.e if
2076     //       we rematerialized several intersecting chains. Or if original values
2077     //       don't have any uses besides this statepoint.
2078
2079     // For invokes we need to rematerialize each chain twice - for normal and
2080     // for unwind basic blocks. Model this by multiplying cost by two.
2081     if (CS.isInvoke()) {
2082       Cost *= 2;
2083     }
2084     // If it's too expensive - skip it
2085     if (Cost >= RematerializationThreshold)
2086       continue;
2087
2088     // Remove value from the live set
2089     LiveValuesToBeDeleted.push_back(LiveValue);
2090
2091     // Clone instructions and record them inside "Info" structure
2092
2093     // Walk backwards to visit top-most instructions first
2094     std::reverse(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end());
2095
2096     // Utility function which clones all instructions from "ChainToBase"
2097     // and inserts them before "InsertBefore". Returns rematerialized value
2098     // which should be used after statepoint.
2099     auto rematerializeChain = [&ChainToBase](Instruction *InsertBefore) {
2100       Instruction *LastClonedValue = nullptr;
2101       Instruction *LastValue = nullptr;
2102       for (Instruction *Instr: ChainToBase) {
2103         // Only GEP's and casts are suported as we need to be careful to not
2104         // introduce any new uses of pointers not in the liveset.
2105         // Note that it's fine to introduce new uses of pointers which were
2106         // otherwise not used after this statepoint.
2107         assert(isa<GetElementPtrInst>(Instr) || isa<CastInst>(Instr));
2108
2109         Instruction *ClonedValue = Instr->clone();
2110         ClonedValue->insertBefore(InsertBefore);
2111         ClonedValue->setName(Instr->getName() + ".remat");
2112
2113         // If it is not first instruction in the chain then it uses previously
2114         // cloned value. We should update it to use cloned value.
2115         if (LastClonedValue) {
2116           assert(LastValue);
2117           ClonedValue->replaceUsesOfWith(LastValue, LastClonedValue);
2118 #ifndef NDEBUG
2119           // Assert that cloned instruction does not use any instructions from
2120           // this chain other than LastClonedValue
2121           for (auto OpValue : ClonedValue->operand_values()) {
2122             assert(std::find(ChainToBase.begin(), ChainToBase.end(), OpValue) ==
2123                        ChainToBase.end() &&
2124                    "incorrect use in rematerialization chain");
2125           }
2126 #endif
2127         }
2128
2129         LastClonedValue = ClonedValue;
2130         LastValue = Instr;
2131       }
2132       assert(LastClonedValue);
2133       return LastClonedValue;
2134     };
2135
2136     // Different cases for calls and invokes. For invokes we need to clone
2137     // instructions both on normal and unwind path.
2138     if (CS.isCall()) {
2139       Instruction *InsertBefore = CS.getInstruction()->getNextNode();
2140       assert(InsertBefore);
2141       Instruction *RematerializedValue = rematerializeChain(InsertBefore);
2142       Info.RematerializedValues[RematerializedValue] = LiveValue;
2143     } else {
2144       InvokeInst *Invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2145
2146       Instruction *NormalInsertBefore =
2147           Invoke->getNormalDest()->getFirstInsertionPt();
2148       Instruction *UnwindInsertBefore =
2149           Invoke->getUnwindDest()->getFirstInsertionPt();
2150
2151       Instruction *NormalRematerializedValue =
2152           rematerializeChain(NormalInsertBefore);
2153       Instruction *UnwindRematerializedValue =
2154           rematerializeChain(UnwindInsertBefore);
2155
2156       Info.RematerializedValues[NormalRematerializedValue] = LiveValue;
2157       Info.RematerializedValues[UnwindRematerializedValue] = LiveValue;
2158     }
2159   }
2160
2161   // Remove rematerializaed values from the live set
2162   for (auto LiveValue: LiveValuesToBeDeleted) {
2163     Info.liveset.erase(LiveValue);
2164   }
2165 }
2166
2167 static bool insertParsePoints(Function &F, DominatorTree &DT, Pass *P,
2168                               SmallVectorImpl<CallSite> &toUpdate) {
2169 #ifndef NDEBUG
2170   // sanity check the input
2171   std::set<CallSite> uniqued;
2172   uniqued.insert(toUpdate.begin(), toUpdate.end());
2173   assert(uniqued.size() == toUpdate.size() && "no duplicates please!");
2174
2175   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2176     CallSite &CS = toUpdate[i];
2177     assert(CS.getInstruction()->getParent()->getParent() == &F);
2178     assert(isStatepoint(CS) && "expected to already be a deopt statepoint");
2179   }
2180 #endif
2181
2182   // When inserting gc.relocates for invokes, we need to be able to insert at
2183   // the top of the successor blocks.  See the comment on
2184   // normalForInvokeSafepoint on exactly what is needed.  Note that this step
2185   // may restructure the CFG.
