OSDN Git Service

cf8521112838269f59352e308e47913a31ce0173
[android-x86/external-llvm.git] / lib / Transforms / Scalar / MemCpyOptimizer.cpp
1 //===- MemCpyOptimizer.cpp - Optimize use of memcpy and friends -----------===//
2 //
3 // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4 // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5 // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6 //
7 //===----------------------------------------------------------------------===//
8 //
9 // This pass performs various transformations related to eliminating memcpy
10 // calls, or transforming sets of stores into memset's.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Transforms/Scalar/MemCpyOptimizer.h"
15 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
16 #include "llvm/ADT/None.h"
17 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
20 #include "llvm/ADT/iterator_range.h"
21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
22 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
23 #include "llvm/Analysis/GlobalsModRef.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h"
25 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
26 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
27 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
28 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
29 #include "llvm/IR/Argument.h"
30 #include "llvm/IR/BasicBlock.h"
31 #include "llvm/IR/CallSite.h"
32 #include "llvm/IR/Constants.h"
33 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
34 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
35 #include "llvm/IR/Dominators.h"
36 #include "llvm/IR/Function.h"
37 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
38 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
39 #include "llvm/IR/IRBuilder.h"
40 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
41 #include "llvm/IR/Instruction.h"
42 #include "llvm/IR/Instructions.h"
43 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
44 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
45 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
46 #include "llvm/IR/Module.h"
47 #include "llvm/IR/Operator.h"
48 #include "llvm/IR/PassManager.h"
49 #include "llvm/IR/Type.h"
50 #include "llvm/IR/User.h"
51 #include "llvm/IR/Value.h"
52 #include "llvm/Pass.h"
53 #include "llvm/Support/Casting.h"
54 #include "llvm/Support/Debug.h"
55 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
56 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
57 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
58 #include <algorithm>
59 #include <cassert>
60 #include <cstdint>
61 #include <utility>
62
63 using namespace llvm;
64
65 #define DEBUG_TYPE "memcpyopt"
66
67 STATISTIC(NumMemCpyInstr, "Number of memcpy instructions deleted");
68 STATISTIC(NumMemSetInfer, "Number of memsets inferred");
69 STATISTIC(NumMoveToCpy,   "Number of memmoves converted to memcpy");
70 STATISTIC(NumCpyToSet,    "Number of memcpys converted to memset");
71
72 static int64_t GetOffsetFromIndex(const GEPOperator *GEP, unsigned Idx,
73                                   bool &VariableIdxFound,
74                                   const DataLayout &DL) {
75   // Skip over the first indices.
76   gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEP);
77   for (unsigned i = 1; i != Idx; ++i, ++GTI)
78     /*skip along*/;
79
80   // Compute the offset implied by the rest of the indices.
81   int64_t Offset = 0;
82   for (unsigned i = Idx, e = GEP->getNumOperands(); i != e; ++i, ++GTI) {
83     ConstantInt *OpC = dyn_cast<ConstantInt>(GEP->getOperand(i));
84     if (!OpC)
85       return VariableIdxFound = true;
86     if (OpC->isZero()) continue;  // No offset.
87
88     // Handle struct indices, which add their field offset to the pointer.
89     if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
90       Offset += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(OpC->getZExtValue());
91       continue;
92     }
93
94     // Otherwise, we have a sequential type like an array or vector.  Multiply
95     // the index by the ElementSize.
96     uint64_t Size = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
97     Offset += Size*OpC->getSExtValue();
98   }
99
100   return Offset;
101 }
102
103 /// Return true if Ptr1 is provably equal to Ptr2 plus a constant offset, and
104 /// return that constant offset. For example, Ptr1 might be &A[42], and Ptr2
105 /// might be &A[40]. In this case offset would be -8.
106 static bool IsPointerOffset(Value *Ptr1, Value *Ptr2, int64_t &Offset,
107                             const DataLayout &DL) {
108   Ptr1 = Ptr1->stripPointerCasts();
109   Ptr2 = Ptr2->stripPointerCasts();
110
111   // Handle the trivial case first.
112   if (Ptr1 == Ptr2) {
113     Offset = 0;
114     return true;
115   }
116
117   GEPOperator *GEP1 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr1);
118   GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(Ptr2);
119
120   bool VariableIdxFound = false;
121
122   // If one pointer is a GEP and the other isn't, then see if the GEP is a
123   // constant offset from the base, as in "P" and "gep P, 1".
124   if (GEP1 && !GEP2 && GEP1->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr2) {
125     Offset = -GetOffsetFromIndex(GEP1, 1, VariableIdxFound, DL);
126     return !VariableIdxFound;
127   }
128
129   if (GEP2 && !GEP1 && GEP2->getOperand(0)->stripPointerCasts() == Ptr1) {
130     Offset = GetOffsetFromIndex(GEP2, 1, VariableIdxFound, DL);
131     return !VariableIdxFound;
132   }
133
134   // Right now we handle the case when Ptr1/Ptr2 are both GEPs with an identical
135   // base.  After that base, they may have some number of common (and
136   // potentially variable) indices.  After that they handle some constant
137   // offset, which determines their offset from each other.  At this point, we
138   // handle no other case.
139   if (!GEP1 || !GEP2 || GEP1->getOperand(0) != GEP2->getOperand(0))
140     return false;
141
142   // Skip any common indices and track the GEP types.
143   unsigned Idx = 1;
144   for (; Idx != GEP1->getNumOperands() && Idx != GEP2->getNumOperands(); ++Idx)
145     if (GEP1->getOperand(Idx) != GEP2->getOperand(Idx))
146       break;
147
148   int64_t Offset1 = GetOffsetFromIndex(GEP1, Idx, VariableIdxFound, DL);
149   int64_t Offset2 = GetOffsetFromIndex(GEP2, Idx, VariableIdxFound, DL);
150   if (VariableIdxFound) return false;
151
152   Offset = Offset2-Offset1;
153   return true;
154 }
155
156 namespace {
157
158 /// Represents a range of memset'd bytes with the ByteVal value.
159 /// This allows us to analyze stores like:
160 ///   store 0 -> P+1
161 ///   store 0 -> P+0
162 ///   store 0 -> P+3
163 ///   store 0 -> P+2
164 /// which sometimes happens with stores to arrays of structs etc.  When we see
165 /// the first store, we make a range [1, 2).  The second store extends the range
166 /// to [0, 2).  The third makes a new range [2, 3).  The fourth store joins the
167 /// two ranges into [0, 3) which is memset'able.
168 struct MemsetRange {
169   // Start/End - A semi range that describes the span that this range covers.
170   // The range is closed at the start and open at the end: [Start, End).
171   int64_t Start, End;
172
173   /// StartPtr - The getelementptr instruction that points to the start of the
174   /// range.
175   Value *StartPtr;
176
177   /// Alignment - The known alignment of the first store.
178   unsigned Alignment;
179
180   /// TheStores - The actual stores that make up this range.
181   SmallVector<Instruction*, 16> TheStores;
182
183   bool isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const;
184 };
185
186 } // end anonymous namespace
187
188 bool MemsetRange::isProfitableToUseMemset(const DataLayout &DL) const {
189   // If we found more than 4 stores to merge or 16 bytes, use memset.
190   if (TheStores.size() >= 4 || End-Start >= 16) return true;
191
192   // If there is nothing to merge, don't do anything.
193   if (TheStores.size() < 2) return false;
194
195   // If any of the stores are a memset, then it is always good to extend the
196   // memset.
197   for (Instruction *SI : TheStores)
198     if (!isa<StoreInst>(SI))
199       return true;
200
201   // Assume that the code generator is capable of merging pairs of stores
202   // together if it wants to.
203   if (TheStores.size() == 2) return false;
204
205   // If we have fewer than 8 stores, it can still be worthwhile to do this.
