]> Gitweb @ Texas Instruments - Open Source Git Repositories - git.TI.com/gitweb - opencl/llvm.git/blobdiff - lib/Transforms/InstCombine/InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
[canonicalize] Teach InstCombine to canonicalize loads which are only
[opencl/llvm.git] / lib / Transforms / InstCombine / InstCombineLoadStoreAlloca.cpp
index bdd2edb991cca964a2d8a58cb5ad53adb23cf475..54b1af8ea79199e223bc4bbb449bc0662b3747dc 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "InstCombine.h"
-#include "llvm/IntrinsicInst.h"
+#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 #include "llvm/Analysis/Loads.h"
-#include "llvm/Target/TargetData.h"
+#include "llvm/IR/DataLayout.h"
+#include "llvm/IR/LLVMContext.h"
+#include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h"
 #include "llvm/Transforms/Utils/Local.h"
-#include "llvm/ADT/Statistic.h"
 using namespace llvm;
 
-STATISTIC(NumDeadStore, "Number of dead stores eliminated");
+#define DEBUG_TYPE "instcombine"
+
+STATISTIC(NumDeadStore,    "Number of dead stores eliminated");
+STATISTIC(NumGlobalCopies, "Number of allocas copied from constant global");
+
+/// pointsToConstantGlobal - Return true if V (possibly indirectly) points to
+/// some part of a constant global variable.  This intentionally only accepts
+/// constant expressions because we can't rewrite arbitrary instructions.
+static bool pointsToConstantGlobal(Value *V) {
+  if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V))
+    return GV->isConstant();
+
+  if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(V)) {
+    if (CE->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
+        CE->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast ||
+        CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr)
+      return pointsToConstantGlobal(CE->getOperand(0));
+  }
+  return false;
+}
+
+/// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Recursively walk the uses of a (derived)
+/// pointer to an alloca.  Ignore any reads of the pointer, return false if we
+/// see any stores or other unknown uses.  If we see pointer arithmetic, keep
+/// track of whether it moves the pointer (with IsOffset) but otherwise traverse
+/// the uses.  If we see a memcpy/memmove that targets an unoffseted pointer to
+/// the alloca, and if the source pointer is a pointer to a constant global, we
+/// can optimize this.
+static bool
+isOnlyCopiedFromConstantGlobal(Value *V, MemTransferInst *&TheCopy,
+                               SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
+  // We track lifetime intrinsics as we encounter them.  If we decide to go
+  // ahead and replace the value with the global, this lets the caller quickly
+  // eliminate the markers.
+
+  SmallVector<std::pair<Value *, bool>, 35> ValuesToInspect;
+  ValuesToInspect.push_back(std::make_pair(V, false));
+  while (!ValuesToInspect.empty()) {
+    auto ValuePair = ValuesToInspect.pop_back_val();
+    const bool IsOffset = ValuePair.second;
+    for (auto &U : ValuePair.first->uses()) {
+      Instruction *I = cast<Instruction>(U.getUser());
+
+      if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I)) {
+        // Ignore non-volatile loads, they are always ok.
+        if (!LI->isSimple()) return false;
+        continue;
+      }
+
+      if (isa<BitCastInst>(I) || isa<AddrSpaceCastInst>(I)) {
+        // If uses of the bitcast are ok, we are ok.
+        ValuesToInspect.push_back(std::make_pair(I, IsOffset));
+        continue;
+      }
+      if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(I)) {
+        // If the GEP has all zero indices, it doesn't offset the pointer. If it
+        // doesn't, it does.
+        ValuesToInspect.push_back(
+            std::make_pair(I, IsOffset || !GEP->hasAllZeroIndices()));
+        continue;
+      }
+
+      if (CallSite CS = I) {
+        // If this is the function being called then we treat it like a load and
+        // ignore it.
+        if (CS.isCallee(&U))
+          continue;
+
+        // Inalloca arguments are clobbered by the call.
+        unsigned ArgNo = CS.getArgumentNo(&U);
+        if (CS.isInAllocaArgument(ArgNo))
+          return false;
+
+        // If this is a readonly/readnone call site, then we know it is just a
+        // load (but one that potentially returns the value itself), so we can
+        // ignore it if we know that the value isn't captured.
+        if (CS.onlyReadsMemory() &&
+            (CS.getInstruction()->use_empty() || CS.doesNotCapture(ArgNo)))
+          continue;
+
+        // If this is being passed as a byval argument, the caller is making a
+        // copy, so it is only a read of the alloca.
+        if (CS.isByValArgument(ArgNo))
+          continue;
+      }
+
+      // Lifetime intrinsics can be handled by the caller.
+      if (IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(I)) {
+        if (II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_start ||
+            II->getIntrinsicID() == Intrinsic::lifetime_end) {
+          assert(II->use_empty() && "Lifetime markers have no result to use!");
+          ToDelete.push_back(II);
+          continue;
+        }
+      }
+
+      // If this is isn't our memcpy/memmove, reject it as something we can't
+      // handle.
+      MemTransferInst *MI = dyn_cast<MemTransferInst>(I);
+      if (!MI)
+        return false;
+
+      // If the transfer is using the alloca as a source of the transfer, then
+      // ignore it since it is a load (unless the transfer is volatile).
+      if (U.getOperandNo() == 1) {
+        if (MI->isVolatile()) return false;
+        continue;
+      }
+
+      // If we already have seen a copy, reject the second one.
+      if (TheCopy) return false;
+
+      // If the pointer has been offset from the start of the alloca, we can't
+      // safely handle this.
+      if (IsOffset) return false;
+
+      // If the memintrinsic isn't using the alloca as the dest, reject it.
+      if (U.getOperandNo() != 0) return false;
+
+      // If the source of the memcpy/move is not a constant global, reject it.
+      if (!pointsToConstantGlobal(MI->getSource()))
+        return false;
+
+      // Otherwise, the transform is safe.  Remember the copy instruction.
+      TheCopy = MI;
+    }
+  }
+  return true;
+}
+
+/// isOnlyCopiedFromConstantGlobal - Return true if the specified alloca is only
+/// modified by a copy from a constant global.  If we can prove this, we can
+/// replace any uses of the alloca with uses of the global directly.
+static MemTransferInst *
+isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AllocaInst *AI,
+                               SmallVectorImpl<Instruction *> &ToDelete) {
+  MemTransferInst *TheCopy = nullptr;
+  if (isOnlyCopiedFromConstantGlobal(AI, TheCopy, ToDelete))
+    return TheCopy;
+  return nullptr;
+}
 
 Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
   // Ensure that the alloca array size argument has type intptr_t, so that
   // any casting is exposed early.
-  if (TD) {
-    Type *IntPtrTy = TD->getIntPtrType(AI.getContext());
+  if (DL) {
+    Type *IntPtrTy = DL->getIntPtrType(AI.getType());
     if (AI.getArraySize()->getType() != IntPtrTy) {
       Value *V = Builder->CreateIntCast(AI.getArraySize(),
                                         IntPtrTy, false);
@@ -38,10 +179,9 @@ Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
   // Convert: alloca Ty, C - where C is a constant != 1 into: alloca [C x Ty], 1
   if (AI.isArrayAllocation()) {  // Check C != 1
     if (const ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(AI.getArraySize())) {
-      Type *NewTy = 
+      Type *NewTy =
         ArrayType::get(AI.getAllocatedType(), C->getZExtValue());
-      assert(isa<AllocaInst>(AI) && "Unknown type of allocation inst!");
-      AllocaInst *New = Builder->CreateAlloca(NewTy, 0, AI.getName());
+      AllocaInst *New = Builder->CreateAlloca(NewTy, nullptr, AI.getName());
       New->setAlignment(AI.getAlignment());
 
       // Scan to the end of the allocation instructions, to skip over a block of
@@ -53,13 +193,13 @@ Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
       // Now that I is pointing to the first non-allocation-inst in the block,
       // insert our getelementptr instruction...
       //
-      Value *NullIdx =Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(AI.getContext()));
-      Value *Idx[2];
-      Idx[0] = NullIdx;
-      Idx[1] = NullIdx;
+      Type *IdxTy = DL
+                  ? DL->getIntPtrType(AI.getType())
+                  : Type::getInt64Ty(AI.getContext());
+      Value *NullIdx = Constant::getNullValue(IdxTy);
+      Value *Idx[2] = { NullIdx, NullIdx };
       Instruction *GEP =
-           GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, Idx + 2,
-                                             New->getName()+".sub");
+        GetElementPtrInst::CreateInBounds(New, Idx, New->getName() + ".sub");
       InsertNewInstBefore(GEP, *It);
 
       // Now make everything use the getelementptr instead of the original
@@ -70,87 +210,271 @@ Instruction *InstCombiner::visitAllocaInst(AllocaInst &AI) {
     }
   }
 