2186   for (CallSite CS : toUpdate) {
2187     if (!CS.isInvoke())
2188       continue;
2189     InvokeInst *invoke = cast<InvokeInst>(CS.getInstruction());
2190     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getNormalDest(), invoke->getParent(),
2191                                 DT);
2192     normalizeForInvokeSafepoint(invoke->getUnwindDest(), invoke->getParent(),
2193                                 DT);
2194   }
2195
2196   // A list of dummy calls added to the IR to keep various values obviously
2197   // live in the IR.  We'll remove all of these when done.
2198   SmallVector<CallInst *, 64> holders;
2199
2200   // Insert a dummy call with all of the arguments to the vm_state we'll need
2201   // for the actual safepoint insertion.  This ensures reference arguments in
2202   // the deopt argument list are considered live through the safepoint (and
2203   // thus makes sure they get relocated.)
2204   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2205     CallSite &CS = toUpdate[i];
2206     Statepoint StatepointCS(CS);
2207
2208     SmallVector<Value *, 64> DeoptValues;
2209     for (Use &U : StatepointCS.vm_state_args()) {
2210       Value *Arg = cast<Value>(&U);
2211       assert(!isUnhandledGCPointerType(Arg->getType()) &&
2212              "support for FCA unimplemented");
2213       if (isHandledGCPointerType(Arg->getType()))
2214         DeoptValues.push_back(Arg);
2215     }
2216     insertUseHolderAfter(CS, DeoptValues, holders);
2217   }
2218
2219   SmallVector<struct PartiallyConstructedSafepointRecord, 64> records;
2220   records.reserve(toUpdate.size());
2221   for (size_t i = 0; i < toUpdate.size(); i++) {
2222     struct PartiallyConstructedSafepointRecord info;
2223     records.push_back(info);
2224   }
2225   assert(records.size() == toUpdate.size());
2226
2227   // A) Identify all gc pointers which are statically live at the given call
2228   // site.
2229   findLiveReferences(F, DT, P, toUpdate, records);
2230
2231   // B) Find the base pointers for each live pointer
2232   /* scope for caching */ {
2233     // Cache the 'defining value' relation used in the computation and
2234     // insertion of base phis and selects.  This ensures that we don't insert
2235     // large numbers of duplicate base_phis.
2236     DefiningValueMapTy DVCache;
2237
2238     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2239       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2240       CallSite &CS = toUpdate[i];
2241       findBasePointers(DT, DVCache, CS, info);
2242     }
2243   } // end of cache scope
2244
2245   // The base phi insertion logic (for any safepoint) may have inserted new
2246   // instructions which are now live at some safepoint.  The simplest such
2247   // example is:
2248   // loop:
2249   //   phi a  <-- will be a new base_phi here
2250   //   safepoint 1 <-- that needs to be live here
2251   //   gep a + 1
2252   //   safepoint 2
2253   //   br loop
2254   // We insert some dummy calls after each safepoint to definitely hold live
2255   // the base pointers which were identified for that safepoint.  We'll then
2256   // ask liveness for _every_ base inserted to see what is now live.  Then we
2257   // remove the dummy calls.