206   // For example, merging 4 i8 stores into an i32 store is useful almost always.
207   // However, merging 2 32-bit stores isn't useful on a 32-bit architecture (the
208   // memset will be split into 2 32-bit stores anyway) and doing so can
209   // pessimize the llvm optimizer.
210   //
211   // Since we don't have perfect knowledge here, make some assumptions: assume
212   // the maximum GPR width is the same size as the largest legal integer
213   // size. If so, check to see whether we will end up actually reducing the
214   // number of stores used.
215   unsigned Bytes = unsigned(End-Start);
216   unsigned MaxIntSize = DL.getLargestLegalIntTypeSizeInBits() / 8;
217   if (MaxIntSize == 0)
218     MaxIntSize = 1;
219   unsigned NumPointerStores = Bytes / MaxIntSize;
220
221   // Assume the remaining bytes if any are done a byte at a time.
222   unsigned NumByteStores = Bytes % MaxIntSize;
223
224   // If we will reduce the # stores (according to this heuristic), do the
225   // transformation.  This encourages merging 4 x i8 -> i32 and 2 x i16 -> i32
226   // etc.
227   return TheStores.size() > NumPointerStores+NumByteStores;
228 }
229
230 namespace {
231
232 class MemsetRanges {
233   using range_iterator = SmallVectorImpl<MemsetRange>::iterator;
234
235   /// A sorted list of the memset ranges.
236   SmallVector<MemsetRange, 8> Ranges;
237
238   const DataLayout &DL;
239
240 public:
241   MemsetRanges(const DataLayout &DL) : DL(DL) {}
242
243   using const_iterator = SmallVectorImpl<MemsetRange>::const_iterator;
244
245   const_iterator begin() const { return Ranges.begin(); }
246   const_iterator end() const { return Ranges.end(); }
247   bool empty() const { return Ranges.empty(); }
248
249   void addInst(int64_t OffsetFromFirst, Instruction *Inst) {
250     if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(Inst))
251       addStore(OffsetFromFirst, SI);
252     else
253       addMemSet(OffsetFromFirst, cast<MemSetInst>(Inst));
254   }
255
256   void addStore(int64_t OffsetFromFirst, StoreInst *SI) {
257     int64_t StoreSize = DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
258
259     addRange(OffsetFromFirst, StoreSize,
260              SI->getPointerOperand(), SI->getAlignment(), SI);
261   }
262
263   void addMemSet(int64_t OffsetFromFirst, MemSetInst *MSI) {
264     int64_t Size = cast<ConstantInt>(MSI->getLength())->getZExtValue();
265     addRange(OffsetFromFirst, Size, MSI->getDest(), MSI->getDestAlignment(), MSI);
266   }
267
268   void addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
269                 unsigned Alignment, Instruction *Inst);
270 };
271
272 } // end anonymous namespace
273
274 /// Add a new store to the MemsetRanges data structure.  This adds a
275 /// new range for the specified store at the specified offset, merging into
276 /// existing ranges as appropriate.
277 void MemsetRanges::addRange(int64_t Start, int64_t Size, Value *Ptr,
278                             unsigned Alignment, Instruction *Inst) {
279   int64_t End = Start+Size;
280
281   range_iterator I = llvm::bsearch(
282       Ranges, [=](const MemsetRange &O) { return Start <= O.End; });
283
284   // We now know that I == E, in which case we didn't find anything to merge
285   // with, or that Start <= I->End.  If End < I->Start or I == E, then we need
286   // to insert a new range.  Handle this now.
287   if (I == Ranges.end() || End < I->Start) {
288     MemsetRange &R = *Ranges.insert(I, MemsetRange());
289     R.Start        = Start;
290     R.End          = End;
291     R.StartPtr     = Ptr;
292     R.Alignment    = Alignment;
293     R.TheStores.push_back(Inst);
294     return;
295   }
296
297   // This store overlaps with I, add it.
298   I->TheStores.push_back(Inst);
299
300   // At this point, we may have an interval that completely contains our store.
301   // If so, just add it to the interval and return.
302   if (I->Start <= Start && I->End >= End)
303     return;
304
305   // Now we know that Start <= I->End and End >= I->Start so the range overlaps
306   // but is not entirely contained within the range.
307
308   // See if the range extends the start of the range.  In this case, it couldn't
309   // possibly cause it to join the prior range, because otherwise we would have
310   // stopped on *it*.
311   if (Start < I->Start) {
312     I->Start = Start;
313     I->StartPtr = Ptr;
314     I->Alignment = Alignment;
315   }
316
317   // Now we know that Start <= I->End and Start >= I->Start (so the startpoint
318   // is in or right at the end of I), and that End >= I->Start.  Extend I out to
319   // End.
320   if (End > I->End) {
321     I->End = End;
322     range_iterator NextI = I;
323     while (++NextI != Ranges.end() && End >= NextI->Start) {
324       // Merge the range in.
325       I->TheStores.append(NextI->TheStores.begin(), NextI->TheStores.end());
326       if (NextI->End > I->End)
327         I->End = NextI->End;
328       Ranges.erase(NextI);
329       NextI = I;
330     }
331   }
332 }
333
334 //===----------------------------------------------------------------------===//
335 //                         MemCpyOptLegacyPass Pass
336 //===----------------------------------------------------------------------===//
337
338 namespace {
339
340 class MemCpyOptLegacyPass : public FunctionPass {
341   MemCpyOptPass Impl;
342
343 public:
344   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
345
346   MemCpyOptLegacyPass() : FunctionPass(ID) {
347     initializeMemCpyOptLegacyPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
348   }
349
350   bool runOnFunction(Function &F) override;
351
352 private:
353   // This transformation requires dominator postdominator info
354   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
355     AU.setPreservesCFG();
356     AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
357     AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
358     AU.addRequired<MemoryDependenceWrapperPass>();
359     AU.addRequired<AAResultsWrapperPass>();
360     AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
361     AU.addPreserved<GlobalsAAWrapperPass>();
362     AU.addPreserved<MemoryDependenceWrapperPass>();
363   }
364 };
365
366 } // end anonymous namespace
367
368 char MemCpyOptLegacyPass::ID = 0;
369
370 /// The public interface to this file...
371 FunctionPass *llvm::createMemCpyOptPass() { return new MemCpyOptLegacyPass(); }
372
373 INITIALIZE_PASS_BEGIN(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
374                       false, false)
375 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
376 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
377 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MemoryDependenceWrapperPass)
378 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
379 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AAResultsWrapperPass)
380 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(GlobalsAAWrapperPass)
381 INITIALIZE_PASS_END(MemCpyOptLegacyPass, "memcpyopt", "MemCpy Optimization",
382                     false, false)
383
384 /// When scanning forward over instructions, we look for some other patterns to
385 /// fold away. In particular, this looks for stores to neighboring locations of
386 /// memory. If it sees enough consecutive ones, it attempts to merge them
387 /// together into a memcpy/memset.
388 Instruction *MemCpyOptPass::tryMergingIntoMemset(Instruction *StartInst,
389                                                  Value *StartPtr,
390                                                  Value *ByteVal) {
391   const DataLayout &DL = StartInst->getModule()->getDataLayout();
392
393   // Okay, so we now have a single store that can be splatable.  Scan to find
394   // all subsequent stores of the same value to offset from the same pointer.
395   // Join these together into ranges, so we can decide whether contiguous blocks
396   // are stored.
397   MemsetRanges Ranges(DL);
398
399   BasicBlock::iterator BI(StartInst);
400   for (++BI; !BI->isTerminator(); ++BI) {
401     if (!isa<StoreInst>(BI) && !isa<MemSetInst>(BI)) {
402       // If the instruction is readnone, ignore it, otherwise bail out.  We
403       // don't even allow readonly here because we don't want something like:
404       // A[1] = 2; strlen(A); A[2] = 2; -> memcpy(A, ...); strlen(A).