-  if (TD && isa<AllocaInst>(AI) && AI.getAllocatedType()->isSized()) {
-    // If alloca'ing a zero byte object, replace the alloca with a null pointer.
-    // Note that we only do this for alloca's, because malloc should allocate
-    // and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
-    if (TD->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0)
-      return ReplaceInstUsesWith(AI, Constant::getNullValue(AI.getType()));
-
+  if (DL && AI.getAllocatedType()->isSized()) {
     // If the alignment is 0 (unspecified), assign it the preferred alignment.
     if (AI.getAlignment() == 0)
-      AI.setAlignment(TD->getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
+      AI.setAlignment(DL->getPrefTypeAlignment(AI.getAllocatedType()));
+
+    // Move all alloca's of zero byte objects to the entry block and merge them
+    // together.  Note that we only do this for alloca's, because malloc should
+    // allocate and return a unique pointer, even for a zero byte allocation.
+    if (DL->getTypeAllocSize(AI.getAllocatedType()) == 0) {
+      // For a zero sized alloca there is no point in doing an array allocation.
+      // This is helpful if the array size is a complicated expression not used
+      // elsewhere.
+      if (AI.isArrayAllocation()) {
+        AI.setOperand(0, ConstantInt::get(AI.getArraySize()->getType(), 1));
+        return &AI;
+      }
+
+      // Get the first instruction in the entry block.
+      BasicBlock &EntryBlock = AI.getParent()->getParent()->getEntryBlock();
+      Instruction *FirstInst = EntryBlock.getFirstNonPHIOrDbg();
+      if (FirstInst != &AI) {
+        // If the entry block doesn't start with a zero-size alloca then move
+        // this one to the start of the entry block.  There is no problem with
+        // dominance as the array size was forced to a constant earlier already.
+        AllocaInst *EntryAI = dyn_cast<AllocaInst>(FirstInst);
+        if (!EntryAI || !EntryAI->getAllocatedType()->isSized() ||
+            DL->getTypeAllocSize(EntryAI->getAllocatedType()) != 0) {
+          AI.moveBefore(FirstInst);
+          return &AI;
+        }
+
+        // If the alignment of the entry block alloca is 0 (unspecified),
+        // assign it the preferred alignment.
+        if (EntryAI->getAlignment() == 0)
+          EntryAI->setAlignment(
+            DL->getPrefTypeAlignment(EntryAI->getAllocatedType()));
+        // Replace this zero-sized alloca with the one at the start of the entry
+        // block after ensuring that the address will be aligned enough for both
+        // types.
+        unsigned MaxAlign = std::max(EntryAI->getAlignment(),
+                                     AI.getAlignment());
+        EntryAI->setAlignment(MaxAlign);
+        if (AI.getType() != EntryAI->getType())
+          return new BitCastInst(EntryAI, AI.getType());
+        return ReplaceInstUsesWith(AI, EntryAI);
+      }
+    }
+  }
+
+  if (AI.getAlignment()) {
+    // Check to see if this allocation is only modified by a memcpy/memmove from
+    // a constant global whose alignment is equal to or exceeds that of the
+    // allocation.  If this is the case, we can change all users to use
+    // the constant global instead.  This is commonly produced by the CFE by
+    // constructs like "void foo() { int A[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9...}; }" if 'A'
+    // is only subsequently read.
+    SmallVector<Instruction *, 4> ToDelete;
+    if (MemTransferInst *Copy = isOnlyCopiedFromConstantGlobal(&AI, ToDelete)) {
+      unsigned SourceAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
+          Copy->getSource(), AI.getAlignment(), DL, AC, &AI, DT);
+      if (AI.getAlignment() <= SourceAlign) {
+        DEBUG(dbgs() << "Found alloca equal to global: " << AI << '\n');
+        DEBUG(dbgs() << "  memcpy = " << *Copy << '\n');
+        for (unsigned i = 0, e = ToDelete.size(); i != e; ++i)
+          EraseInstFromFunction(*ToDelete[i]);
+        Constant *TheSrc = cast<Constant>(Copy->getSource());
+        Constant *Cast
+          = ConstantExpr::getPointerBitCastOrAddrSpaceCast(TheSrc, AI.getType());
+        Instruction *NewI = ReplaceInstUsesWith(AI, Cast);
+        EraseInstFromFunction(*Copy);
+        ++NumGlobalCopies;
+        return NewI;
+      }
+    }
   }
 