2258   holders.reserve(holders.size() + records.size());
2259   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2260     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2261     CallSite &CS = toUpdate[i];
2262
2263     SmallVector<Value *, 128> Bases;
2264     for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2265       Bases.push_back(Pair.second);
2266     }
2267     insertUseHolderAfter(CS, Bases, holders);
2268   }
2269
2270   // By selecting base pointers, we've effectively inserted new uses. Thus, we
2271   // need to rerun liveness.  We may *also* have inserted new defs, but that's
2272   // not the key issue.
2273   recomputeLiveInValues(F, DT, P, toUpdate, records);
2274
2275   if (PrintBasePointers) {
2276     for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2277       struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2278       errs() << "Base Pairs: (w/Relocation)\n";
2279       for (auto Pair : info.PointerToBase) {
2280         errs() << " derived %" << Pair.first->getName() << " base %"
2281                << Pair.second->getName() << "\n";
2282       }
2283     }
2284   }
2285   for (size_t i = 0; i < holders.size(); i++) {
2286     holders[i]->eraseFromParent();
2287     holders[i] = nullptr;
2288   }
2289   holders.clear();
2290
2291   // Do a limited scalarization of any live at safepoint vector values which
2292   // contain pointers.  This enables this pass to run after vectorization at
2293   // the cost of some possible performance loss.  TODO: it would be nice to
2294   // natively support vectors all the way through the backend so we don't need
2295   // to scalarize here.
2296   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2297     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2298     Instruction *statepoint = toUpdate[i].getInstruction();
2299     splitVectorValues(cast<Instruction>(statepoint), info.liveset,
2300                       info.PointerToBase, DT);
2301   }
2302
2303   // In order to reduce live set of statepoint we might choose to rematerialize
2304   // some values instead of relocating them. This is purely an optimization and
2305   // does not influence correctness.
2306   TargetTransformInfo &TTI =
2307     P->getAnalysis<TargetTransformInfoWrapperPass>().getTTI(F);
2308
2309   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2310     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2311     CallSite &CS = toUpdate[i];
2312
2313     rematerializeLiveValues(CS, info, TTI);
2314   }
2315
2316   // Now run through and replace the existing statepoints with new ones with
2317   // the live variables listed.  We do not yet update uses of the values being
2318   // relocated. We have references to live variables that need to
2319   // survive to the last iteration of this loop.  (By construction, the
2320   // previous statepoint can not be a live variable, thus we can and remove
2321   // the old statepoint calls as we go.)
2322   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2323     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2324     CallSite &CS = toUpdate[i];
2325     makeStatepointExplicit(DT, CS, P, info);
2326   }
2327   toUpdate.clear(); // prevent accident use of invalid CallSites
2328
2329   // Do all the fixups of the original live variables to their relocated selves
2330   SmallVector<Value *, 128> live;
2331   for (size_t i = 0; i < records.size(); i++) {
2332     struct PartiallyConstructedSafepointRecord &info = records[i];
2333     // We can't simply save the live set from the original insertion.  One of
2334     // the live values might be the result of a call which needs a safepoint.
2335     // That Value* no longer exists and we need to use the new gc_result.
2336     // Thankfully, the liveset is embedded in the statepoint (and updated), so
2337     // we just grab that.
2338     Statepoint statepoint(info.StatepointToken);
2339     live.insert(live.end(), statepoint.gc_args_begin(),
2340                 statepoint.gc_args_end());
2341 #ifndef NDEBUG
2342     // Do some basic sanity checks on our liveness results before performing
2343     // relocation.  Relocation can and will turn mistakes in liveness results
2344     // into non-sensical code which is must harder to debug.