405       if (BI->mayWriteToMemory() || BI->mayReadFromMemory())
406         break;
407       continue;
408     }
409
410     if (StoreInst *NextStore = dyn_cast<StoreInst>(BI)) {
411       // If this is a store, see if we can merge it in.
412       if (!NextStore->isSimple()) break;
413
414       // Check to see if this stored value is of the same byte-splattable value.
415       Value *StoredByte = isBytewiseValue(NextStore->getOperand(0));
416       if (isa<UndefValue>(ByteVal) && StoredByte)
417         ByteVal = StoredByte;
418       if (ByteVal != StoredByte)
419         break;
420
421       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
422       int64_t Offset;
423       if (!IsPointerOffset(StartPtr, NextStore->getPointerOperand(), Offset,
424                            DL))
425         break;
426
427       Ranges.addStore(Offset, NextStore);
428     } else {
429       MemSetInst *MSI = cast<MemSetInst>(BI);
430
431       if (MSI->isVolatile() || ByteVal != MSI->getValue() ||
432           !isa<ConstantInt>(MSI->getLength()))
433         break;
434
435       // Check to see if this store is to a constant offset from the start ptr.
436       int64_t Offset;
437       if (!IsPointerOffset(StartPtr, MSI->getDest(), Offset, DL))
438         break;
439
440       Ranges.addMemSet(Offset, MSI);
441     }
442   }
443
444   // If we have no ranges, then we just had a single store with nothing that
445   // could be merged in.  This is a very common case of course.
446   if (Ranges.empty())
447     return nullptr;
448
449   // If we had at least one store that could be merged in, add the starting
450   // store as well.  We try to avoid this unless there is at least something
451   // interesting as a small compile-time optimization.
452   Ranges.addInst(0, StartInst);
453
454   // If we create any memsets, we put it right before the first instruction that
455   // isn't part of the memset block.  This ensure that the memset is dominated
456   // by any addressing instruction needed by the start of the block.
457   IRBuilder<> Builder(&*BI);
458
459   // Now that we have full information about ranges, loop over the ranges and
460   // emit memset's for anything big enough to be worthwhile.
461   Instruction *AMemSet = nullptr;
462   for (const MemsetRange &Range : Ranges) {
463     if (Range.TheStores.size() == 1) continue;
464
465     // If it is profitable to lower this range to memset, do so now.
466     if (!Range.isProfitableToUseMemset(DL))
467       continue;
468
469     // Otherwise, we do want to transform this!  Create a new memset.
470     // Get the starting pointer of the block.
471     StartPtr = Range.StartPtr;
472
473     // Determine alignment
474     unsigned Alignment = Range.Alignment;
475     if (Alignment == 0) {
476       Type *EltType =
477         cast<PointerType>(StartPtr->getType())->getElementType();
478       Alignment = DL.getABITypeAlignment(EltType);
479     }
480
481     AMemSet =
482       Builder.CreateMemSet(StartPtr, ByteVal, Range.End-Range.Start, Alignment);
483
484     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Replace stores:\n"; for (Instruction *SI
485                                                    : Range.TheStores) dbgs()
486                                               << *SI << '\n';
487                dbgs() << "With: " << *AMemSet << '\n');
488
489     if (!Range.TheStores.empty())
490       AMemSet->setDebugLoc(Range.TheStores[0]->getDebugLoc());
491
492     // Zap all the stores.
493     for (Instruction *SI : Range.TheStores) {
494       MD->removeInstruction(SI);
495       SI->eraseFromParent();
496     }
497     ++NumMemSetInfer;
498   }
499
500   return AMemSet;
501 }
502
503 static unsigned findStoreAlignment(const DataLayout &DL, const StoreInst *SI) {
504   unsigned StoreAlign = SI->getAlignment();
505   if (!StoreAlign)
506     StoreAlign = DL.getABITypeAlignment(SI->getOperand(0)->getType());
507   return StoreAlign;
508 }
509
510 static unsigned findLoadAlignment(const DataLayout &DL, const LoadInst *LI) {
511   unsigned LoadAlign = LI->getAlignment();
512   if (!LoadAlign)
513     LoadAlign = DL.getABITypeAlignment(LI->getType());
514   return LoadAlign;
515 }
516
517 static unsigned findCommonAlignment(const DataLayout &DL, const StoreInst *SI,
518                                      const LoadInst *LI) {
519   unsigned StoreAlign = findStoreAlignment(DL, SI);
520   unsigned LoadAlign = findLoadAlignment(DL, LI);
521   return MinAlign(StoreAlign, LoadAlign);
522 }
523
524 // This method try to lift a store instruction before position P.
525 // It will lift the store and its argument + that anything that
526 // may alias with these.
527 // The method returns true if it was successful.
528 static bool moveUp(AliasAnalysis &AA, StoreInst *SI, Instruction *P,
529                    const LoadInst *LI) {
530   // If the store alias this position, early bail out.
531   MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
532   if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, StoreLoc)))
533     return false;
534
535   // Keep track of the arguments of all instruction we plan to lift
536   // so we can make sure to lift them as well if appropriate.
537   DenseSet<Instruction*> Args;
538   if (auto *Ptr = dyn_cast<Instruction>(SI->getPointerOperand()))
539     if (Ptr->getParent() == SI->getParent())
540       Args.insert(Ptr);
541
542   // Instruction to lift before P.
543   SmallVector<Instruction*, 8> ToLift;
544
545   // Memory locations of lifted instructions.
546   SmallVector<MemoryLocation, 8> MemLocs{StoreLoc};
547
548   // Lifted calls.
549   SmallVector<const CallBase *, 8> Calls;
550
551   const MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
552
553   for (auto I = --SI->getIterator(), E = P->getIterator(); I != E; --I) {
554     auto *C = &*I;
555
556     bool MayAlias = isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, None));
557
558     bool NeedLift = false;
559     if (Args.erase(C))
560       NeedLift = true;
561     else if (MayAlias) {
562       NeedLift = llvm::any_of(MemLocs, [C, &AA](const MemoryLocation &ML) {
563         return isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, ML));
564       });
565
566       if (!NeedLift)
567         NeedLift = llvm::any_of(Calls, [C, &AA](const CallBase *Call) {
568           return isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(C, Call));
569         });
570     }
571
572     if (!NeedLift)
573       continue;
574
575     if (MayAlias) {
576       // Since LI is implicitly moved downwards past the lifted instructions,
577       // none of them may modify its source.
578       if (isModSet(AA.getModRefInfo(C, LoadLoc)))
579         return false;
580       else if (const auto *Call = dyn_cast<CallBase>(C)) {
581         // If we can't lift this before P, it's game over.
582         if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, Call)))
583           return false;
584
585         Calls.push_back(Call);
586       } else if (isa<LoadInst>(C) || isa<StoreInst>(C) || isa<VAArgInst>(C)) {
587         // If we can't lift this before P, it's game over.
588         auto ML = MemoryLocation::get(C);
589         if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(P, ML)))
590           return false;
591
592         MemLocs.push_back(ML);
593       } else
594         // We don't know how to lift this instruction.
595         return false;
596     }
597
598     ToLift.push_back(C);
599     for (unsigned k = 0, e = C->getNumOperands(); k != e; ++k)
600       if (auto *A = dyn_cast<Instruction>(C->getOperand(k)))
601         if (A->getParent() == SI->getParent())
602           Args.insert(A);
603   }
604
605   // We made it, we need to lift
606   for (auto *I : llvm::reverse(ToLift)) {
607     LLVM_DEBUG(dbgs() << "Lifting " << *I << " before " << *P << "\n");
608     I->moveBefore(P);
609   }
610
611   return true;
612 }
613
614 bool MemCpyOptPass::processStore(StoreInst *SI, BasicBlock::iterator &BBI) {
615   if (!SI->isSimple()) return false;
616
617   // Avoid merging nontemporal stores since the resulting
618   // memcpy/memset would not be able to preserve the nontemporal hint.