-  return 0;
+  // At last, use the generic allocation site handler to aggressively remove
+  // unused allocas.
+  return visitAllocSite(AI);
 }
 
+/// \brief Helper to combine a load to a new type.
+///
+/// This just does the work of combining a load to a new type. It handles
+/// metadata, etc., and returns the new instruction. The \c NewTy should be the
+/// loaded *value* type. This will convert it to a pointer, cast the operand to
+/// that pointer type, load it, etc.
+///
+/// Note that this will create all of the instructions with whatever insert
+/// point the \c InstCombiner currently is using.
+static LoadInst *combineLoadToNewType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI, Type *NewTy) {
+  Value *Ptr = LI.getPointerOperand();
+  unsigned AS = LI.getPointerAddressSpace();
+  SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
+  LI.getAllMetadata(MD);
+
+  LoadInst *NewLoad = IC.Builder->CreateAlignedLoad(
+      IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, NewTy->getPointerTo(AS)),
+      LI.getAlignment(), LI.getName());
+  for (const auto &MDPair : MD) {
+    unsigned ID = MDPair.first;
+    MDNode *N = MDPair.second;
+    // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
+    // routine is supposed to clone a load instruction changing *only its type*.
+    // The only metadata it makes sense to drop is metadata which is invalidated
+    // when the pointer type changes. This should essentially never be the case
+    // in LLVM, but we explicitly switch over only known metadata to be
+    // conservatively correct. If you are adding metadata to LLVM which pertains
+    // to loads, you almost certainly want to add it here.
+    switch (ID) {
+    case LLVMContext::MD_dbg:
+    case LLVMContext::MD_tbaa:
+    case LLVMContext::MD_prof:
+    case LLVMContext::MD_fpmath:
+    case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
+    case LLVMContext::MD_invariant_load:
+    case LLVMContext::MD_alias_scope:
+    case LLVMContext::MD_noalias:
+    case LLVMContext::MD_nontemporal:
+    case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
+    case LLVMContext::MD_nonnull:
+      // All of these directly apply.
+      NewLoad->setMetadata(ID, N);
+      break;
+
+    case LLVMContext::MD_range:
+      // FIXME: It would be nice to propagate this in some way, but the type
+      // conversions make it hard.
+      break;
+    }
+  }
+  return NewLoad;
+}
+
+/// \brief Combine a store to a new type.
+///
+/// Returns the newly created store instruction.
+static StoreInst *combineStoreToNewValue(InstCombiner &IC, StoreInst &SI, Value *V) {
+  Value *Ptr = SI.getPointerOperand();
+  unsigned AS = SI.getPointerAddressSpace();
+  SmallVector<std::pair<unsigned, MDNode *>, 8> MD;
+  SI.getAllMetadata(MD);
+
+  StoreInst *NewStore = IC.Builder->CreateAlignedStore(
+      V, IC.Builder->CreateBitCast(Ptr, V->getType()->getPointerTo(AS)),
+      SI.getAlignment());
+  for (const auto &MDPair : MD) {
+    unsigned ID = MDPair.first;
+    MDNode *N = MDPair.second;
+    // Note, essentially every kind of metadata should be preserved here! This
+    // routine is supposed to clone a store instruction changing *only its
+    // type*. The only metadata it makes sense to drop is metadata which is
+    // invalidated when the pointer type changes. This should essentially
+    // never be the case in LLVM, but we explicitly switch over only known
+    // metadata to be conservatively correct. If you are adding metadata to
+    // LLVM which pertains to stores, you almost certainly want to add it
+    // here.
+    switch (ID) {
+    case LLVMContext::MD_dbg:
+    case LLVMContext::MD_tbaa:
+    case LLVMContext::MD_prof:
+    case LLVMContext::MD_fpmath:
+    case LLVMContext::MD_tbaa_struct:
+    case LLVMContext::MD_alias_scope:
+    case LLVMContext::MD_noalias:
+    case LLVMContext::MD_nontemporal:
+    case LLVMContext::MD_mem_parallel_loop_access:
+    case LLVMContext::MD_nonnull:
+      // All of these directly apply.
+      NewStore->setMetadata(ID, N);
+      break;
+
+    case LLVMContext::MD_invariant_load:
+    case LLVMContext::MD_range:
+      break;
+    }
+  }
+
+  return NewStore;
+}
 