2345     // TODO: It would be nice to test consistency as well
2346     assert(DT.isReachableFromEntry(info.StatepointToken->getParent()) &&
2347            "statepoint must be reachable or liveness is meaningless");
2348     for (Value *V : statepoint.gc_args()) {
2349       if (!isa<Instruction>(V))
2350         // Non-instruction values trivial dominate all possible uses
2351         continue;
2352       auto LiveInst = cast<Instruction>(V);
2353       assert(DT.isReachableFromEntry(LiveInst->getParent()) &&
2354              "unreachable values should never be live");
2355       assert(DT.dominates(LiveInst, info.StatepointToken) &&
2356              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2357     }
2358 #endif
2359   }
2360   unique_unsorted(live);
2361
2362 #ifndef NDEBUG
2363   // sanity check
2364   for (auto ptr : live) {
2365     assert(isGCPointerType(ptr->getType()) && "must be a gc pointer type");
2366   }
2367 #endif
2368
2369   relocationViaAlloca(F, DT, live, records);
2370   return !records.empty();
2371 }
2372
2373 // Handles both return values and arguments for Functions and CallSites.
2374 template <typename AttrHolder>
2375 static void RemoveDerefAttrAtIndex(LLVMContext &Ctx, AttrHolder &AH,
2376                                    unsigned Index) {
2377   AttrBuilder R;
2378   if (AH.getDereferenceableBytes(Index))
2379     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::Dereferenceable,
2380                                   AH.getDereferenceableBytes(Index)));
2381   if (AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index))
2382     R.addAttribute(Attribute::get(Ctx, Attribute::DereferenceableOrNull,
2383                                   AH.getDereferenceableOrNullBytes(Index)));
2384
2385   if (!R.empty())
2386     AH.setAttributes(AH.getAttributes().removeAttributes(
2387         Ctx, Index, AttributeSet::get(Ctx, Index, R)));
2388 }
2389
2390 void
2391 RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(Function &F) {
2392   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2393
2394   for (Argument &A : F.args())
2395     if (isa<PointerType>(A.getType()))
2396       RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, A.getArgNo() + 1);
2397
2398   if (isa<PointerType>(F.getReturnType()))
2399     RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, F, AttributeSet::ReturnIndex);
2400 }
2401
2402 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfoFromBody(Function &F) {
2403   if (F.empty())
2404     return;
2405
2406   LLVMContext &Ctx = F.getContext();
2407   MDBuilder Builder(Ctx);
2408
2409   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2410     if (const MDNode *MD = I.getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)) {
2411       assert(MD->getNumOperands() < 5 && "unrecognized metadata shape!");
2412       bool IsImmutableTBAA =
2413           MD->getNumOperands() == 4 &&
2414           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(3))->getValue() == 1;
2415
2416       if (!IsImmutableTBAA)
2417         continue; // no work to do, MD_tbaa is already marked mutable
2418
2419       MDNode *Base = cast<MDNode>(MD->getOperand(0));
2420       MDNode *Access = cast<MDNode>(MD->getOperand(1));
2421       uint64_t Offset =
2422           mdconst::extract<ConstantInt>(MD->getOperand(2))->getZExtValue();
2423
2424       MDNode *MutableTBAA =
2425           Builder.createTBAAStructTagNode(Base, Access, Offset);
2426       I.setMetadata(LLVMContext::MD_tbaa, MutableTBAA);
2427     }
2428
2429     if (CallSite CS = CallSite(&I)) {
2430       for (int i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; i++)
2431         if (isa<PointerType>(CS.getArgument(i)->getType()))
2432           RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, i + 1);
2433       if (isa<PointerType>(CS.getType()))
2434         RemoveDerefAttrAtIndex(Ctx, CS, AttributeSet::ReturnIndex);
2435     }
2436   }
2437 }
2438
2439 /// Returns true if this function should be rewritten by this pass.  The main
2440 /// point of this function is as an extension point for custom logic.