619   // In theory we could teach how to propagate the !nontemporal metadata to
620   // memset calls. However, that change would force the backend to
621   // conservatively expand !nontemporal memset calls back to sequences of
622   // store instructions (effectively undoing the merging).
623   if (SI->getMetadata(LLVMContext::MD_nontemporal))
624     return false;
625
626   const DataLayout &DL = SI->getModule()->getDataLayout();
627
628   // Load to store forwarding can be interpreted as memcpy.
629   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(SI->getOperand(0))) {
630     if (LI->isSimple() && LI->hasOneUse() &&
631         LI->getParent() == SI->getParent()) {
632
633       auto *T = LI->getType();
634       if (T->isAggregateType()) {
635         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
636         MemoryLocation LoadLoc = MemoryLocation::get(LI);
637
638         // We use alias analysis to check if an instruction may store to
639         // the memory we load from in between the load and the store. If
640         // such an instruction is found, we try to promote there instead
641         // of at the store position.
642         Instruction *P = SI;
643         for (auto &I : make_range(++LI->getIterator(), SI->getIterator())) {
644           if (isModSet(AA.getModRefInfo(&I, LoadLoc))) {
645             P = &I;
646             break;
647           }
648         }
649
650         // We found an instruction that may write to the loaded memory.
651         // We can try to promote at this position instead of the store
652         // position if nothing alias the store memory after this and the store
653         // destination is not in the range.
654         if (P && P != SI) {
655           if (!moveUp(AA, SI, P, LI))
656             P = nullptr;
657         }
658
659         // If a valid insertion position is found, then we can promote
660         // the load/store pair to a memcpy.
661         if (P) {
662           // If we load from memory that may alias the memory we store to,
663           // memmove must be used to preserve semantic. If not, memcpy can
664           // be used.
665           bool UseMemMove = false;
666           if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::get(SI), LoadLoc))
667             UseMemMove = true;
668
669           uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
670
671           IRBuilder<> Builder(P);
672           Instruction *M;
673           if (UseMemMove)
674             M = Builder.CreateMemMove(
675                 SI->getPointerOperand(), findStoreAlignment(DL, SI),
676                 LI->getPointerOperand(), findLoadAlignment(DL, LI), Size);
677           else
678             M = Builder.CreateMemCpy(
679                 SI->getPointerOperand(), findStoreAlignment(DL, SI),
680                 LI->getPointerOperand(), findLoadAlignment(DL, LI), Size);
681
682           LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *LI << " to " << *SI << " => "
683                             << *M << "\n");
684
685           MD->removeInstruction(SI);
686           SI->eraseFromParent();
687           MD->removeInstruction(LI);
688           LI->eraseFromParent();
689           ++NumMemCpyInstr;
690
691           // Make sure we do not invalidate the iterator.
692           BBI = M->getIterator();
693           return true;
694         }
695       }
696
697       // Detect cases where we're performing call slot forwarding, but
698       // happen to be using a load-store pair to implement it, rather than
699       // a memcpy.
700       MemDepResult ldep = MD->getDependency(LI);
701       CallInst *C = nullptr;
702       if (ldep.isClobber() && !isa<MemCpyInst>(ldep.getInst()))
703         C = dyn_cast<CallInst>(ldep.getInst());
704
705       if (C) {
706         // Check that nothing touches the dest of the "copy" between
707         // the call and the store.
708         Value *CpyDest = SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts();
709         bool CpyDestIsLocal = isa<AllocaInst>(CpyDest);
710         AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
711         MemoryLocation StoreLoc = MemoryLocation::get(SI);
712         for (BasicBlock::iterator I = --SI->getIterator(), E = C->getIterator();
713              I != E; --I) {
714           if (isModOrRefSet(AA.getModRefInfo(&*I, StoreLoc))) {
715             C = nullptr;
716             break;
717           }
718           // The store to dest may never happen if an exception can be thrown
719           // between the load and the store.
720           if (I->mayThrow() && !CpyDestIsLocal) {
721             C = nullptr;
722             break;
723           }
724         }
725       }
726
727       if (C) {
728         bool changed = performCallSlotOptzn(
729             LI, SI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
730             LI->getPointerOperand()->stripPointerCasts(),
731             DL.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType()),
732             findCommonAlignment(DL, SI, LI), C);
733         if (changed) {
734           MD->removeInstruction(SI);
735           SI->eraseFromParent();
736           MD->removeInstruction(LI);
737           LI->eraseFromParent();
738           ++NumMemCpyInstr;
739           return true;
740         }
741       }
742     }
743   }
744
745   // There are two cases that are interesting for this code to handle: memcpy
746   // and memset.  Right now we only handle memset.
747
748   // Ensure that the value being stored is something that can be memset'able a
749   // byte at a time like "0" or "-1" or any width, as well as things like
750   // 0xA0A0A0A0 and 0.0.
751   auto *V = SI->getOperand(0);
752   if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(V)) {
753     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(SI, SI->getPointerOperand(),
754                                               ByteVal)) {
755       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
756       return true;
757     }
758
759     // If we have an aggregate, we try to promote it to memset regardless
760     // of opportunity for merging as it can expose optimization opportunities
761     // in subsequent passes.
762     auto *T = V->getType();
763     if (T->isAggregateType()) {
764       uint64_t Size = DL.getTypeStoreSize(T);
765       unsigned Align = SI->getAlignment();
766       if (!Align)
767         Align = DL.getABITypeAlignment(T);
768       IRBuilder<> Builder(SI);
769       auto *M =
770           Builder.CreateMemSet(SI->getPointerOperand(), ByteVal, Size, Align);
771
772       LLVM_DEBUG(dbgs() << "Promoting " << *SI << " to " << *M << "\n");
773
774       MD->removeInstruction(SI);
775       SI->eraseFromParent();
776       NumMemSetInfer++;
777
778       // Make sure we do not invalidate the iterator.
779       BBI = M->getIterator();
780       return true;
781     }
782   }
783
784   return false;
785 }
786
787 bool MemCpyOptPass::processMemSet(MemSetInst *MSI, BasicBlock::iterator &BBI) {
788   // See if there is another memset or store neighboring this memset which
789   // allows us to widen out the memset to do a single larger store.
790   if (isa<ConstantInt>(MSI->getLength()) && !MSI->isVolatile())
791     if (Instruction *I = tryMergingIntoMemset(MSI, MSI->getDest(),
792                                               MSI->getValue())) {
793       BBI = I->getIterator(); // Don't invalidate iterator.
794       return true;
795     }
796   return false;
797 }
798
799 /// Takes a memcpy and a call that it depends on,
800 /// and checks for the possibility of a call slot optimization by having
801 /// the call write its result directly into the destination of the memcpy.
802 bool MemCpyOptPass::performCallSlotOptzn(Instruction *cpy, Value *cpyDest,
803                                          Value *cpySrc, uint64_t cpyLen,
804                                          unsigned cpyAlign, CallInst *C) {
805   // The general transformation to keep in mind is
806   //
807   //   call @func(..., src, ...)
808   //   memcpy(dest, src, ...)
809   //
810   // ->
811   //
812   //   memcpy(dest, src, ...)
813   //   call @func(..., dest, ...)
814   //
815   // Since moving the memcpy is technically awkward, we additionally check that
816   // src only holds uninitialized values at the moment of the call, meaning that
817   // the memcpy can be discarded rather than moved.
818
819   // Lifetime marks shouldn't be operated on.
