OSDN Git Service

[X86][SSE] Support v8i16/v16i16 rotations
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Analysis / BasicAliasAnalysis.cpp
1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the primary stateless implementation of the
11 // Alias Analysis interface that implements identities (two different
12 // globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
17 #include "llvm/ADT/APInt.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
22 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
23 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
24 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
25 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
28 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
31 #include "llvm/IR/Argument.h"
32 #include "llvm/IR/Attributes.h"
33 #include "llvm/IR/CallSite.h"
34 #include "llvm/IR/Constant.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
37 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/IR/Dominators.h"
39 #include "llvm/IR/Function.h"
40 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
41 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
42 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
43 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
44 #include "llvm/IR/Instruction.h"
45 #include "llvm/IR/Instructions.h"
46 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
47 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
48 #include "llvm/IR/Metadata.h"
49 #include "llvm/IR/Operator.h"
50 #include "llvm/IR/Type.h"
51 #include "llvm/IR/User.h"
52 #include "llvm/IR/Value.h"
53 #include "llvm/Pass.h"
54 #include "llvm/Support/Casting.h"
55 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
56 #include "llvm/Support/Compiler.h"
57 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
58 #include <cassert>
59 #include <cstdint>
60 #include <cstdlib>
61 #include <utility>
62
63 #define DEBUG_TYPE "basicaa"
64
65 using namespace llvm;
66
67 /// Enable analysis of recursive PHI nodes.
68 static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi", cl::Hidden,
69                                           cl::init(false));
70 /// SearchLimitReached / SearchTimes shows how often the limit of
71 /// to decompose GEPs is reached. It will affect the precision
72 /// of basic alias analysis.
73 STATISTIC(SearchLimitReached, "Number of times the limit to "
74                               "decompose GEPs is reached");
75 STATISTIC(SearchTimes, "Number of times a GEP is decomposed");
76
77 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
78 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes, we need to be
79 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
80 /// cannot be involved in a cycle.
81 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
82
83 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
84 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
85 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
86 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
87
88 bool BasicAAResult::invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
89                                FunctionAnalysisManager::Invalidator &Inv) {
90   // We don't care if this analysis itself is preserved, it has no state. But
91   // we need to check that the analyses it depends on have been. Note that we
92   // may be created without handles to some analyses and in that case don't
93   // depend on them.
94   if (Inv.invalidate<AssumptionAnalysis>(F, PA) ||
95       (DT && Inv.invalidate<DominatorTreeAnalysis>(F, PA)) ||
96       (LI && Inv.invalidate<LoopAnalysis>(F, PA)))
97     return true;
98
99   // Otherwise this analysis result remains valid.
100   return false;
101 }
102
103 //===----------------------------------------------------------------------===//
104 // Useful predicates
105 //===----------------------------------------------------------------------===//
106
107 /// Returns true if the pointer is to a function-local object that never
108 /// escapes from the function.
109 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
110   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
111   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
112     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
113     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
114     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
115     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
116     // more precise.
117     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
118
119   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
120   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
121   // inside the function.
122   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
123     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
124       // Note even if the argument is marked nocapture, we still need to check
125       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
126       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
127       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
128
129   return false;
130 }
131
132 /// Returns true if the pointer is one which would have been considered an
133 /// escape by isNonEscapingLocalObject.
134 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
135   if (ImmutableCallSite(V))
136     return true;
137
138   if (isa<Argument>(V))
139     return true;
140
141   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
142   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
143   // to PointerMayBeCaptured).
144   if (isa<LoadInst>(V))
145     return true;
146
147   return false;
148 }
149
150 /// Returns the size of the object specified by V or UnknownSize if unknown.
151 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
152                               const TargetLibraryInfo &TLI,
153                               bool RoundToAlign = false) {
154   uint64_t Size;
155   ObjectSizeOpts Opts;
156   Opts.RoundToAlign = RoundToAlign;
157   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, Opts))
158     return Size;
159   return MemoryLocation::UnknownSize;
160 }
161
162 /// Returns true if we can prove that the object specified by V is smaller than
163 /// Size.
164 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
165                                 const DataLayout &DL,
166                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
167   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
168   // following contexts:
169   //    c1: llvm::getObjectSize()
170   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
171   //    c3: isObjectSmallerThan()
172   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
173   // refers to the "entire object".
174   //
175   //  Consider this example:
176   //     char *p = (char*)malloc(100)
177   //     char *q = p+80;
178   //
179   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
180   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
181   //
182   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
183   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
184   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
185   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
186   // entire object, we should:
187   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
188   //      question (in this case rewind to p), or
189   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
190   //      to the base address the object.
191   //
192   // We go for 2nd option for simplicity.
193   if (!isIdentifiedObject(V))
194     return false;
195
196   // This function needs to use the aligned object size because we allow
197   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
198   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/ true);
199
200   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
201 }
202
203 /// Returns true if we can prove that the object specified by V has size Size.
204 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size, const DataLayout &DL,
205                          const TargetLibraryInfo &TLI) {
206   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
207   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
208 }
209
210 //===----------------------------------------------------------------------===//
211 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
212 //===----------------------------------------------------------------------===//
213
214 /// Analyzes the specified value as a linear expression: "A*V + B", where A and
215 /// B are constant integers.
216 ///
217 /// Returns the scale and offset values as APInts and return V as a Value*, and
218 /// return whether we looked through any sign or zero extends.  The incoming
219 /// Value is known to have IntegerType, and it may already be sign or zero
220 /// extended.
221 ///
222 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
223 /// represented in the result.
224 /*static*/ const Value *BasicAAResult::GetLinearExpression(
225     const Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, unsigned &ZExtBits,
226     unsigned &SExtBits, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
227     AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT, bool &NSW, bool &NUW) {
228   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
229
230   // Limit our recursion depth.
231   if (Depth == 6) {
232     Scale = 1;
233     Offset = 0;
234     return V;
235   }
236
237   if (const ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
238     // If it's a constant, just convert it to an offset and remove the variable.
239     // If we've been called recursively, the Offset bit width will be greater
240     // than the constant's (the Offset's always as wide as the outermost call),
241     // so we'll zext here and process any extension in the isa<SExtInst> &
242     // isa<ZExtInst> cases below.
243     Offset += Const->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
244     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
245     return V;
246   }
247
248   if (const BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
249     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
250       // If we've been called recursively, then Offset and Scale will be wider
251       // than the BOp operands. We'll always zext it here as we'll process sign
252       // extensions below (see the isa<SExtInst> / isa<ZExtInst> cases).
253       APInt RHS = RHSC->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
254
255       switch (BOp->getOpcode()) {
256       default:
257         // We don't understand this instruction, so we can't decompose it any
258         // further.
259         Scale = 1;
260         Offset = 0;
261         return V;
262       case Instruction::Or:
263         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
264         // analyze it.
265         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
266                                BOp, DT)) {
267           Scale = 1;
268           Offset = 0;
269           return V;
270         }
271         LLVM_FALLTHROUGH;
272       case Instruction::Add:
273         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
274                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
275         Offset += RHS;
276         break;
277       case Instruction::Sub:
278         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
279                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
280         Offset -= RHS;
281         break;
282       case Instruction::Mul:
283         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
284                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
285         Offset *= RHS;
286         Scale *= RHS;
287         break;
288       case Instruction::Shl:
289         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
290                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
291
292         // We're trying to linearize an expression of the kind:
293         //   shl i8 -128, 36
294         // where the shift count exceeds the bitwidth of the type.