-/// InstCombineLoadCast - Fold 'load (cast P)' -> cast (load P)' when possible.
-static Instruction *InstCombineLoadCast(InstCombiner &IC, LoadInst &LI,
-                                        const TargetData *TD) {
-  User *CI = cast<User>(LI.getOperand(0));
-  Value *CastOp = CI->getOperand(0);
-
-  PointerType *DestTy = cast<PointerType>(CI->getType());
-  Type *DestPTy = DestTy->getElementType();
-  if (PointerType *SrcTy = dyn_cast<PointerType>(CastOp->getType())) {
-
-    // If the address spaces don't match, don't eliminate the cast.
-    if (DestTy->getAddressSpace() != SrcTy->getAddressSpace())
-      return 0;
-
-    Type *SrcPTy = SrcTy->getElementType();
-
-    if (DestPTy->isIntegerTy() || DestPTy->isPointerTy() || 
-         DestPTy->isVectorTy()) {
-      // If the source is an array, the code below will not succeed.  Check to
-      // see if a trivial 'gep P, 0, 0' will help matters.  Only do this for
-      // constants.
-      if (ArrayType *ASrcTy = dyn_cast<ArrayType>(SrcPTy))
-        if (Constant *CSrc = dyn_cast<Constant>(CastOp))
-          if (ASrcTy->getNumElements() != 0) {
-            Value *Idxs[2];
-            Idxs[0] = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(LI.getContext()));
-            Idxs[1] = Idxs[0];
-            CastOp = ConstantExpr::getGetElementPtr(CSrc, Idxs, 2);
-            SrcTy = cast<PointerType>(CastOp->getType());
-            SrcPTy = SrcTy->getElementType();
-          }
-
-      if (IC.getTargetData() &&
-          (SrcPTy->isIntegerTy() || SrcPTy->isPointerTy() || 
-            SrcPTy->isVectorTy()) &&
-          // Do not allow turning this into a load of an integer, which is then
-          // casted to a pointer, this pessimizes pointer analysis a lot.
-          (SrcPTy->isPointerTy() == LI.getType()->isPointerTy()) &&
-          IC.getTargetData()->getTypeSizeInBits(SrcPTy) ==
-               IC.getTargetData()->getTypeSizeInBits(DestPTy)) {
-
-        // Okay, we are casting from one integer or pointer type to another of
-        // the same size.  Instead of casting the pointer before the load, cast
-        // the result of the loaded value.
-        LoadInst *NewLoad = 
-          IC.Builder->CreateLoad(CastOp, LI.isVolatile(), CI->getName());
-        NewLoad->setAlignment(LI.getAlignment());
-        // Now cast the result of the load.
-        return new BitCastInst(NewLoad, LI.getType());
+/// \brief Combine loads to match the type of value their uses after looking
+/// through intervening bitcasts.
+///
+/// The core idea here is that if the result of a load is used in an operation,
+/// we should load the type most conducive to that operation. For example, when
+/// loading an integer and converting that immediately to a pointer, we should
+/// instead directly load a pointer.
+///
+/// However, this routine must never change the width of a load or the number of
+/// loads as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
+/// be a semantic no-op which just allows loads to more closely model the types
+/// of their consuming operations.
+///
+/// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic load
+/// or a volatile load. This is debatable, and might be reasonable to change
+/// later. However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is
+/// relying on the exact type loaded to select appropriate atomic operations.
+static Instruction *combineLoadToOperationType(InstCombiner &IC, LoadInst &LI) {
+  // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
+  // loads here but it isn't clear that this is important.
+  if (!LI.isSimple())
+    return nullptr;
+
+  if (LI.use_empty())
+    return nullptr;
+
+  Type *Ty = LI.getType();
+
+  // Try to canonicalize loads which are only ever stored to operate over
+  // integers instead of any other type. We only do this when the loaded type
+  // is sized and has a size exactly the same as its store size and the store
+  // size is a legal integer type.
+  const DataLayout *DL = IC.getDataLayout();
+  if (!Ty->isIntegerTy() && Ty->isSized() && DL &&
+      DL->isLegalInteger(DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty)) &&
+      DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty) == DL->getTypeSizeInBits(Ty)) {
+    if (std::all_of(LI.user_begin(), LI.user_end(), [&LI](User *U) {
+          auto *SI = dyn_cast<StoreInst>(U);
+          return SI && SI->getPointerOperand() != &LI;
+        })) {
+      LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(
+          IC, LI,
+          Type::getIntNTy(LI.getContext(), DL->getTypeStoreSizeInBits(Ty)));
+      // Replace all the stores with stores of the newly loaded value.
+      for (auto UI = LI.user_begin(), UE = LI.user_end(); UI != UE;) {
+        auto *SI = cast<StoreInst>(*UI++);
+        IC.Builder->SetInsertPoint(SI);
+        combineStoreToNewValue(IC, *SI, NewLoad);
+        IC.EraseInstFromFunction(*SI);
       }
+      assert(LI.use_empty() && "Failed to remove all users of the load!");
+      // Return the old load so the combiner can delete it safely.
+      return &LI;
     }
   }
-  return 0;
+
+  // Fold away bit casts of the loaded value by loading the desired type.
+  if (LI.hasOneUse())
+    if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(LI.user_back())) {
+      LoadInst *NewLoad = combineLoadToNewType(IC, LI, BC->getDestTy());
+      BC->replaceAllUsesWith(NewLoad);
+      IC.EraseInstFromFunction(*BC);
+      return &LI;
+    }
+
+  // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
+  // cast to other types.
+  return nullptr;
 }
 
 Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
   Value *Op = LI.getOperand(0);
 
+  // Try to canonicalize the loaded type.
+  if (Instruction *Res = combineLoadToOperationType(*this, LI))
+    return Res;
+
   // Attempt to improve the alignment.
-  if (TD) {
-    unsigned KnownAlign =
-      getOrEnforceKnownAlignment(Op, TD->getPrefTypeAlignment(LI.getType()),TD);
+  if (DL) {
+    unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
+        Op, DL->getPrefTypeAlignment(LI.getType()), DL, AC, &LI, DT);
     unsigned LoadAlign = LI.getAlignment();
     unsigned EffectiveLoadAlign = LoadAlign != 0 ? LoadAlign :
-      TD->getABITypeAlignment(LI.getType());
+      DL->getABITypeAlignment(LI.getType());
 
     if (KnownAlign > EffectiveLoadAlign)
       LI.setAlignment(KnownAlign);
@@ -158,20 +482,18 @@ Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
       LI.setAlignment(EffectiveLoadAlign);
   }
 
-  // load (cast X) --> cast (load X) iff safe.
-  if (isa<CastInst>(Op))
-    if (Instruction *Res = InstCombineLoadCast(*this, LI, TD))
-      return Res;
+  // None of the following transforms are legal for volatile/atomic loads.
+  // FIXME: Some of it is okay for atomic loads; needs refactoring.
+  if (!LI.isSimple()) return nullptr;
 
-  // None of the following transforms are legal for volatile loads.
-  if (LI.isVolatile()) return 0;
-  
   // Do really simple store-to-load forwarding and load CSE, to catch cases
   // where there are several consecutive memory accesses to the same location,
   // separated by a few arithmetic operations.
   BasicBlock::iterator BBI = &LI;
   if (Value *AvailableVal = FindAvailableLoadedValue(Op, LI.getParent(), BBI,6))
-    return ReplaceInstUsesWith(LI, AvailableVal);
+    return ReplaceInstUsesWith(
+        LI, Builder->CreateBitOrPointerCast(AvailableVal, LI.getType(),
+                                            LI.getName() + ".cast"));
 
   // load(gep null, ...) -> unreachable
   if (GetElementPtrInst *GEPI = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Op)) {
@@ -186,7 +508,7 @@ Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
                     Constant::getNullValue(Op->getType()), &LI);
       return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
     }
-  } 
+  }
 
   // load null/undef -> unreachable
   // TODO: Consider a target hook for valid address spaces for this xform.
@@ -200,12 +522,6 @@ Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
     return ReplaceInstUsesWith(LI, UndefValue::get(LI.getType()));
   }
 
-  // Instcombine load (constantexpr_cast global) -> cast (load global)
-  if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Op))
-    if (CE->isCast())
-      if (Instruction *Res = InstCombineLoadCast(*this, LI, TD))
-        return Res;
-  
   if (Op->hasOneUse()) {
     // Change select and PHI nodes to select values instead of addresses: this
     // helps alias analysis out a lot, allows many others simplifications, and
@@ -220,8 +536,8 @@ Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
     if (SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(Op)) {
       // load (select (Cond, &V1, &V2))  --> select(Cond, load &V1, load &V2).
       unsigned Align = LI.getAlignment();
-      if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), SI, Align, TD) &&
-          isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), SI, Align, TD)) {
+      if (isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(1), SI, Align, DL) &&
+          isSafeToLoadUnconditionally(SI->getOperand(2), SI, Align, DL)) {
         LoadInst *V1 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(1),
                                            SI->getOperand(1)->getName()+".val");
         LoadInst *V2 = Builder->CreateLoad(SI->getOperand(2),
@@ -232,109 +548,61 @@ Instruction *InstCombiner::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
       }
 