820   if (Function *F = C->getCalledFunction())
821     if (F->isIntrinsic() && F->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
822       return false;
823
824   // Deliberately get the source and destination with bitcasts stripped away,
825   // because we'll need to do type comparisons based on the underlying type.
826   CallSite CS(C);
827
828   // Require that src be an alloca.  This simplifies the reasoning considerably.
829   AllocaInst *srcAlloca = dyn_cast<AllocaInst>(cpySrc);
830   if (!srcAlloca)
831     return false;
832
833   ConstantInt *srcArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(srcAlloca->getArraySize());
834   if (!srcArraySize)
835     return false;
836
837   const DataLayout &DL = cpy->getModule()->getDataLayout();
838   uint64_t srcSize = DL.getTypeAllocSize(srcAlloca->getAllocatedType()) *
839                      srcArraySize->getZExtValue();
840
841   if (cpyLen < srcSize)
842     return false;
843
844   // Check that accessing the first srcSize bytes of dest will not cause a
845   // trap.  Otherwise the transform is invalid since it might cause a trap
846   // to occur earlier than it otherwise would.
847   if (AllocaInst *A = dyn_cast<AllocaInst>(cpyDest)) {
848     // The destination is an alloca.  Check it is larger than srcSize.
849     ConstantInt *destArraySize = dyn_cast<ConstantInt>(A->getArraySize());
850     if (!destArraySize)
851       return false;
852
853     uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(A->getAllocatedType()) *
854                         destArraySize->getZExtValue();
855
856     if (destSize < srcSize)
857       return false;
858   } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(cpyDest)) {
859     // The store to dest may never happen if the call can throw.
860     if (C->mayThrow())
861       return false;
862
863     if (A->getDereferenceableBytes() < srcSize) {
864       // If the destination is an sret parameter then only accesses that are
865       // outside of the returned struct type can trap.
866       if (!A->hasStructRetAttr())
867         return false;
868
869       Type *StructTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
870       if (!StructTy->isSized()) {
871         // The call may never return and hence the copy-instruction may never
872         // be executed, and therefore it's not safe to say "the destination
873         // has at least <cpyLen> bytes, as implied by the copy-instruction",
874         return false;
875       }
876
877       uint64_t destSize = DL.getTypeAllocSize(StructTy);
878       if (destSize < srcSize)
879         return false;
880     }
881   } else {
882     return false;
883   }
884
885   // Check that dest points to memory that is at least as aligned as src.
886   unsigned srcAlign = srcAlloca->getAlignment();
887   if (!srcAlign)
888     srcAlign = DL.getABITypeAlignment(srcAlloca->getAllocatedType());
889   bool isDestSufficientlyAligned = srcAlign <= cpyAlign;
890   // If dest is not aligned enough and we can't increase its alignment then
891   // bail out.
892   if (!isDestSufficientlyAligned && !isa<AllocaInst>(cpyDest))
893     return false;
894
895   // Check that src is not accessed except via the call and the memcpy.  This
896   // guarantees that it holds only undefined values when passed in (so the final
897   // memcpy can be dropped), that it is not read or written between the call and
898   // the memcpy, and that writing beyond the end of it is undefined.
899   SmallVector<User*, 8> srcUseList(srcAlloca->user_begin(),
900                                    srcAlloca->user_end());
901   while (!srcUseList.empty()) {
902     User *U = srcUseList.pop_back_val();
903
904     if (isa<BitCastInst>(U) || isa<AddrSpaceCastInst>(U)) {
905       for (User *UU : U->users())
906         srcUseList.push_back(UU);
907       continue;
908     }
909     if (GetElementPtrInst *G = dyn_cast<GetElementPtrInst>(U)) {
910       if (!G->hasAllZeroIndices())
911         return false;
912
913       for (User *UU : U->users())
914         srcUseList.push_back(UU);
915       continue;
916     }
917     if (const IntrinsicInst *IT = dyn_cast<IntrinsicInst>(U))
918       if (IT->isLifetimeStartOrEnd())
919         continue;
920
921     if (U != C && U != cpy)
922       return false;
923   }
924
925   // Check that src isn't captured by the called function since the
926   // transformation can cause aliasing issues in that case.
927   for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
928     if (CS.getArgument(i) == cpySrc && !CS.doesNotCapture(i))
929       return false;
930
931   // Since we're changing the parameter to the callsite, we need to make sure
932   // that what would be the new parameter dominates the callsite.
933   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
934   if (Instruction *cpyDestInst = dyn_cast<Instruction>(cpyDest))
935     if (!DT.dominates(cpyDestInst, C))
936       return false;
937
938   // In addition to knowing that the call does not access src in some
939   // unexpected manner, for example via a global, which we deduce from
940   // the use analysis, we also need to know that it does not sneakily
941   // access dest.  We rely on AA to figure this out for us.
942   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
943   ModRefInfo MR = AA.getModRefInfo(C, cpyDest, LocationSize::precise(srcSize));
944   // If necessary, perform additional analysis.
945   if (isModOrRefSet(MR))
946     MR = AA.callCapturesBefore(C, cpyDest, LocationSize::precise(srcSize), &DT);
947   if (isModOrRefSet(MR))
948     return false;
949
950   // We can't create address space casts here because we don't know if they're
951   // safe for the target.
952   if (cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
953       cpyDest->getType()->getPointerAddressSpace())
954     return false;
955   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
956     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc &&
957         cpySrc->getType()->getPointerAddressSpace() !=
958         CS.getArgument(i)->getType()->getPointerAddressSpace())
959       return false;
960
961   // All the checks have passed, so do the transformation.
962   bool changedArgument = false;
963   for (unsigned i = 0; i < CS.arg_size(); ++i)
964     if (CS.getArgument(i)->stripPointerCasts() == cpySrc) {
965       Value *Dest = cpySrc->getType() == cpyDest->getType() ?  cpyDest
966         : CastInst::CreatePointerCast(cpyDest, cpySrc->getType(),
967                                       cpyDest->getName(), C);
968       changedArgument = true;
969       if (CS.getArgument(i)->getType() == Dest->getType())
970         CS.setArgument(i, Dest);
971       else
972         CS.setArgument(i, CastInst::CreatePointerCast(Dest,
973                           CS.getArgument(i)->getType(), Dest->getName(), C));
974     }
975
976   if (!changedArgument)
977     return false;
978
979   // If the destination wasn't sufficiently aligned then increase its alignment.
980   if (!isDestSufficientlyAligned) {
981     assert(isa<AllocaInst>(cpyDest) && "Can only increase alloca alignment!");
982     cast<AllocaInst>(cpyDest)->setAlignment(srcAlign);
983   }
984
985   // Drop any cached information about the call, because we may have changed
986   // its dependence information by changing its parameter.
987   MD->removeInstruction(C);
988
989   // Update AA metadata
990   // FIXME: MD_tbaa_struct and MD_mem_parallel_loop_access should also be
991   // handled here, but combineMetadata doesn't support them yet
992   unsigned KnownIDs[] = {LLVMContext::MD_tbaa, LLVMContext::MD_alias_scope,
993                          LLVMContext::MD_noalias,
994                          LLVMContext::MD_invariant_group,
995                          LLVMContext::MD_access_group};
996   combineMetadata(C, cpy, KnownIDs, true);
997
998   // Remove the memcpy.
999   MD->removeInstruction(cpy);
1000   ++NumMemCpyInstr;
1001
1002   return true;
1003 }
1004
1005 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of memcpy 'M' is
1006 /// the memcpy 'MDep'. Try to simplify M to copy from MDep's input if we can.
1007 bool MemCpyOptPass::processMemCpyMemCpyDependence(MemCpyInst *M,
1008                                                   MemCpyInst *MDep) {
1009   // We can only transforms memcpy's where the dest of one is the source of the
1010   // other.