295         // We can't decompose this further (the expression would return
296         // a poison value).
297         if (Offset.getBitWidth() < RHS.getLimitedValue() ||
298             Scale.getBitWidth() < RHS.getLimitedValue()) {
299           Scale = 1;
300           Offset = 0;
301           return V;
302         }
303
304         Offset <<= RHS.getLimitedValue();
305         Scale <<= RHS.getLimitedValue();
306         // the semantics of nsw and nuw for left shifts don't match those of
307         // multiplications, so we won't propagate them.
308         NSW = NUW = false;
309         return V;
310       }
311
312       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(BOp)) {
313         NUW &= BOp->hasNoUnsignedWrap();
314         NSW &= BOp->hasNoSignedWrap();
315       }
316       return V;
317     }
318   }
319
320   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
321   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
322   // extensions have to be consistent though.
323   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V)) {
324     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
325     unsigned NewWidth = V->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
326     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
327     unsigned OldZExtBits = ZExtBits, OldSExtBits = SExtBits;
328     const Value *Result =
329         GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, ZExtBits, SExtBits, DL,
330                             Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
331
332     // zext(zext(%x)) == zext(%x), and similarly for sext; we'll handle this
333     // by just incrementing the number of bits we've extended by.
334     unsigned ExtendedBy = NewWidth - SmallWidth;
335
336     if (isa<SExtInst>(V) && ZExtBits == 0) {
337       // sext(sext(%x, a), b) == sext(%x, a + b)
338
339       if (NSW) {
340         // We haven't sign-wrapped, so it's valid to decompose sext(%x + c)
341         // into sext(%x) + sext(c). We'll sext the Offset ourselves:
342         unsigned OldWidth = Offset.getBitWidth();
343         Offset = Offset.trunc(SmallWidth).sext(NewWidth).zextOrSelf(OldWidth);
344       } else {
345         // We may have signed-wrapped, so don't decompose sext(%x + c) into
346         // sext(%x) + sext(c)
347         Scale = 1;
348         Offset = 0;
349         Result = CastOp;
350         ZExtBits = OldZExtBits;
351         SExtBits = OldSExtBits;
352       }
353       SExtBits += ExtendedBy;
354     } else {
355       // sext(zext(%x, a), b) = zext(zext(%x, a), b) = zext(%x, a + b)
356
357       if (!NUW) {
358         // We may have unsigned-wrapped, so don't decompose zext(%x + c) into
359         // zext(%x) + zext(c)
360         Scale = 1;
361         Offset = 0;
362         Result = CastOp;
363         ZExtBits = OldZExtBits;
364         SExtBits = OldSExtBits;
365       }
366       ZExtBits += ExtendedBy;
367     }
368
369     return Result;
370   }
371
372   Scale = 1;
373   Offset = 0;
374   return V;
375 }
376
377 /// To ensure a pointer offset fits in an integer of size PointerSize
378 /// (in bits) when that size is smaller than 64. This is an issue in
379 /// particular for 32b programs with negative indices that rely on two's
380 /// complement wrap-arounds for precise alias information.
381 static int64_t adjustToPointerSize(int64_t Offset, unsigned PointerSize) {
382   assert(PointerSize <= 64 && "Invalid PointerSize!");
383   unsigned ShiftBits = 64 - PointerSize;
384   return (int64_t)((uint64_t)Offset << ShiftBits) >> ShiftBits;
385 }
386
387 /// If V is a symbolic pointer expression, decompose it into a base pointer
388 /// with a constant offset and a number of scaled symbolic offsets.
389 ///
390 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale
391 /// in the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
392 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As
393 /// such, the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
394 ///
395 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
396 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
397 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
398 /// depth (MaxLookupSearchDepth). When DataLayout not is around, it just looks
399 /// through pointer casts.
400 bool BasicAAResult::DecomposeGEPExpression(const Value *V,
401        DecomposedGEP &Decomposed, const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC,
402        DominatorTree *DT) {
403   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
404   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
405   SearchTimes++;
406
407   Decomposed.StructOffset = 0;
408   Decomposed.OtherOffset = 0;
409   Decomposed.VarIndices.clear();
410   do {
411     // See if this is a bitcast or GEP.
412     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
413     if (!Op) {
414       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
415       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
416         if (!GA->isInterposable()) {
417           V = GA->getAliasee();
418           continue;
419         }
420       }
421       Decomposed.Base = V;
422       return false;
423     }
424
425     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
426         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
427       V = Op->getOperand(0);
428       continue;
429     }
430
431     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
432     if (!GEPOp) {
433       if (auto CS = ImmutableCallSite(V)) {
434         // Note: getArgumentAliasingToReturnedPointer keeps it in sync with
435         // CaptureTracking, which is needed for correctness.  This is because
436         // some intrinsics like launder.invariant.group returns pointers that
437         // are aliasing it's argument, which is known to CaptureTracking.
438         // If AliasAnalysis does not use the same information, it could assume
439         // that pointer returned from launder does not alias it's argument
440         // because launder could not return it if the pointer was not captured.
441         if (auto *RP = getArgumentAliasingToReturnedPointer(CS)) {
442           V = RP;
443           continue;
444         }
445       }
446
447       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
448       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
449       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
450         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
451         // (these are both now available in this function, but this should be
452         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
453         // provided also.
454         if (const Value *Simplified =
455                 SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
456           V = Simplified;
457           continue;
458         }
459
460       Decomposed.Base = V;
461       return false;
462     }
463
464     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
465     if (!GEPOp->getSourceElementType()->isSized()) {
466       Decomposed.Base = V;
467       return false;
468     }
469
470     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
471     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
472     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
473     unsigned PointerSize = DL.getPointerSizeInBits(AS);
474     // Assume all GEP operands are constants until proven otherwise.
475     bool GepHasConstantOffset = true;
476     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin() + 1, E = GEPOp->op_end();
477          I != E; ++I, ++GTI) {
478       const Value *Index = *I;
479       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
480       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
481         // For a struct, add the member offset.
482         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
483         if (FieldNo == 0)
484           continue;
485
486         Decomposed.StructOffset +=
487           DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
488         continue;
489       }
490
491       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
492       if (const ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
493         if (CIdx->isZero())
494           continue;
495         Decomposed.OtherOffset +=
496           DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) * CIdx->getSExtValue();
497         continue;
498       }
499
500       GepHasConstantOffset = false;
501
502       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
503       unsigned ZExtBits = 0, SExtBits = 0;
504
505       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
506       // sign extended to pointer size.
507       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
508       if (PointerSize > Width)
509         SExtBits += PointerSize - Width;
510
511       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
512       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
513       bool NSW = true, NUW = true;
514       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, ZExtBits,
515                                   SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
516
517       // All GEP math happens in the width of the pointer type,
518       // so we can truncate the value to 64-bits as we don't handle
519       // currently pointers larger than 64 bits and we would crash
520       // later. TODO: Make `Scale` an APInt to avoid this problem.