       // load (select (cond, null, P)) -> load P
-      if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(1)))
-        if (C->isNullValue()) {
-          LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
-          return &LI;
-        }
+      if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(1)) && 
+          LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
+        LI.setOperand(0, SI->getOperand(2));
+        return &LI;
+      }
 
       // load (select (cond, P, null)) -> load P
-      if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(SI->getOperand(2)))
-        if (C->isNullValue()) {
-          LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
-          return &LI;
-        }
+      if (isa<ConstantPointerNull>(SI->getOperand(2)) &&
+          LI.getPointerAddressSpace() == 0) {
+        LI.setOperand(0, SI->getOperand(1));
+        return &LI;
+      }
     }
   }
-  return 0;
+  return nullptr;
 }
 
-/// InstCombineStoreToCast - Fold store V, (cast P) -> store (cast V), P
-/// when possible.  This makes it generally easy to do alias analysis and/or
-/// SROA/mem2reg of the memory object.
-static Instruction *InstCombineStoreToCast(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
-  User *CI = cast<User>(SI.getOperand(1));
-  Value *CastOp = CI->getOperand(0);
-
-  Type *DestPTy = cast<PointerType>(CI->getType())->getElementType();
-  PointerType *SrcTy = dyn_cast<PointerType>(CastOp->getType());
-  if (SrcTy == 0) return 0;
-  
-  Type *SrcPTy = SrcTy->getElementType();
-
-  if (!DestPTy->isIntegerTy() && !DestPTy->isPointerTy())
-    return 0;
-  
-  /// NewGEPIndices - If SrcPTy is an aggregate type, we can emit a "noop gep"
-  /// to its first element.  This allows us to handle things like:
-  ///   store i32 xxx, (bitcast {foo*, float}* %P to i32*)
-  /// on 32-bit hosts.
-  SmallVector<Value*, 4> NewGEPIndices;
-  
-  // If the source is an array, the code below will not succeed.  Check to
-  // see if a trivial 'gep P, 0, 0' will help matters.  Only do this for
-  // constants.
-  if (SrcPTy->isArrayTy() || SrcPTy->isStructTy()) {
-    // Index through pointer.
-    Constant *Zero = Constant::getNullValue(Type::getInt32Ty(SI.getContext()));
-    NewGEPIndices.push_back(Zero);
-    
-    while (1) {
-      if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(SrcPTy)) {
-        if (!STy->getNumElements()) /* Struct can be empty {} */
-          break;
-        NewGEPIndices.push_back(Zero);
-        SrcPTy = STy->getElementType(0);
-      } else if (ArrayType *ATy = dyn_cast<ArrayType>(SrcPTy)) {
-        NewGEPIndices.push_back(Zero);
-        SrcPTy = ATy->getElementType();
-      } else {
-        break;
-      }
-    }
-    
-    SrcTy = PointerType::get(SrcPTy, SrcTy->getAddressSpace());
-  }
+/// \brief Combine stores to match the type of value being stored.
+///
+/// The core idea here is that the memory does not have any intrinsic type and
+/// where we can we should match the type of a store to the type of value being
+/// stored.
+///
+/// However, this routine must never change the width of a store or the number of
+/// stores as that would introduce a semantic change. This combine is expected to
+/// be a semantic no-op which just allows stores to more closely model the types
+/// of their incoming values.
+///
+/// Currently, we also refuse to change the precise type used for an atomic or
+/// volatile store. This is debatable, and might be reasonable to change later.
+/// However, it is risky in case some backend or other part of LLVM is relying
+/// on the exact type stored to select appropriate atomic operations.
+///
+/// \returns true if the store was successfully combined away. This indicates
+/// the caller must erase the store instruction. We have to let the caller erase
+/// the store instruction sas otherwise there is no way to signal whether it was
+/// combined or not: IC.EraseInstFromFunction returns a null pointer.
+static bool combineStoreToValueType(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
+  // FIXME: We could probably with some care handle both volatile and atomic
+  // stores here but it isn't clear that this is important.
+  if (!SI.isSimple())
+    return false;
 