1011   if (M->getSource() != MDep->getDest() || MDep->isVolatile())
1012     return false;
1013
1014   // If dep instruction is reading from our current input, then it is a noop
1015   // transfer and substituting the input won't change this instruction.  Just
1016   // ignore the input and let someone else zap MDep.  This handles cases like:
1017   //    memcpy(a <- a)
1018   //    memcpy(b <- a)
1019   if (M->getSource() == MDep->getSource())
1020     return false;
1021
1022   // Second, the length of the memcpy's must be the same, or the preceding one
1023   // must be larger than the following one.
1024   ConstantInt *MDepLen = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1025   ConstantInt *MLen = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1026   if (!MDepLen || !MLen || MDepLen->getZExtValue() < MLen->getZExtValue())
1027     return false;
1028
1029   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1030
1031   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the two
1032   // transfers.  For example, in:
1033   //    memcpy(a <- b)
1034   //    *b = 42;
1035   //    memcpy(c <- a)
1036   // It would be invalid to transform the second memcpy into memcpy(c <- b).
1037   //
1038   // TODO: If the code between M and MDep is transparent to the destination "c",
1039   // then we could still perform the xform by moving M up to the first memcpy.
1040   //
1041   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1042   // not just the defining memcpy.
1043   MemDepResult SourceDep =
1044       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1045                                    M->getIterator(), M->getParent());
1046   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1047     return false;
1048
1049   // If the dest of the second might alias the source of the first, then the
1050   // source and dest might overlap.  We still want to eliminate the intermediate
1051   // value, but we have to generate a memmove instead of memcpy.
1052   bool UseMemMove = false;
1053   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1054                     MemoryLocation::getForSource(MDep)))
1055     UseMemMove = true;
1056
1057   // If all checks passed, then we can transform M.
1058   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Forwarding memcpy->memcpy src:\n"
1059                     << *MDep << '\n' << *M << '\n');
1060
1061   // TODO: Is this worth it if we're creating a less aligned memcpy? For
1062   // example we could be moving from movaps -> movq on x86.
1063   IRBuilder<> Builder(M);
1064   if (UseMemMove)
1065     Builder.CreateMemMove(M->getRawDest(), M->getDestAlignment(),
1066                           MDep->getRawSource(), MDep->getSourceAlignment(),
1067                           M->getLength(), M->isVolatile());
1068   else
1069     Builder.CreateMemCpy(M->getRawDest(), M->getDestAlignment(),
1070                          MDep->getRawSource(), MDep->getSourceAlignment(),
1071                          M->getLength(), M->isVolatile());
1072
1073   // Remove the instruction we're replacing.
1074   MD->removeInstruction(M);
1075   M->eraseFromParent();
1076   ++NumMemCpyInstr;
1077   return true;
1078 }
1079
1080 /// We've found that the (upward scanning) memory dependence of \p MemCpy is
1081 /// \p MemSet.  Try to simplify \p MemSet to only set the trailing bytes that
1082 /// weren't copied over by \p MemCpy.
1083 ///
1084 /// In other words, transform:
1085 /// \code
1086 ///   memset(dst, c, dst_size);
1087 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1088 /// \endcode
1089 /// into:
1090 /// \code
1091 ///   memcpy(dst, src, src_size);
1092 ///   memset(dst + src_size, c, dst_size <= src_size ? 0 : dst_size - src_size);
1093 /// \endcode
1094 bool MemCpyOptPass::processMemSetMemCpyDependence(MemCpyInst *MemCpy,
1095                                                   MemSetInst *MemSet) {
1096   // We can only transform memset/memcpy with the same destination.
1097   if (MemSet->getDest() != MemCpy->getDest())
1098     return false;
1099
1100   // Check that there are no other dependencies on the memset destination.
1101   MemDepResult DstDepInfo =
1102       MD->getPointerDependencyFrom(MemoryLocation::getForDest(MemSet), false,
1103                                    MemCpy->getIterator(), MemCpy->getParent());
1104   if (DstDepInfo.getInst() != MemSet)
1105     return false;
1106
1107   // Use the same i8* dest as the memcpy, killing the memset dest if different.
1108   Value *Dest = MemCpy->getRawDest();
1109   Value *DestSize = MemSet->getLength();
1110   Value *SrcSize = MemCpy->getLength();
1111
1112   // By default, create an unaligned memset.
1113   unsigned Align = 1;
1114   // If Dest is aligned, and SrcSize is constant, use the minimum alignment
1115   // of the sum.
1116   const unsigned DestAlign =
1117       std::max(MemSet->getDestAlignment(), MemCpy->getDestAlignment());
1118   if (DestAlign > 1)
1119     if (ConstantInt *SrcSizeC = dyn_cast<ConstantInt>(SrcSize))
1120       Align = MinAlign(SrcSizeC->getZExtValue(), DestAlign);
1121
1122   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1123
1124   // If the sizes have different types, zext the smaller one.
1125   if (DestSize->getType() != SrcSize->getType()) {
1126     if (DestSize->getType()->getIntegerBitWidth() >
1127         SrcSize->getType()->getIntegerBitWidth())
1128       SrcSize = Builder.CreateZExt(SrcSize, DestSize->getType());
1129     else
1130       DestSize = Builder.CreateZExt(DestSize, SrcSize->getType());
1131   }
1132
1133   Value *Ule = Builder.CreateICmpULE(DestSize, SrcSize);
1134   Value *SizeDiff = Builder.CreateSub(DestSize, SrcSize);
1135   Value *MemsetLen = Builder.CreateSelect(
1136       Ule, ConstantInt::getNullValue(DestSize->getType()), SizeDiff);
1137   Builder.CreateMemSet(
1138       Builder.CreateGEP(Dest->getType()->getPointerElementType(), Dest,
1139                         SrcSize),
1140       MemSet->getOperand(1), MemsetLen, Align);
1141
1142   MD->removeInstruction(MemSet);
1143   MemSet->eraseFromParent();
1144   return true;
1145 }
1146
1147 /// Determine whether the instruction has undefined content for the given Size,
1148 /// either because it was freshly alloca'd or started its lifetime.
1149 static bool hasUndefContents(Instruction *I, ConstantInt *Size) {
1150   if (isa<AllocaInst>(I))
1151     return true;
1152
1153   if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I))
1154     if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start)
1155       if (ConstantInt *LTSize = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0)))
1156         if (LTSize->getZExtValue() >= Size->getZExtValue())
1157           return true;
1158
1159   return false;
1160 }
1161
1162 /// Transform memcpy to memset when its source was just memset.
1163 /// In other words, turn:
1164 /// \code
1165 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1166 ///   memcpy(dst2, dst1, dst2_size);
1167 /// \endcode
1168 /// into:
1169 /// \code
1170 ///   memset(dst1, c, dst1_size);
1171 ///   memset(dst2, c, dst2_size);
1172 /// \endcode
1173 /// When dst2_size <= dst1_size.
1174 ///
1175 /// The \p MemCpy must have a Constant length.
1176 bool MemCpyOptPass::performMemCpyToMemSetOptzn(MemCpyInst *MemCpy,
1177                                                MemSetInst *MemSet) {
1178   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1179
1180   // Make sure that memcpy(..., memset(...), ...), that is we are memsetting and
1181   // memcpying from the same address. Otherwise it is hard to reason about.
1182   if (!AA.isMustAlias(MemSet->getRawDest(), MemCpy->getRawSource()))
1183     return false;
1184
1185   // A known memset size is required.
1186   ConstantInt *MemSetSize = dyn_cast<ConstantInt>(MemSet->getLength());
1187   if (!MemSetSize)
1188     return false;
1189
1190   // Make sure the memcpy doesn't read any more than what the memset wrote.