521       if (IndexScale.getBitWidth() > 64)
522         IndexScale = IndexScale.sextOrTrunc(64);
523
524       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
525       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
526       Decomposed.OtherOffset += IndexOffset.getSExtValue() * Scale;
527       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
528
529       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
530       // scale into it.  For example, we want to handle:
531       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
532       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
533       for (unsigned i = 0, e = Decomposed.VarIndices.size(); i != e; ++i) {
534         if (Decomposed.VarIndices[i].V == Index &&
535             Decomposed.VarIndices[i].ZExtBits == ZExtBits &&
536             Decomposed.VarIndices[i].SExtBits == SExtBits) {
537           Scale += Decomposed.VarIndices[i].Scale;
538           Decomposed.VarIndices.erase(Decomposed.VarIndices.begin() + i);
539           break;
540         }
541       }
542
543       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
544       // pointer size.
545       Scale = adjustToPointerSize(Scale, PointerSize);
546
547       if (Scale) {
548         VariableGEPIndex Entry = {Index, ZExtBits, SExtBits,
549                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
550         Decomposed.VarIndices.push_back(Entry);
551       }
552     }
553
554     // Take care of wrap-arounds
555     if (GepHasConstantOffset) {
556       Decomposed.StructOffset =
557           adjustToPointerSize(Decomposed.StructOffset, PointerSize);
558       Decomposed.OtherOffset =
559           adjustToPointerSize(Decomposed.OtherOffset, PointerSize);
560     }
561
562     // Analyze the base pointer next.
563     V = GEPOp->getOperand(0);
564   } while (--MaxLookup);
565
566   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
567   Decomposed.Base = V;
568   SearchLimitReached++;
569   return true;
570 }
571
572 /// Returns whether the given pointer value points to memory that is local to
573 /// the function, with global constants being considered local to all
574 /// functions.
575 bool BasicAAResult::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
576                                            bool OrLocal) {
577   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
578
579   unsigned MaxLookup = 8;
580   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
581   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
582   do {
583     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), DL);
584     if (!Visited.insert(V).second) {
585       Visited.clear();
586       return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
587     }
588
589     // An alloca instruction defines local memory.
590     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
591       continue;
592
593     // A global constant counts as local memory for our purposes.
594     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
595       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
596       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
597       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
598       if (!GV->isConstant()) {
599         Visited.clear();
600         return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
601       }
602       continue;
603     }
604
605     // If both select values point to local memory, then so does the select.
606     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
607       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
608       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
609       continue;
610     }
611
612     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
613     // the phi.
614     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
615       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
616       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
617         Visited.clear();
618         return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
619       }
620       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
621         Worklist.push_back(IncValue);
622       continue;
623     }
624
625     // Otherwise be conservative.
626     Visited.clear();
627     return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
628   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
629
630   Visited.clear();
631   return Worklist.empty();
632 }
633
634 /// Returns the behavior when calling the given call site.
635 FunctionModRefBehavior BasicAAResult::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
636   if (CS.doesNotAccessMemory())
637     // Can't do better than this.
638     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
639
640   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
641
642   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
643   // than that.
644   if (CS.onlyReadsMemory())
645     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
646   else if (CS.doesNotReadMemory())
647     Min = FMRB_DoesNotReadMemory;
648
649   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
650     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
651   else if (CS.onlyAccessesInaccessibleMemory())
652     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleMem);
653   else if (CS.onlyAccessesInaccessibleMemOrArgMem())
654     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleOrArgMem);
655
656   // If CS has operand bundles then aliasing attributes from the function it
657   // calls do not directly apply to the CallSite.  This can be made more
658   // precise in the future.
659   if (!CS.hasOperandBundles())
660     if (const Function *F = CS.getCalledFunction())
661       Min =
662           FunctionModRefBehavior(Min & getBestAAResults().getModRefBehavior(F));
663
664   return Min;
665 }
666
667 /// Returns the behavior when calling the given function. For use when the call
668 /// site is not known.
669 FunctionModRefBehavior BasicAAResult::getModRefBehavior(const Function *F) {
670   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
671   if (F->doesNotAccessMemory())
672     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
673
674   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
675
676   // If the function declares it only reads memory, go with that.
677   if (F->onlyReadsMemory())
678     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
679   else if (F->doesNotReadMemory())
680     Min = FMRB_DoesNotReadMemory;
681
682   if (F->onlyAccessesArgMemory())
683     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
684   else if (F->onlyAccessesInaccessibleMemory())
685     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleMem);
686   else if (F->onlyAccessesInaccessibleMemOrArgMem())
687     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleOrArgMem);
688
689   return Min;
690 }
691
692 /// Returns true if this is a writeonly (i.e Mod only) parameter.
693 static bool isWriteOnlyParam(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx,
694                              const TargetLibraryInfo &TLI) {
695   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::WriteOnly))
696     return true;
697
698   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
699   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
700   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
701   // whenever possible.
702   // FIXME Consider handling this in InferFunctionAttr.cpp together with other
703   // attributes.
704   LibFunc F;
705   if (CS.getCalledFunction() && TLI.getLibFunc(*CS.getCalledFunction(), F) &&
706       F == LibFunc_memset_pattern16 && TLI.has(F))
707     if (ArgIdx == 0)
708       return true;
709
710   // TODO: memset_pattern4, memset_pattern8
711   // TODO: _chk variants
712   // TODO: strcmp, strcpy
713
714   return false;
715 }
716
717 ModRefInfo BasicAAResult::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
718                                            unsigned ArgIdx) {
719   // Checking for known builtin intrinsics and target library functions.
720   if (isWriteOnlyParam(CS, ArgIdx, TLI))
721     return ModRefInfo::Mod;
722
723   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::ReadOnly))
724     return ModRefInfo::Ref;
725
726   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::ReadNone))
727     return ModRefInfo::NoModRef;
728
729   return AAResultBase::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
730 }
731
732 static bool isIntrinsicCall(ImmutableCallSite CS, Intrinsic::ID IID) {
733   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
734   return II && II->getIntrinsicID() == IID;
735 }
736
737 #ifndef NDEBUG
738 static const Function *getParent(const Value *V) {
739   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
740     if (!inst->getParent())
741       return nullptr;
742     return inst->getParent()->getParent();
743   }
744
745   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
746     return arg->getParent();
747
748   return nullptr;
749 }
750
751 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
752
753   const Function *F1 = getParent(O1);
754   const Function *F2 = getParent(O2);
755
756   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
757 }
758 #endif
759
760 AliasResult BasicAAResult::alias(const MemoryLocation &LocA,
761                                  const MemoryLocation &LocB) {
762   assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
763          "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
764
765   // If we have a directly cached entry for these locations, we have recursed
766   // through this once, so just return the cached results. Notably, when this
767   // happens, we don't clear the cache.
768   auto CacheIt = AliasCache.find(LocPair(LocA, LocB));
769   if (CacheIt != AliasCache.end())
770     return CacheIt->second;
771
772   AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags, LocB.Ptr,
773                                  LocB.Size, LocB.AATags);
774   // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
775   // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
776   // SmallDenseMap if it ever grows larger.
777   // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
778   AliasCache.shrink_and_clear();
779   VisitedPhiBBs.clear();
780   return Alias;
781 }
782
783 /// Checks to see if the specified callsite can clobber the specified memory
784 /// object.
785 ///
786 /// Since we only look at local properties of this function, we really can't
787 /// say much about this query.  We do, however, use simple "address taken"
788 /// analysis on local objects.
789 ModRefInfo BasicAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
790                                         const MemoryLocation &Loc) {
791   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
792          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
793
794   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, DL);
795
796   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
797   // the tail call cannot access or modify the local stack.
798   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
799   // the current function not to the current function, and a tail callee
800   // may reference them.