2441 static bool shouldRewriteStatepointsIn(Function &F) {
2442   // TODO: This should check the GCStrategy
2443   if (F.hasGC()) {
2444     const char *FunctionGCName = F.getGC();
2445     const StringRef StatepointExampleName("statepoint-example");
2446     const StringRef CoreCLRName("coreclr");
2447     return (StatepointExampleName == FunctionGCName) ||
2448            (CoreCLRName == FunctionGCName);
2449   } else
2450     return false;
2451 }
2452
2453 void RewriteStatepointsForGC::stripDereferenceabilityInfo(Module &M) {
2454 #ifndef NDEBUG
2455   assert(std::any_of(M.begin(), M.end(), shouldRewriteStatepointsIn) &&
2456          "precondition!");
2457 #endif
2458
2459   for (Function &F : M)
2460     stripDereferenceabilityInfoFromPrototype(F);
2461
2462   for (Function &F : M)
2463     stripDereferenceabilityInfoFromBody(F);
2464 }
2465
2466 bool RewriteStatepointsForGC::runOnFunction(Function &F) {
2467   // Nothing to do for declarations.
2468   if (F.isDeclaration() || F.empty())
2469     return false;
2470
2471   // Policy choice says not to rewrite - the most common reason is that we're
2472   // compiling code without a GCStrategy.
2473   if (!shouldRewriteStatepointsIn(F))
2474     return false;
2475
2476   DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>(F).getDomTree();
2477
2478   // Gather all the statepoints which need rewritten.  Be careful to only
2479   // consider those in reachable code since we need to ask dominance queries
2480   // when rewriting.  We'll delete the unreachable ones in a moment.
2481   SmallVector<CallSite, 64> ParsePointNeeded;
2482   bool HasUnreachableStatepoint = false;
2483   for (Instruction &I : instructions(F)) {
2484     // TODO: only the ones with the flag set!
2485     if (isStatepoint(I)) {
2486       if (DT.isReachableFromEntry(I.getParent()))
2487         ParsePointNeeded.push_back(CallSite(&I));
2488       else
2489         HasUnreachableStatepoint = true;
2490     }
2491   }
2492
2493   bool MadeChange = false;
2494
2495   // Delete any unreachable statepoints so that we don't have unrewritten
2496   // statepoints surviving this pass.  This makes testing easier and the
2497   // resulting IR less confusing to human readers.  Rather than be fancy, we
2498   // just reuse a utility function which removes the unreachable blocks.
2499   if (HasUnreachableStatepoint)
2500     MadeChange |= removeUnreachableBlocks(F);
2501
2502   // Return early if no work to do.
2503   if (ParsePointNeeded.empty())
2504     return MadeChange;
2505
2506   // As a prepass, go ahead and aggressively destroy single entry phi nodes.
2507   // These are created by LCSSA.  They have the effect of increasing the size
2508   // of liveness sets for no good reason.  It may be harder to do this post
2509   // insertion since relocations and base phis can confuse things.
2510   for (BasicBlock &BB : F)
2511     if (BB.getUniquePredecessor()) {
2512       MadeChange = true;
2513       FoldSingleEntryPHINodes(&BB);
2514     }
2515
2516   // Before we start introducing relocations, we want to tweak the IR a bit to
2517   // avoid unfortunate code generation effects.  The main example is that we 
2518   // want to try to make sure the comparison feeding a branch is after any
2519   // safepoints.  Otherwise, we end up with a comparison of pre-relocation
2520   // values feeding a branch after relocation.  This is semantically correct,
2521   // but results in extra register pressure since both the pre-relocation and
2522   // post-relocation copies must be available in registers.  For code without
2523   // relocations this is handled elsewhere, but teaching the scheduler to
2524   // reverse the transform we're about to do would be slightly complex.
2525   // Note: This may extend the live range of the inputs to the icmp and thus
2526   // increase the liveset of any statepoint we move over.  This is profitable
2527   // as long as all statepoints are in rare blocks.  If we had in-register
2528   // lowering for live values this would be a much safer transform.