1191   // Don't worry about sizes larger than i64.
1192   ConstantInt *CopySize = cast<ConstantInt>(MemCpy->getLength());
1193   if (CopySize->getZExtValue() > MemSetSize->getZExtValue()) {
1194     // If the memcpy is larger than the memset, but the memory was undef prior
1195     // to the memset, we can just ignore the tail. Technically we're only
1196     // interested in the bytes from MemSetSize..CopySize here, but as we can't
1197     // easily represent this location, we use the full 0..CopySize range.
1198     MemoryLocation MemCpyLoc = MemoryLocation::getForSource(MemCpy);
1199     MemDepResult DepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1200         MemCpyLoc, true, MemSet->getIterator(), MemSet->getParent());
1201     if (DepInfo.isDef() && hasUndefContents(DepInfo.getInst(), CopySize))
1202       CopySize = MemSetSize;
1203     else
1204       return false;
1205   }
1206
1207   IRBuilder<> Builder(MemCpy);
1208   Builder.CreateMemSet(MemCpy->getRawDest(), MemSet->getOperand(1),
1209                        CopySize, MemCpy->getDestAlignment());
1210   return true;
1211 }
1212
1213 /// Perform simplification of memcpy's.  If we have memcpy A
1214 /// which copies X to Y, and memcpy B which copies Y to Z, then we can rewrite
1215 /// B to be a memcpy from X to Z (or potentially a memmove, depending on
1216 /// circumstances). This allows later passes to remove the first memcpy
1217 /// altogether.
1218 bool MemCpyOptPass::processMemCpy(MemCpyInst *M) {
1219   // We can only optimize non-volatile memcpy's.
1220   if (M->isVolatile()) return false;
1221
1222   // If the source and destination of the memcpy are the same, then zap it.
1223   if (M->getSource() == M->getDest()) {
1224     MD->removeInstruction(M);
1225     M->eraseFromParent();
1226     return false;
1227   }
1228
1229   // If copying from a constant, try to turn the memcpy into a memset.
1230   if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(M->getSource()))
1231     if (GV->isConstant() && GV->hasDefinitiveInitializer())
1232       if (Value *ByteVal = isBytewiseValue(GV->getInitializer())) {
1233         IRBuilder<> Builder(M);
1234         Builder.CreateMemSet(M->getRawDest(), ByteVal, M->getLength(),
1235                              M->getDestAlignment(), false);
1236         MD->removeInstruction(M);
1237         M->eraseFromParent();
1238         ++NumCpyToSet;
1239         return true;
1240       }
1241
1242   MemDepResult DepInfo = MD->getDependency(M);
1243
1244   // Try to turn a partially redundant memset + memcpy into
1245   // memcpy + smaller memset.  We don't need the memcpy size for this.
1246   if (DepInfo.isClobber())
1247     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(DepInfo.getInst()))
1248       if (processMemSetMemCpyDependence(M, MDep))
1249         return true;
1250
1251   // The optimizations after this point require the memcpy size.
1252   ConstantInt *CopySize = dyn_cast<ConstantInt>(M->getLength());
1253   if (!CopySize) return false;
1254
1255   // There are four possible optimizations we can do for memcpy:
1256   //   a) memcpy-memcpy xform which exposes redundance for DSE.
1257   //   b) call-memcpy xform for return slot optimization.
1258   //   c) memcpy from freshly alloca'd space or space that has just started its
1259   //      lifetime copies undefined data, and we can therefore eliminate the
1260   //      memcpy in favor of the data that was already at the destination.
1261   //   d) memcpy from a just-memset'd source can be turned into memset.
1262   if (DepInfo.isClobber()) {
1263     if (CallInst *C = dyn_cast<CallInst>(DepInfo.getInst())) {
1264       // FIXME: Can we pass in either of dest/src alignment here instead
1265       // of conservatively taking the minimum?
1266       unsigned Align = MinAlign(M->getDestAlignment(), M->getSourceAlignment());
1267       if (performCallSlotOptzn(M, M->getDest(), M->getSource(),
1268                                CopySize->getZExtValue(), Align,
1269                                C)) {
1270         MD->removeInstruction(M);
1271         M->eraseFromParent();
1272         return true;
1273       }
1274     }
1275   }
1276
1277   MemoryLocation SrcLoc = MemoryLocation::getForSource(M);
1278   MemDepResult SrcDepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1279       SrcLoc, true, M->getIterator(), M->getParent());
1280
1281   if (SrcDepInfo.isClobber()) {
1282     if (MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1283       return processMemCpyMemCpyDependence(M, MDep);
1284   } else if (SrcDepInfo.isDef()) {
1285     if (hasUndefContents(SrcDepInfo.getInst(), CopySize)) {
1286       MD->removeInstruction(M);
1287       M->eraseFromParent();
1288       ++NumMemCpyInstr;
1289       return true;
1290     }
1291   }
1292
1293   if (SrcDepInfo.isClobber())
1294     if (MemSetInst *MDep = dyn_cast<MemSetInst>(SrcDepInfo.getInst()))
1295       if (performMemCpyToMemSetOptzn(M, MDep)) {
1296         MD->removeInstruction(M);
1297         M->eraseFromParent();
1298         ++NumCpyToSet;
1299         return true;
1300       }
1301
1302   return false;
1303 }
1304
1305 /// Transforms memmove calls to memcpy calls when the src/dst are guaranteed
1306 /// not to alias.
1307 bool MemCpyOptPass::processMemMove(MemMoveInst *M) {
1308   AliasAnalysis &AA = LookupAliasAnalysis();
1309
1310   if (!TLI->has(LibFunc_memmove))
1311     return false;
1312
1313   // See if the pointers alias.
1314   if (!AA.isNoAlias(MemoryLocation::getForDest(M),
1315                     MemoryLocation::getForSource(M)))
1316     return false;
1317
1318   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Optimizing memmove -> memcpy: " << *M
1319                     << "\n");
1320
1321   // If not, then we know we can transform this.
1322   Type *ArgTys[3] = { M->getRawDest()->getType(),
1323                       M->getRawSource()->getType(),
1324                       M->getLength()->getType() };
1325   M->setCalledFunction(Intrinsic::getDeclaration(M->getModule(),
1326                                                  Intrinsic::memcpy, ArgTys));
1327
1328   // MemDep may have over conservative information about this instruction, just
1329   // conservatively flush it from the cache.
1330   MD->removeInstruction(M);
1331
1332   ++NumMoveToCpy;
1333   return true;
1334 }
1335
1336 /// This is called on every byval argument in call sites.
1337 bool MemCpyOptPass::processByValArgument(CallSite CS, unsigned ArgNo) {
1338   const DataLayout &DL = CS.getCaller()->getParent()->getDataLayout();
1339   // Find out what feeds this byval argument.
1340   Value *ByValArg = CS.getArgument(ArgNo);
1341   Type *ByValTy = cast<PointerType>(ByValArg->getType())->getElementType();
1342   uint64_t ByValSize = DL.getTypeAllocSize(ByValTy);
1343   MemDepResult DepInfo = MD->getPointerDependencyFrom(
1344       MemoryLocation(ByValArg, LocationSize::precise(ByValSize)), true,
1345       CS.getInstruction()->getIterator(), CS.getInstruction()->getParent());
1346   if (!DepInfo.isClobber())
1347     return false;
1348
1349   // If the byval argument isn't fed by a memcpy, ignore it.  If it is fed by
1350   // a memcpy, see if we can byval from the source of the memcpy instead of the
1351   // result.
1352   MemCpyInst *MDep = dyn_cast<MemCpyInst>(DepInfo.getInst());
1353   if (!MDep || MDep->isVolatile() ||
1354       ByValArg->stripPointerCasts() != MDep->getDest())
1355     return false;
1356
1357   // The length of the memcpy must be larger or equal to the size of the byval.