801   if (isa<AllocaInst>(Object))
802     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
803       if (CI->isTailCall())
804         return ModRefInfo::NoModRef;
805
806   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
807   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
808   // as an argument, and itself doesn't capture it.
809   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
810       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
811
812     // Optimistically assume that call doesn't touch Object and check this
813     // assumption in the following loop.
814     ModRefInfo Result = ModRefInfo::NoModRef;
815     bool IsMustAlias = true;
816
817     unsigned OperandNo = 0;
818     for (auto CI = CS.data_operands_begin(), CE = CS.data_operands_end();
819          CI != CE; ++CI, ++OperandNo) {
820       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
821       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
822       // couldn't be no-capture.
823       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
824           (!CS.doesNotCapture(OperandNo) &&
825            OperandNo < CS.getNumArgOperands() && !CS.isByValArgument(OperandNo)))
826         continue;
827
828       // Call doesn't access memory through this operand, so we don't care
829       // if it aliases with Object.
830       if (CS.doesNotAccessMemory(OperandNo))
831         continue;
832
833       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
834       // is impossible to alias the pointer we're checking.
835       AliasResult AR =
836           getBestAAResults().alias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object));
837       if (AR != MustAlias)
838         IsMustAlias = false;
839       // Operand doesnt alias 'Object', continue looking for other aliases
840       if (AR == NoAlias)
841         continue;
842       // Operand aliases 'Object', but call doesn't modify it. Strengthen
843       // initial assumption and keep looking in case if there are more aliases.
844       if (CS.onlyReadsMemory(OperandNo)) {
845         Result = setRef(Result);
846         continue;
847       }
848       // Operand aliases 'Object' but call only writes into it.
849       if (CS.doesNotReadMemory(OperandNo)) {
850         Result = setMod(Result);
851         continue;
852       }
853       // This operand aliases 'Object' and call reads and writes into it.
854       // Setting ModRef will not yield an early return below, MustAlias is not
855       // used further.
856       Result = ModRefInfo::ModRef;
857       break;
858     }
859
860     // No operand aliases, reset Must bit. Add below if at least one aliases
861     // and all aliases found are MustAlias.
862     if (isNoModRef(Result))
863       IsMustAlias = false;
864
865     // Early return if we improved mod ref information
866     if (!isModAndRefSet(Result)) {
867       if (isNoModRef(Result))
868         return ModRefInfo::NoModRef;
869       return IsMustAlias ? setMust(Result) : clearMust(Result);
870     }
871   }
872
873   // If the CallSite is to malloc or calloc, we can assume that it doesn't
874   // modify any IR visible value.  This is only valid because we assume these
875   // routines do not read values visible in the IR.  TODO: Consider special
876   // casing realloc and strdup routines which access only their arguments as
877   // well.  Or alternatively, replace all of this with inaccessiblememonly once
878   // that's implemented fully.
879   auto *Inst = CS.getInstruction();
880   if (isMallocOrCallocLikeFn(Inst, &TLI)) {
881     // Be conservative if the accessed pointer may alias the allocation -
882     // fallback to the generic handling below.
883     if (getBestAAResults().alias(MemoryLocation(Inst), Loc) == NoAlias)
884       return ModRefInfo::NoModRef;
885   }
886
887   // The semantics of memcpy intrinsics forbid overlap between their respective
888   // operands, i.e., source and destination of any given memcpy must no-alias.
889   // If Loc must-aliases either one of these two locations, then it necessarily
890   // no-aliases the other.
891   if (auto *Inst = dyn_cast<AnyMemCpyInst>(CS.getInstruction())) {
892     AliasResult SrcAA, DestAA;
893
894     if ((SrcAA = getBestAAResults().alias(MemoryLocation::getForSource(Inst),
895                                           Loc)) == MustAlias)
896       // Loc is exactly the memcpy source thus disjoint from memcpy dest.
897       return ModRefInfo::Ref;
898     if ((DestAA = getBestAAResults().alias(MemoryLocation::getForDest(Inst),
899                                            Loc)) == MustAlias)
900       // The converse case.
901       return ModRefInfo::Mod;
902
903     // It's also possible for Loc to alias both src and dest, or neither.
904     ModRefInfo rv = ModRefInfo::NoModRef;
905     if (SrcAA != NoAlias)
906       rv = setRef(rv);
907     if (DestAA != NoAlias)
908       rv = setMod(rv);
909     return rv;
910   }
911
912   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
913   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
914   // particular memory location.
915   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::assume))
916     return ModRefInfo::NoModRef;
917
918   // Like assumes, guard intrinsics are also marked as arbitrarily writing so
919   // that proper control dependencies are maintained but they never mods any
920   // particular memory location.
921   //
922   // *Unlike* assumes, guard intrinsics are modeled as reading memory since the
923   // heap state at the point the guard is issued needs to be consistent in case
924   // the guard invokes the "deopt" continuation.
925   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::experimental_guard))
926     return ModRefInfo::Ref;
927
928   // Like assumes, invariant.start intrinsics were also marked as arbitrarily
929   // writing so that proper control dependencies are maintained but they never
930   // mod any particular memory location visible to the IR.
931   // *Unlike* assumes (which are now modeled as NoModRef), invariant.start
932   // intrinsic is now modeled as reading memory. This prevents hoisting the
933   // invariant.start intrinsic over stores. Consider:
934   // *ptr = 40;
935   // *ptr = 50;
936   // invariant_start(ptr)
937   // int val = *ptr;
938   // print(val);
939   //
940   // This cannot be transformed to:
941   //
942   // *ptr = 40;
943   // invariant_start(ptr)
944   // *ptr = 50;
945   // int val = *ptr;
946   // print(val);
947   //
948   // The transformation will cause the second store to be ignored (based on
949   // rules of invariant.start)  and print 40, while the first program always
950   // prints 50.
951   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::invariant_start))
952     return ModRefInfo::Ref;
953
954   // The AAResultBase base class has some smarts, lets use them.
955   return AAResultBase::getModRefInfo(CS, Loc);
956 }
957
958 ModRefInfo BasicAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
959                                         ImmutableCallSite CS2) {
960   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
961   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
962   // particular memory location.
963   if (isIntrinsicCall(CS1, Intrinsic::assume) ||
964       isIntrinsicCall(CS2, Intrinsic::assume))
965     return ModRefInfo::NoModRef;
966
967   // Like assumes, guard intrinsics are also marked as arbitrarily writing so
968   // that proper control dependencies are maintained but they never mod any
969   // particular memory location.
970   //
971   // *Unlike* assumes, guard intrinsics are modeled as reading memory since the
972   // heap state at the point the guard is issued needs to be consistent in case
973   // the guard invokes the "deopt" continuation.
974
975   // NB! This function is *not* commutative, so we specical case two
976   // possibilities for guard intrinsics.
977
978   if (isIntrinsicCall(CS1, Intrinsic::experimental_guard))
979     return isModSet(createModRefInfo(getModRefBehavior(CS2)))
980                ? ModRefInfo::Ref
981                : ModRefInfo::NoModRef;
982
983   if (isIntrinsicCall(CS2, Intrinsic::experimental_guard))
984     return isModSet(createModRefInfo(getModRefBehavior(CS1)))
985                ? ModRefInfo::Mod
986                : ModRefInfo::NoModRef;
987
988   // The AAResultBase base class has some smarts, lets use them.
989   return AAResultBase::getModRefInfo(CS1, CS2);
990 }
991
992 /// Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP operators,
993 /// both having the exact same pointer operand.