2529   auto getConditionInst = [](TerminatorInst *TI) -> Instruction* {
2530     if (auto *BI = dyn_cast<BranchInst>(TI))
2531       if (BI->isConditional())
2532         return dyn_cast<Instruction>(BI->getCondition());
2533     // TODO: Extend this to handle switches
2534     return nullptr;
2535   };
2536   for (BasicBlock &BB : F) {
2537     TerminatorInst *TI = BB.getTerminator();
2538     if (auto *Cond = getConditionInst(TI))
2539       // TODO: Handle more than just ICmps here.  We should be able to move
2540       // most instructions without side effects or memory access.  
2541       if (isa<ICmpInst>(Cond) && Cond->hasOneUse()) {
2542         MadeChange = true;
2543         Cond->moveBefore(TI);
2544       }
2545   }
2546
2547   MadeChange |= insertParsePoints(F, DT, this, ParsePointNeeded);
2548   return MadeChange;
2549 }
2550
2551 // liveness computation via standard dataflow
2552 // -------------------------------------------------------------------
2553
2554 // TODO: Consider using bitvectors for liveness, the set of potentially
2555 // interesting values should be small and easy to pre-compute.
2556
2557 /// Compute the live-in set for the location rbegin starting from
2558 /// the live-out set of the basic block
2559 static void computeLiveInValues(BasicBlock::reverse_iterator rbegin,
2560                                 BasicBlock::reverse_iterator rend,
2561                                 DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2562
2563   for (BasicBlock::reverse_iterator ritr = rbegin; ritr != rend; ritr++) {
2564     Instruction *I = &*ritr;
2565
2566     // KILL/Def - Remove this definition from LiveIn
2567     LiveTmp.erase(I);
2568
2569     // Don't consider *uses* in PHI nodes, we handle their contribution to
2570     // predecessor blocks when we seed the LiveOut sets
2571     if (isa<PHINode>(I))
2572       continue;
2573
2574     // USE - Add to the LiveIn set for this instruction
2575     for (Value *V : I->operands()) {
2576       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2577              "support for FCA unimplemented");
2578       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2579         // The choice to exclude all things constant here is slightly subtle.
2580         // There are two independent reasons:
2581         // - We assume that things which are constant (from LLVM's definition)
2582         // do not move at runtime.  For example, the address of a global
2583         // variable is fixed, even though it's contents may not be.
2584         // - Second, we can't disallow arbitrary inttoptr constants even
2585         // if the language frontend does.  Optimization passes are free to
2586         // locally exploit facts without respect to global reachability.  This
2587         // can create sections of code which are dynamically unreachable and
2588         // contain just about anything.  (see constants.ll in tests)
2589         LiveTmp.insert(V);
2590       }
2591     }
2592   }
2593 }
2594
2595 static void computeLiveOutSeed(BasicBlock *BB, DenseSet<Value *> &LiveTmp) {
2596
2597   for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2598     const BasicBlock::iterator E(Succ->getFirstNonPHI());
2599     for (BasicBlock::iterator I = Succ->begin(); I != E; I++) {
2600       PHINode *Phi = cast<PHINode>(&*I);
2601       Value *V = Phi->getIncomingValueForBlock(BB);
2602       assert(!isUnhandledGCPointerType(V->getType()) &&
2603              "support for FCA unimplemented");
2604       if (isHandledGCPointerType(V->getType()) && !isa<Constant>(V)) {
2605         LiveTmp.insert(V);
2606       }
2607     }
2608   }
2609 }
2610
2611 static DenseSet<Value *> computeKillSet(BasicBlock *BB) {
2612   DenseSet<Value *> KillSet;
2613   for (Instruction &I : *BB)
2614     if (isHandledGCPointerType(I.getType()))
2615       KillSet.insert(&I);
2616   return KillSet;
2617 }
2618
2619 #ifndef NDEBUG
2620 /// Check that the items in 'Live' dominate 'TI'.  This is used as a basic
2621 /// sanity check for the liveness computation.