1358   ConstantInt *C1 = dyn_cast<ConstantInt>(MDep->getLength());
1359   if (!C1 || C1->getValue().getZExtValue() < ByValSize)
1360     return false;
1361
1362   // Get the alignment of the byval.  If the call doesn't specify the alignment,
1363   // then it is some target specific value that we can't know.
1364   unsigned ByValAlign = CS.getParamAlignment(ArgNo);
1365   if (ByValAlign == 0) return false;
1366
1367   // If it is greater than the memcpy, then we check to see if we can force the
1368   // source of the memcpy to the alignment we need.  If we fail, we bail out.
1369   AssumptionCache &AC = LookupAssumptionCache();
1370   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
1371   if (MDep->getSourceAlignment() < ByValAlign &&
1372       getOrEnforceKnownAlignment(MDep->getSource(), ByValAlign, DL,
1373                                  CS.getInstruction(), &AC, &DT) < ByValAlign)
1374     return false;
1375
1376   // The address space of the memcpy source must match the byval argument
1377   if (MDep->getSource()->getType()->getPointerAddressSpace() !=
1378       ByValArg->getType()->getPointerAddressSpace())
1379     return false;
1380
1381   // Verify that the copied-from memory doesn't change in between the memcpy and
1382   // the byval call.
1383   //    memcpy(a <- b)
1384   //    *b = 42;
1385   //    foo(*a)
1386   // It would be invalid to transform the second memcpy into foo(*b).
1387   //
1388   // NOTE: This is conservative, it will stop on any read from the source loc,
1389   // not just the defining memcpy.
1390   MemDepResult SourceDep = MD->getPointerDependencyFrom(
1391       MemoryLocation::getForSource(MDep), false,
1392       CS.getInstruction()->getIterator(), MDep->getParent());
1393   if (!SourceDep.isClobber() || SourceDep.getInst() != MDep)
1394     return false;
1395
1396   Value *TmpCast = MDep->getSource();
1397   if (MDep->getSource()->getType() != ByValArg->getType())
1398     TmpCast = new BitCastInst(MDep->getSource(), ByValArg->getType(),
1399                               "tmpcast", CS.getInstruction());
1400
1401   LLVM_DEBUG(dbgs() << "MemCpyOptPass: Forwarding memcpy to byval:\n"
1402                     << "  " << *MDep << "\n"
1403                     << "  " << *CS.getInstruction() << "\n");
1404
1405   // Otherwise we're good!  Update the byval argument.
1406   CS.setArgument(ArgNo, TmpCast);
1407   ++NumMemCpyInstr;
1408   return true;
1409 }
1410
1411 /// Executes one iteration of MemCpyOptPass.
1412 bool MemCpyOptPass::iterateOnFunction(Function &F) {
1413   bool MadeChange = false;
1414
1415   DominatorTree &DT = LookupDomTree();
1416
1417   // Walk all instruction in the function.
1418   for (BasicBlock &BB : F) {
1419     // Skip unreachable blocks. For example processStore assumes that an
1420     // instruction in a BB can't be dominated by a later instruction in the
1421     // same BB (which is a scenario that can happen for an unreachable BB that
1422     // has itself as a predecessor).
1423     if (!DT.isReachableFromEntry(&BB))
1424       continue;
1425
1426     for (BasicBlock::iterator BI = BB.begin(), BE = BB.end(); BI != BE;) {
1427         // Avoid invalidating the iterator.
1428       Instruction *I = &*BI++;
1429
1430       bool RepeatInstruction = false;
1431
1432       if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
1433         MadeChange |= processStore(SI, BI);
1434       else if (MemSetInst *M = dyn_cast<MemSetInst>(I))
1435         RepeatInstruction = processMemSet(M, BI);
1436       else if (MemCpyInst *M = dyn_cast<MemCpyInst>(I))
1437         RepeatInstruction = processMemCpy(M);
1438       else if (MemMoveInst *M = dyn_cast<MemMoveInst>(I))
1439         RepeatInstruction = processMemMove(M);
1440       else if (auto CS = CallSite(I)) {
1441         for (unsigned i = 0, e = CS.arg_size(); i != e; ++i)
1442           if (CS.isByValArgument(i))
1443             MadeChange |= processByValArgument(CS, i);
1444       }
1445
1446       // Reprocess the instruction if desired.
1447       if (RepeatInstruction) {
1448         if (BI != BB.begin())
1449           --BI;
1450         MadeChange = true;
1451       }
1452     }
1453   }
1454
1455   return MadeChange;
1456 }
1457
1458 PreservedAnalyses MemCpyOptPass::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
1459   auto &MD = AM.getResult<MemoryDependenceAnalysis>(F);
1460   auto &TLI = AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F);
1461
1462   auto LookupAliasAnalysis = [&]() -> AliasAnalysis & {
1463     return AM.getResult<AAManager>(F);
1464   };
1465   auto LookupAssumptionCache = [&]() -> AssumptionCache & {
1466     return AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F);
1467   };
1468   auto LookupDomTree = [&]() -> DominatorTree & {
1469     return AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F);
1470   };
1471
1472   bool MadeChange = runImpl(F, &MD, &TLI, LookupAliasAnalysis,
1473                             LookupAssumptionCache, LookupDomTree);
1474   if (!MadeChange)
1475     return PreservedAnalyses::all();
1476
1477   PreservedAnalyses PA;
1478   PA.preserveSet<CFGAnalyses>();
1479   PA.preserve<GlobalsAA>();
1480   PA.preserve<MemoryDependenceAnalysis>();
1481   return PA;
1482 }
1483
1484 bool MemCpyOptPass::runImpl(
1485     Function &F, MemoryDependenceResults *MD_, TargetLibraryInfo *TLI_,
1486     std::function<AliasAnalysis &()> LookupAliasAnalysis_,
1487     std::function<AssumptionCache &()> LookupAssumptionCache_,
1488     std::function<DominatorTree &()> LookupDomTree_) {
1489   bool MadeChange = false;
1490   MD = MD_;
1491   TLI = TLI_;
1492   LookupAliasAnalysis = std::move(LookupAliasAnalysis_);
1493   LookupAssumptionCache = std::move(LookupAssumptionCache_);
1494   LookupDomTree = std::move(LookupDomTree_);
1495
1496   // If we don't have at least memset and memcpy, there is little point of doing
1497   // anything here.  These are required by a freestanding implementation, so if
1498   // even they are disabled, there is no point in trying hard.
1499   if (!TLI->has(LibFunc_memset) || !TLI->has(LibFunc_memcpy))
1500     return false;
1501
1502   while (true) {
1503     if (!iterateOnFunction(F))
1504       break;
1505     MadeChange = true;
1506   }
1507
1508   MD = nullptr;
1509   return MadeChange;
1510 }
1511
1512 /// This is the main transformation entry point for a function.
1513 bool MemCpyOptLegacyPass::runOnFunction(Function &F) {
1514   if (skipFunction(F))
1515     return false;
1516
1517   auto *MD = &getAnalysis<MemoryDependenceWrapperPass>().getMemDep();
1518   auto *TLI = &getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
1519
1520   auto LookupAliasAnalysis = [this]() -> AliasAnalysis & {
1521     return getAnalysis<AAResultsWrapperPass>().getAAResults();
1522   };
1523   auto LookupAssumptionCache = [this, &F]() -> AssumptionCache & {
1524     return getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F);
1525   };
1526   auto LookupDomTree = [this]() -> DominatorTree & {
1527     return getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>().getDomTree();
1528   };
1529
1530   return Impl.runImpl(F, MD, TLI, LookupAliasAnalysis, LookupAssumptionCache,
1531                       LookupDomTree);
1532 }