994 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
995                                             LocationSize V1Size,
996                                             const GEPOperator *GEP2,
997                                             LocationSize V2Size,
998                                             const DataLayout &DL) {
999   assert(GEP1->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndInvariantGroups() ==
1000              GEP2->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndInvariantGroups() &&
1001          GEP1->getPointerOperandType() == GEP2->getPointerOperandType() &&
1002          "Expected GEPs with the same pointer operand");
1003
1004   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
1005   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
1006   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
1007   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
1008       GEP1->getNumIndices() < 2)
1009     return MayAlias;
1010
1011   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
1012   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
1013   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
1014       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1015     return MayAlias;
1016
1017   ConstantInt *C1 =
1018       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
1019   ConstantInt *C2 =
1020       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
1021
1022   // If the last (struct) indices are constants and are equal, the other indices
1023   // might be also be dynamically equal, so the GEPs can alias.
1024   if (C1 && C2 && C1->getSExtValue() == C2->getSExtValue())
1025     return MayAlias;
1026
1027   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
1028   // you stripped the last index.
1029   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
1030   // than an array, different indices can lead to different final types.
1031   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
1032
1033   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
1034   // through it as it only drops the pointer indirection.
1035   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
1036   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
1037
1038   // Insert all the remaining indices but the last one.
1039   // Also, check that they all index through arrays.
1040   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
1041     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
1042             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
1043       return MayAlias;
1044     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
1045   }
1046
1047   auto *Ty = GetElementPtrInst::getIndexedType(
1048     GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices);
1049   StructType *LastIndexedStruct = dyn_cast<StructType>(Ty);
1050
1051   if (isa<SequentialType>(Ty)) {
1052     // We know that:
1053     // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
1054     // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a sequential
1055     //   type (array or pointer);
1056     // - both GEPs only index through arrays prior to that.
1057     //
1058     // Because array indices greater than the number of elements are valid in
1059     // GEPs, unless we know the intermediate indices are identical between
1060     // GEP1 and GEP2 we cannot guarantee that the last indexed arrays don't
1061     // partially overlap. We also need to check that the loaded size matches
1062     // the element size, otherwise we could still have overlap.
1063     const uint64_t ElementSize =
1064         DL.getTypeStoreSize(cast<SequentialType>(Ty)->getElementType());
1065     if (V1Size != ElementSize || V2Size != ElementSize)
1066       return MayAlias;
1067
1068     for (unsigned i = 0, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i)
1069       if (GEP1->getOperand(i + 1) != GEP2->getOperand(i + 1))
1070         return MayAlias;
1071
1072     // Now we know that the array/pointer that GEP1 indexes into and that
1073     // that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be disjoint.
1074     // Because they cannot partially overlap and because fields in an array
1075     // cannot overlap, if we can prove the final indices are different between
1076     // GEP1 and GEP2, we can conclude GEP1 and GEP2 don't alias.
1077
1078     // If the last indices are constants, we've already checked they don't
1079     // equal each other so we can exit early.
1080     if (C1 && C2)
1081       return NoAlias;
1082     {
1083       Value *GEP1LastIdx = GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1);
1084       Value *GEP2LastIdx = GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1);
1085       if (isa<PHINode>(GEP1LastIdx) || isa<PHINode>(GEP2LastIdx)) {
1086         // If one of the indices is a PHI node, be safe and only use
1087         // computeKnownBits so we don't make any assumptions about the
1088         // relationships between the two indices. This is important if we're
1089         // asking about values from different loop iterations. See PR32314.
1090         // TODO: We may be able to change the check so we only do this when
1091         // we definitely looked through a PHINode.
1092         if (GEP1LastIdx != GEP2LastIdx &&
1093             GEP1LastIdx->getType() == GEP2LastIdx->getType()) {
1094           KnownBits Known1 = computeKnownBits(GEP1LastIdx, DL);
1095           KnownBits Known2 = computeKnownBits(GEP2LastIdx, DL);
1096           if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
1097               Known1.One.intersects(Known2.Zero))
1098             return NoAlias;
1099         }
1100       } else if (isKnownNonEqual(GEP1LastIdx, GEP2LastIdx, DL))
1101         return NoAlias;
1102     }
1103     return MayAlias;
1104   } else if (!LastIndexedStruct || !C1 || !C2) {
1105     return MayAlias;
1106   }
1107
1108   // We know that:
1109   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
1110   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
1111   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
1112   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
1113   //
1114   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
1115   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
1116   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
1117   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
1118
1119   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
1120   // alias is that the fields are not overlapping.
1121   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
1122   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
1123   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
1124   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
1125
1126   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
1127                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
1128     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
1129            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
1130             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
1131   };
1132
1133   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
1134       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
1135     return NoAlias;
1136
1137   return MayAlias;
1138 }
1139
1140 // If a we have (a) a GEP and (b) a pointer based on an alloca, and the
1141 // beginning of the object the GEP points would have a negative offset with
1142 // repsect to the alloca, that means the GEP can not alias pointer (b).
1143 // Note that the pointer based on the alloca may not be a GEP. For
1144 // example, it may be the alloca itself.
1145 // The same applies if (b) is based on a GlobalVariable. Note that just being
1146 // based on isIdentifiedObject() is not enough - we need an identified object
1147 // that does not permit access to negative offsets. For example, a negative
1148 // offset from a noalias argument or call can be inbounds w.r.t the actual
1149 // underlying object.
1150 //
1151 // For example, consider:
1152 //
1153 //   struct { int f0, int f1, ...} foo;
1154 //   foo alloca;
1155 //   foo* random = bar(alloca);
1156 //   int *f0 = &alloca.f0
1157 //   int *f1 = &random->f1;
1158 //
1159 // Which is lowered, approximately, to:
1160 //
1161 //  %alloca = alloca %struct.foo
1162 //  %random = call %struct.foo* @random(%struct.foo* %alloca)
1163 //  %f0 = getelementptr inbounds %struct, %struct.foo* %alloca, i32 0, i32 0
1164 //  %f1 = getelementptr inbounds %struct, %struct.foo* %random, i32 0, i32 1
1165 //
1166 // Assume %f1 and %f0 alias. Then %f1 would point into the object allocated
1167 // by %alloca. Since the %f1 GEP is inbounds, that means %random must also
1168 // point into the same object. But since %f0 points to the beginning of %alloca,
1169 // the highest %f1 can be is (%alloca + 3). This means %random can not be higher
1170 // than (%alloca - 1), and so is not inbounds, a contradiction.
1171 bool BasicAAResult::isGEPBaseAtNegativeOffset(const GEPOperator *GEPOp,
1172       const DecomposedGEP &DecompGEP, const DecomposedGEP &DecompObject,
1173       LocationSize ObjectAccessSize) {
1174   // If the object access size is unknown, or the GEP isn't inbounds, bail.
1175   if (ObjectAccessSize == MemoryLocation::UnknownSize || !GEPOp->isInBounds())
1176     return false;
1177
1178   // We need the object to be an alloca or a globalvariable, and want to know
1179   // the offset of the pointer from the object precisely, so no variable
1180   // indices are allowed.