2622 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, DenseSet<Value *> &Live,
2623                           TerminatorInst *TI, bool TermOkay = false) {
2624   for (Value *V : Live) {
2625     if (auto *I = dyn_cast<Instruction>(V)) {
2626       // The terminator can be a member of the LiveOut set.  LLVM's definition
2627       // of instruction dominance states that V does not dominate itself.  As
2628       // such, we need to special case this to allow it.
2629       if (TermOkay && TI == I)
2630         continue;
2631       assert(DT.dominates(I, TI) &&
2632              "basic SSA liveness expectation violated by liveness analysis");
2633     }
2634   }
2635 }
2636
2637 /// Check that all the liveness sets used during the computation of liveness
2638 /// obey basic SSA properties.  This is useful for finding cases where we miss
2639 /// a def.
2640 static void checkBasicSSA(DominatorTree &DT, GCPtrLivenessData &Data,
2641                           BasicBlock &BB) {
2642   checkBasicSSA(DT, Data.LiveSet[&BB], BB.getTerminator());
2643   checkBasicSSA(DT, Data.LiveOut[&BB], BB.getTerminator(), true);
2644   checkBasicSSA(DT, Data.LiveIn[&BB], BB.getTerminator());
2645 }
2646 #endif
2647
2648 static void computeLiveInValues(DominatorTree &DT, Function &F,
2649                                 GCPtrLivenessData &Data) {
2650
2651   SmallSetVector<BasicBlock *, 200> Worklist;
2652   auto AddPredsToWorklist = [&](BasicBlock *BB) {
2653     // We use a SetVector so that we don't have duplicates in the worklist.
2654     Worklist.insert(pred_begin(BB), pred_end(BB));
2655   };
2656   auto NextItem = [&]() {
2657     BasicBlock *BB = Worklist.back();
2658     Worklist.pop_back();
2659     return BB;
2660   };
2661
2662   // Seed the liveness for each individual block
2663   for (BasicBlock &BB : F) {
2664     Data.KillSet[&BB] = computeKillSet(&BB);
2665     Data.LiveSet[&BB].clear();
2666     computeLiveInValues(BB.rbegin(), BB.rend(), Data.LiveSet[&BB]);
2667
2668 #ifndef NDEBUG
2669     for (Value *Kill : Data.KillSet[&BB])
2670       assert(!Data.LiveSet[&BB].count(Kill) && "live set contains kill");
2671 #endif
2672
2673     Data.LiveOut[&BB] = DenseSet<Value *>();
2674     computeLiveOutSeed(&BB, Data.LiveOut[&BB]);
2675     Data.LiveIn[&BB] = Data.LiveSet[&BB];
2676     set_union(Data.LiveIn[&BB], Data.LiveOut[&BB]);
2677     set_subtract(Data.LiveIn[&BB], Data.KillSet[&BB]);
2678     if (!Data.LiveIn[&BB].empty())
2679       AddPredsToWorklist(&BB);
2680   }
2681
2682   // Propagate that liveness until stable
2683   while (!Worklist.empty()) {
2684     BasicBlock *BB = NextItem();
2685
2686     // Compute our new liveout set, then exit early if it hasn't changed
2687     // despite the contribution of our successor.
2688     DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2689     const auto OldLiveOutSize = LiveOut.size();
2690     for (BasicBlock *Succ : successors(BB)) {
2691       assert(Data.LiveIn.count(Succ));
2692       set_union(LiveOut, Data.LiveIn[Succ]);
2693     }
2694     // assert OutLiveOut is a subset of LiveOut
2695     if (OldLiveOutSize == LiveOut.size()) {
2696       // If the sets are the same size, then we didn't actually add anything
2697       // when unioning our successors LiveIn  Thus, the LiveIn of this block
2698       // hasn't changed.