1181   if (!(isa<AllocaInst>(DecompObject.Base) ||
1182         isa<GlobalVariable>(DecompObject.Base)) ||
1183       !DecompObject.VarIndices.empty())
1184     return false;
1185
1186   int64_t ObjectBaseOffset = DecompObject.StructOffset +
1187                              DecompObject.OtherOffset;
1188
1189   // If the GEP has no variable indices, we know the precise offset
1190   // from the base, then use it. If the GEP has variable indices,
1191   // we can't get exact GEP offset to identify pointer alias. So return
1192   // false in that case.
1193   if (!DecompGEP.VarIndices.empty())
1194     return false;
1195   int64_t GEPBaseOffset = DecompGEP.StructOffset;
1196   GEPBaseOffset += DecompGEP.OtherOffset;
1197
1198   return (GEPBaseOffset >= ObjectBaseOffset + (int64_t)ObjectAccessSize);
1199 }
1200
1201 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction against
1202 /// another pointer.
1203 ///
1204 /// We know that V1 is a GEP, but we don't know anything about V2.
1205 /// UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL), UnderlyingV2 is the same for
1206 /// V2.
1207 AliasResult
1208 BasicAAResult::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, LocationSize V1Size,
1209                         const AAMDNodes &V1AAInfo, const Value *V2,
1210                         LocationSize V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
1211                         const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
1212   DecomposedGEP DecompGEP1, DecompGEP2;
1213   bool GEP1MaxLookupReached =
1214     DecomposeGEPExpression(GEP1, DecompGEP1, DL, &AC, DT);
1215   bool GEP2MaxLookupReached =
1216     DecomposeGEPExpression(V2, DecompGEP2, DL, &AC, DT);
1217
1218   int64_t GEP1BaseOffset = DecompGEP1.StructOffset + DecompGEP1.OtherOffset;
1219   int64_t GEP2BaseOffset = DecompGEP2.StructOffset + DecompGEP2.OtherOffset;
1220
1221   assert(DecompGEP1.Base == UnderlyingV1 && DecompGEP2.Base == UnderlyingV2 &&
1222          "DecomposeGEPExpression returned a result different from "
1223          "GetUnderlyingObject");
1224
1225   // If the GEP's offset relative to its base is such that the base would
1226   // fall below the start of the object underlying V2, then the GEP and V2
1227   // cannot alias.
1228   if (!GEP1MaxLookupReached && !GEP2MaxLookupReached &&
1229       isGEPBaseAtNegativeOffset(GEP1, DecompGEP1, DecompGEP2, V2Size))
1230     return NoAlias;
1231   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
1232   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
1233   // derived pointer.
1234   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
1235     // Check for the GEP base being at a negative offset, this time in the other
1236     // direction.
1237     if (!GEP1MaxLookupReached && !GEP2MaxLookupReached &&
1238         isGEPBaseAtNegativeOffset(GEP2, DecompGEP2, DecompGEP1, V1Size))
1239       return NoAlias;
1240     // Do the base pointers alias?
1241     AliasResult BaseAlias =
1242         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
1243                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
1244
1245     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
1246     // identical.
1247     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
1248       // Do the base pointers alias assuming type and size.
1249       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size, V1AAInfo,
1250                                                 UnderlyingV2, V2Size, V2AAInfo);
1251       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
1252         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
1253         // relation of the resulting pointer.
1254         // If the max search depth is reached the result is undefined
1255         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1256           return MayAlias;
1257
1258         // Same offsets.
1259         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1260             DecompGEP1.VarIndices == DecompGEP2.VarIndices)
1261           return NoAlias;
1262       }
1263     }
1264
1265     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1266     // will improve this situation.
1267     if (BaseAlias != MustAlias) {
1268       assert(BaseAlias == NoAlias || BaseAlias == MayAlias);
1269       return BaseAlias;
1270     }
1271
1272     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1273     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1274     // about the relation of the resulting pointer.
1275     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1276     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1277     // the resulting pointers.
1278     if (GEP1->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndInvariantGroups() ==
1279             GEP2->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndInvariantGroups() &&
1280         GEP1->getPointerOperandType() == GEP2->getPointerOperandType()) {
1281       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, DL);
1282       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1283       if (R != MayAlias)
1284         return R;
1285     }
1286
1287     // If the max search depth is reached, the result is undefined
1288     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1289       return MayAlias;
1290
1291     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1292     // symbolic difference.
1293     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1294     GetIndexDifference(DecompGEP1.VarIndices, DecompGEP2.VarIndices);
1295
1296   } else {
1297     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1298     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1299     // pointer, we know they cannot alias.
1300
1301     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1302     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
1303         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1304       return MayAlias;
1305
1306     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
1307                                AAMDNodes(), V2, MemoryLocation::UnknownSize,
1308                                V2AAInfo, nullptr, UnderlyingV2);
1309     if (R != MustAlias) {
1310       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1311       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1312       // cannot alias per GEP semantics: "Any memory access must be done through
1313       // a pointer value associated with an address range of the memory access,
1314       // otherwise the behavior is undefined.".
1315       assert(R == NoAlias || R == MayAlias);
1316       return R;
1317     }
1318
1319     // If the max search depth is reached the result is undefined
1320     if (GEP1MaxLookupReached)
1321       return MayAlias;
1322   }
1323
1324   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1325   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1326   // happens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1327   //
1328   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1329   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1330   if (GEP1BaseOffset == 0 && DecompGEP1.VarIndices.empty())
1331     return MustAlias;
1332
1333   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1334   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1335   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1336   // greater, we know they do not overlap.
1337   if (GEP1BaseOffset != 0 && DecompGEP1.VarIndices.empty()) {
1338     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1339       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1340         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1341           return PartialAlias;
1342         return NoAlias;
1343       }
1344     } else {
1345       // We have the situation where:
1346       // +                +
1347       // | BaseOffset     |
1348       // ---------------->|
1349       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1350       // GEP1             V2
1351       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1352       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1353       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1354           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1355         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1356           return PartialAlias;
1357         return NoAlias;
1358       }
1359     }
1360   }
1361
1362   if (!DecompGEP1.VarIndices.empty()) {
1363     uint64_t Modulo = 0;
1364     bool AllPositive = true;
1365     for (unsigned i = 0, e = DecompGEP1.VarIndices.size(); i != e; ++i) {
1366
1367       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1368       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1369       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1370       // be ^'ing Modulo with itself later.
1371       Modulo |= (uint64_t)DecompGEP1.VarIndices[i].Scale;
1372
1373       if (AllPositive) {
1374         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1375         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1376         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1377         const Value *V = DecompGEP1.VarIndices[i].V;
1378
1379         KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, 0, &AC, nullptr, DT);
1380         bool SignKnownZero = Known.isNonNegative();
1381         bool SignKnownOne = Known.isNegative();
1382
1383         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1384         // bit to zero.
1385         bool IsZExt = DecompGEP1.VarIndices[i].ZExtBits > 0 || isa<ZExtInst>(V);
1386         SignKnownZero |= IsZExt;
1387         SignKnownOne &= !IsZExt;
1388
1389         // If the variable begins with a zero then we know it's
1390         // positive, regardless of whether the value is signed or
1391         // unsigned.
1392         int64_t Scale = DecompGEP1.VarIndices[i].Scale;
1393         AllPositive =
1394             (SignKnownZero && Scale >= 0) || (SignKnownOne && Scale < 0);
1395       }
1396     }
1397
1398     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1399
1400     // We can compute the difference between the two addresses
1401     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1402     // two locations do not alias.
1403     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1404     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1405         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1406         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1407       return NoAlias;
1408
1409     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1410     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1411     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1412     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t)GEP1BaseOffset)
1413       return NoAlias;
1414
1415     if (constantOffsetHeuristic(DecompGEP1.VarIndices, V1Size, V2Size,
1416                                 GEP1BaseOffset, &AC, DT))
1417       return NoAlias;
1418   }
1419
1420   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1421   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1422   // little tricks above worked.
1423   return MayAlias;
1424 }
1425
1426 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1427   // If the results agree, take it.
1428   if (A == B)
1429     return A;
1430   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1431   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1432       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1433     return PartialAlias;
1434   // Otherwise, we don't know anything.
1435   return MayAlias;
1436 }
1437
1438 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select instruction
1439 /// against another.
1440 AliasResult BasicAAResult::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1441                                        LocationSize SISize,
1442                                        const AAMDNodes &SIAAInfo,
1443                                        const Value *V2, LocationSize V2Size,
1444                                        const AAMDNodes &V2AAInfo,
1445                                        const Value *UnderV2) {
1446   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1447   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1448   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1449     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1450       AliasResult Alias = aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1451                                      SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1452       if (Alias == MayAlias)
1453         return MayAlias;
1454       AliasResult ThisAlias =
1455           aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1456                      SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1457       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1458     }
1459
1460   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1461   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1462   AliasResult Alias =
1463       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(),
1464                  SISize, SIAAInfo, UnderV2);
1465   if (Alias == MayAlias)
1466     return MayAlias;
1467
1468   AliasResult ThisAlias =
1469       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1470                  UnderV2);
1471   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1472 }
1473
1474 /// Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction against
1475 /// another.
1476 AliasResult BasicAAResult::aliasPHI(const PHINode *PN, LocationSize PNSize,
1477                                     const AAMDNodes &PNAAInfo, const Value *V2,
1478                                     LocationSize V2Size,
1479                                     const AAMDNodes &V2AAInfo,
1480                                     const Value *UnderV2) {
1481   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1482   // value equivalence.
1483   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1484
1485   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1486   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1487   // on corresponding edges.
1488   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1489     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1490       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1491                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1492       if (PN > V2)
1493         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1494       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1495       // NoAlias.
1496       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1497       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1498       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1499       // that causes a MayAlias.
1500       // Pretend the phis do not alias.
1501       AliasResult Alias = NoAlias;
1502       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1503              "There must exist an entry for the phi node");
1504       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1505       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1506
1507       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1508         AliasResult ThisAlias =
1509             aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1510                        PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1511                        V2Size, V2AAInfo);
1512         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1513         if (Alias == MayAlias)
1514           break;
1515       }
1516
1517       // Reset if speculation failed.
1518       if (Alias != NoAlias)
1519         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1520
1521       return Alias;
1522     }
1523
1524   SmallPtrSet<Value *, 4> UniqueSrc;
1525   SmallVector<Value *, 4> V1Srcs;
1526   bool isRecursive = false;
1527   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1528     if (isa<PHINode>(PV1))
1529       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1530       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1531       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1532       // and 'n' are the number of PHI sources.
1533       return MayAlias;
1534
1535     if (EnableRecPhiAnalysis)
1536       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1537         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1538         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1539         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1540         // below.
1541         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1542             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1543           isRecursive = true;
1544           continue;
1545         }
1546       }
1547
1548     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1549       V1Srcs.push_back(PV1);
1550   }
1551
1552   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1553   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1554   // pointer to.
1555   if (isRecursive)
1556     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1557
1558   AliasResult Alias =
1559       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V1Srcs[0],
1560                  PNSize, PNAAInfo, UnderV2);
1561
1562   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1563   // Other results are not possible.
1564   if (Alias == MayAlias)
1565     return MayAlias;
1566
1567   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1568   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1569   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1570     Value *V = V1Srcs[i];
1571
1572     AliasResult ThisAlias =
1573         aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V, PNSize, PNAAInfo, UnderV2);
1574     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1575     if (Alias == MayAlias)
1576       break;
1577   }
1578
1579   return Alias;
1580 }
1581
1582 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases, such as
1583 /// array references.
1584 AliasResult BasicAAResult::aliasCheck(const Value *V1, LocationSize V1Size,
1585                                       AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1586                                       LocationSize V2Size, AAMDNodes V2AAInfo,
1587                                       const Value *O1, const Value *O2) {
1588   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1589   // pointer values are.
1590   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1591     return NoAlias;
1592
1593   // Strip off any casts if they exist.
1594   V1 = V1->stripPointerCastsAndInvariantGroups();
1595   V2 = V2->stripPointerCastsAndInvariantGroups();
1596
1597   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1598   // value for undef that aliases nothing in the program.
1599   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1600     return NoAlias;
1601
1602   // Are we checking for alias of the same value?
1603   // Because we look 'through' phi nodes, we could look at "Value" pointers from
1604   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1605   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1606   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1607   // reach the value.
1608   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1609     return MustAlias;
1610
1611   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1612     return NoAlias; // Scalars cannot alias each other
1613
1614   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1615   if (O1 == nullptr)
1616     O1 = GetUnderlyingObject(V1, DL, MaxLookupSearchDepth);
1617
1618   if (O2 == nullptr)
1619     O2 = GetUnderlyingObject(V2, DL, MaxLookupSearchDepth);
1620
1621   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1622   // don't alias any other pointer.
1623   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1624     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1625       return NoAlias;
1626   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1627     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1628       return NoAlias;
1629
1630   if (O1 != O2) {
1631     // If V1/V2 point to two different objects, we know that we have no alias.
1632     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1633       return NoAlias;
1634
1635     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1636     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1637         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1638       return NoAlias;
1639
1640     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1641     // unambigously identified at the function level.
1642     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1643         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1644       return NoAlias;
1645
1646     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1647     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1648     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1649     //
1650     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1651     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1652     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1653     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1654     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1655     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1656       return NoAlias;
1657     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1658       return NoAlias;
1659   }
1660
1661   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1662   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1663   if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1664        isObjectSmallerThan(O2, V1Size, DL, TLI)) ||
1665       (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1666        isObjectSmallerThan(O1, V2Size, DL, TLI)))
1667     return NoAlias;
1668
1669   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1670   // otherwise infinitely recursive queries.
1671   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1672                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1673   if (V1 > V2)
1674     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1675   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1676       AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1677   if (!Pair.second)
1678     return Pair.first->second;
1679
1680   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1681   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1682   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1683     std::swap(V1, V2);
1684     std::swap(V1Size, V2Size);
1685     std::swap(O1, O2);
1686     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1687   }
1688   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1689     AliasResult Result =
1690         aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1691     if (Result != MayAlias)
1692       return AliasCache[Locs] = Result;
1693   }
1694
1695   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1696     std::swap(V1, V2);
1697     std::swap(O1, O2);
1698     std::swap(V1Size, V2Size);
1699     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1700   }
1701   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1702     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1703                                   V2, V2Size, V2AAInfo, O2);
1704     if (Result != MayAlias)
1705       return AliasCache[Locs] = Result;
1706   }
1707
1708   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1709     std::swap(V1, V2);
1710     std::swap(O1, O2);
1711     std::swap(V1Size, V2Size);
1712     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1713   }
1714   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1715     AliasResult Result =
1716         aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O2);
1717     if (Result != MayAlias)
1718       return AliasCache[Locs] = Result;
1719   }
1720
1721   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1722   // accesses the entire object, then the accesses must overlap in some way.