2699       continue;
2700     }
2701     Data.LiveOut[BB] = LiveOut;
2702
2703     // Apply the effects of this basic block
2704     DenseSet<Value *> LiveTmp = LiveOut;
2705     set_union(LiveTmp, Data.LiveSet[BB]);
2706     set_subtract(LiveTmp, Data.KillSet[BB]);
2707
2708     assert(Data.LiveIn.count(BB));
2709     const DenseSet<Value *> &OldLiveIn = Data.LiveIn[BB];
2710     // assert: OldLiveIn is a subset of LiveTmp
2711     if (OldLiveIn.size() != LiveTmp.size()) {
2712       Data.LiveIn[BB] = LiveTmp;
2713       AddPredsToWorklist(BB);
2714     }
2715   } // while( !worklist.empty() )
2716
2717 #ifndef NDEBUG
2718   // Sanity check our output against SSA properties.  This helps catch any
2719   // missing kills during the above iteration.
2720   for (BasicBlock &BB : F) {
2721     checkBasicSSA(DT, Data, BB);
2722   }
2723 #endif
2724 }
2725
2726 static void findLiveSetAtInst(Instruction *Inst, GCPtrLivenessData &Data,
2727                               StatepointLiveSetTy &Out) {
2728
2729   BasicBlock *BB = Inst->getParent();
2730
2731   // Note: The copy is intentional and required
2732   assert(Data.LiveOut.count(BB));
2733   DenseSet<Value *> LiveOut = Data.LiveOut[BB];
2734
2735   // We want to handle the statepoint itself oddly.  It's
2736   // call result is not live (normal), nor are it's arguments
2737   // (unless they're used again later).  This adjustment is
2738   // specifically what we need to relocate
2739   BasicBlock::reverse_iterator rend(Inst);
2740   computeLiveInValues(BB->rbegin(), rend, LiveOut);
2741   LiveOut.erase(Inst);
2742   Out.insert(LiveOut.begin(), LiveOut.end());
2743 }
2744
2745 static void recomputeLiveInValues(GCPtrLivenessData &RevisedLivenessData,
2746                                   const CallSite &CS,
2747                                   PartiallyConstructedSafepointRecord &Info) {
2748   Instruction *Inst = CS.getInstruction();
2749   StatepointLiveSetTy Updated;
2750   findLiveSetAtInst(Inst, RevisedLivenessData, Updated);
2751
2752 #ifndef NDEBUG
2753   DenseSet<Value *> Bases;
2754   for (auto KVPair : Info.PointerToBase) {
2755     Bases.insert(KVPair.second);
2756   }
2757 #endif
2758   // We may have base pointers which are now live that weren't before.  We need
2759   // to update the PointerToBase structure to reflect this.
2760   for (auto V : Updated)
2761     if (!Info.PointerToBase.count(V)) {
2762       assert(Bases.count(V) && "can't find base for unexpected live value");
2763       Info.PointerToBase[V] = V;
2764       continue;
2765     }
2766
2767 #ifndef NDEBUG
2768   for (auto V : Updated) {
2769     assert(Info.PointerToBase.count(V) &&
2770            "must be able to find base for live value");
2771   }
2772 #endif
2773
2774   // Remove any stale base mappings - this can happen since our liveness is
2775   // more precise then the one inherent in the base pointer analysis
2776   DenseSet<Value *> ToErase;
2777   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2778     if (!Updated.count(KVPair.first))
2779       ToErase.insert(KVPair.first);
2780   for (auto V : ToErase)
2781     Info.PointerToBase.erase(V);
2782
2783 #ifndef NDEBUG
2784   for (auto KVPair : Info.PointerToBase)
2785     assert(Updated.count(KVPair.first) && "record for non-live value");
2786 #endif
2787
2788   Info.liveset = Updated;
2789 }