1723   if (O1 == O2)
1724     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1725         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1726         (isObjectSize(O1, V1Size, DL, TLI) ||
1727          isObjectSize(O2, V2Size, DL, TLI)))
1728       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1729
1730   // Recurse back into the best AA results we have, potentially with refined
1731   // memory locations. We have already ensured that BasicAA has a MayAlias
1732   // cache result for these, so any recursion back into BasicAA won't loop.
1733   AliasResult Result = getBestAAResults().alias(Locs.first, Locs.second);
1734   return AliasCache[Locs] = Result;
1735 }
1736
1737 /// Check whether two Values can be considered equivalent.
1738 ///
1739 /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks whether
1740 /// they can not be part of a cycle in the value graph by looking at all
1741 /// visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the value. We
1742 /// have to do this because we are looking through phi nodes (That is we say
1743 /// noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
1744 bool BasicAAResult::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1745                                                   const Value *V2) {
1746   if (V != V2)
1747     return false;
1748
1749   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1750   if (!Inst)
1751     return true;
1752
1753   if (VisitedPhiBBs.empty())
1754     return true;
1755
1756   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1757     return false;
1758
1759   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1760   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1761   // phi nodes could be involved in.
1762   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1763     if (isPotentiallyReachable(&P->front(), Inst, DT, LI))
1764       return false;
1765
1766   return true;
1767 }
1768
1769 /// Computes the symbolic difference between two de-composed GEPs.
1770 ///
1771 /// Dest and Src are the variable indices from two decomposed GetElementPtr
1772 /// instructions GEP1 and GEP2 which have common base pointers.
1773 void BasicAAResult::GetIndexDifference(
1774     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1775     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1776   if (Src.empty())
1777     return;
1778
1779   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1780     const Value *V = Src[i].V;
1781     unsigned ZExtBits = Src[i].ZExtBits, SExtBits = Src[i].SExtBits;
1782     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1783
1784     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1785     // than a few variable indexes.
1786     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1787       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1788           Dest[j].ZExtBits != ZExtBits || Dest[j].SExtBits != SExtBits)
1789         continue;
1790
1791       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1792       // goes to zero, remove the entry.
1793       if (Dest[j].Scale != Scale)
1794         Dest[j].Scale -= Scale;
1795       else
1796         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1797       Scale = 0;
1798       break;
1799     }
1800
1801     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1802     if (Scale) {
1803       VariableGEPIndex Entry = {V, ZExtBits, SExtBits, -Scale};
1804       Dest.push_back(Entry);
1805     }
1806   }
1807 }
1808
1809 bool BasicAAResult::constantOffsetHeuristic(
1810     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, LocationSize V1Size,
1811     LocationSize V2Size, int64_t BaseOffset, AssumptionCache *AC,
1812     DominatorTree *DT) {
1813   if (VarIndices.size() != 2 || V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
1814       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1815     return false;
1816
1817   const VariableGEPIndex &Var0 = VarIndices[0], &Var1 = VarIndices[1];
1818
1819   if (Var0.ZExtBits != Var1.ZExtBits || Var0.SExtBits != Var1.SExtBits ||
1820       Var0.Scale != -Var1.Scale)
1821     return false;
1822
1823   unsigned Width = Var1.V->getType()->getIntegerBitWidth();
1824
1825   // We'll strip off the Extensions of Var0 and Var1 and do another round
1826   // of GetLinearExpression decomposition. In the example above, if Var0
1827   // is zext(%x + 1) we should get V1 == %x and V1Offset == 1.
1828
1829   APInt V0Scale(Width, 0), V0Offset(Width, 0), V1Scale(Width, 0),
1830       V1Offset(Width, 0);
1831   bool NSW = true, NUW = true;
1832   unsigned V0ZExtBits = 0, V0SExtBits = 0, V1ZExtBits = 0, V1SExtBits = 0;
1833   const Value *V0 = GetLinearExpression(Var0.V, V0Scale, V0Offset, V0ZExtBits,
1834                                         V0SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1835   NSW = true;
1836   NUW = true;
1837   const Value *V1 = GetLinearExpression(Var1.V, V1Scale, V1Offset, V1ZExtBits,
1838                                         V1SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1839
1840   if (V0Scale != V1Scale || V0ZExtBits != V1ZExtBits ||
1841       V0SExtBits != V1SExtBits || !isValueEqualInPotentialCycles(V0, V1))
1842     return false;
1843
1844   // We have a hit - Var0 and Var1 only differ by a constant offset!
1845
1846   // If we've been sext'ed then zext'd the maximum difference between Var0 and
1847   // Var1 is possible to calculate, but we're just interested in the absolute
1848   // minimum difference between the two. The minimum distance may occur due to
1849   // wrapping; consider "add i3 %i, 5": if %i == 7 then 7 + 5 mod 8 == 4, and so
1850   // the minimum distance between %i and %i + 5 is 3.
1851   APInt MinDiff = V0Offset - V1Offset, Wrapped = -MinDiff;
1852   MinDiff = APIntOps::umin(MinDiff, Wrapped);
1853   uint64_t MinDiffBytes = MinDiff.getZExtValue() * std::abs(Var0.Scale);
1854
1855   // We can't definitely say whether GEP1 is before or after V2 due to wrapping
1856   // arithmetic (i.e. for some values of GEP1 and V2 GEP1 < V2, and for other
1857   // values GEP1 > V2). We'll therefore only declare NoAlias if both V1Size and
1858   // V2Size can fit in the MinDiffBytes gap.
1859   return V1Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes &&
1860          V2Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes;
1861 }
1862
1863 //===----------------------------------------------------------------------===//
1864 // BasicAliasAnalysis Pass
1865 //===----------------------------------------------------------------------===//
1866
1867 AnalysisKey BasicAA::Key;
1868
1869 BasicAAResult BasicAA::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
1870   return BasicAAResult(F.getParent()->getDataLayout(),
1871                        AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F),
1872                        AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F),
1873                        &AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
1874                        AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F));
1875 }
1876
1877 BasicAAWrapperPass::BasicAAWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
1878     initializeBasicAAWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1879 }
1880
1881 char BasicAAWrapperPass::ID = 0;
1882
1883 void BasicAAWrapperPass::anchor() {}
1884
1885 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BasicAAWrapperPass, "basicaa",
1886                       "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", true, true)
1887 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
1888 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1889 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
1890 INITIALIZE_PASS_END(BasicAAWrapperPass, "basicaa",
1891                     "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", true, true)
1892
1893 FunctionPass *llvm::createBasicAAWrapperPass() {
1894   return new BasicAAWrapperPass();
1895 }
1896
1897 bool BasicAAWrapperPass::runOnFunction(Function &F) {
1898   auto &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
1899   auto &TLIWP = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1900   auto &DTWP = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>();
1901   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1902
1903   Result.reset(new BasicAAResult(F.getParent()->getDataLayout(), TLIWP.getTLI(),
1904                                  ACT.getAssumptionCache(F), &DTWP.getDomTree(),
1905                                  LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr));
1906
1907   return false;
1908 }
1909
1910 void BasicAAWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1911   AU.setPreservesAll();
1912   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1913   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1914   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1915 }
1916
1917 BasicAAResult llvm::createLegacyPMBasicAAResult(Pass &P, Function &F) {
1918   return BasicAAResult(
1919       F.getParent()->getDataLayout(),
1920       P.getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
1921       P.getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F));
1922 }