-  if (!SrcPTy->isIntegerTy() && !SrcPTy->isPointerTy())
-    return 0;
-  
-  // If the pointers point into different address spaces or if they point to
-  // values with different sizes, we can't do the transformation.
-  if (!IC.getTargetData() ||
-      SrcTy->getAddressSpace() != 
-        cast<PointerType>(CI->getType())->getAddressSpace() ||
-      IC.getTargetData()->getTypeSizeInBits(SrcPTy) !=
-      IC.getTargetData()->getTypeSizeInBits(DestPTy))
-    return 0;
-
-  // Okay, we are casting from one integer or pointer type to another of
-  // the same size.  Instead of casting the pointer before 
-  // the store, cast the value to be stored.
-  Value *NewCast;
-  Value *SIOp0 = SI.getOperand(0);
-  Instruction::CastOps opcode = Instruction::BitCast;
-  Type* CastSrcTy = SIOp0->getType();
-  Type* CastDstTy = SrcPTy;
-  if (CastDstTy->isPointerTy()) {
-    if (CastSrcTy->isIntegerTy())
-      opcode = Instruction::IntToPtr;
-  } else if (CastDstTy->isIntegerTy()) {
-    if (SIOp0->getType()->isPointerTy())
-      opcode = Instruction::PtrToInt;
+  Value *V = SI.getValueOperand();
+
+  // Fold away bit casts of the stored value by storing the original type.
+  if (auto *BC = dyn_cast<BitCastInst>(V)) {
+    V = BC->getOperand(0);
+    combineStoreToNewValue(IC, SI, V);
+    return true;
   }
-  
-  // SIOp0 is a pointer to aggregate and this is a store to the first field,
-  // emit a GEP to index into its first field.
-  if (!NewGEPIndices.empty())
-    CastOp = IC.Builder->CreateInBoundsGEP(CastOp, NewGEPIndices.begin(),
-                                           NewGEPIndices.end());
-  
-  NewCast = IC.Builder->CreateCast(opcode, SIOp0, CastDstTy,
-                                   SIOp0->getName()+".c");
-  SI.setOperand(0, NewCast);
-  SI.setOperand(1, CastOp);
-  return &SI;
+
+  // FIXME: We should also canonicalize loads of vectors when their elements are
+  // cast to other types.
+  return false;
 }
 
 /// equivalentAddressValues - Test if A and B will obviously have the same
@@ -348,7 +616,7 @@ static Instruction *InstCombineStoreToCast(InstCombiner &IC, StoreInst &SI) {
 static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
   // Test if the values are trivially equivalent.
   if (A == B) return true;
-  
+
   // Test if the values come form identical arithmetic instructions.
   // This uses isIdenticalToWhenDefined instead of isIdenticalTo because
   // its only used to compare two uses within the same basic block, which
@@ -361,7 +629,7 @@ static bool equivalentAddressValues(Value *A, Value *B) {
     if (Instruction *BI = dyn_cast<Instruction>(B))
       if (cast<Instruction>(A)->isIdenticalToWhenDefined(BI))
         return true;
-  
+
   // Otherwise they may not be equivalent.
   return false;
 }
@@ -370,29 +638,17 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
   Value *Val = SI.getOperand(0);
   Value *Ptr = SI.getOperand(1);
 
-  // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
-  // alloca dead.
-  if (!SI.isVolatile()) {
-    if (Ptr->hasOneUse()) {
-      if (isa<AllocaInst>(Ptr)) 
-        return EraseInstFromFunction(SI);
-      if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
-        if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
-          if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
-            return EraseInstFromFunction(SI);
-        }
-      }
-    }
-  }
+  // Try to canonicalize the stored type.
+  if (combineStoreToValueType(*this, SI))
+    return EraseInstFromFunction(SI);
 
   // Attempt to improve the alignment.
-  if (TD) {
-    unsigned KnownAlign =
-      getOrEnforceKnownAlignment(Ptr, TD->getPrefTypeAlignment(Val->getType()),
-                                 TD);
+  if (DL) {
+    unsigned KnownAlign = getOrEnforceKnownAlignment(
+        Ptr, DL->getPrefTypeAlignment(Val->getType()), DL, AC, &SI, DT);
     unsigned StoreAlign = SI.getAlignment();
     unsigned EffectiveStoreAlign = StoreAlign != 0 ? StoreAlign :
-      TD->getABITypeAlignment(Val->getType());
+      DL->getABITypeAlignment(Val->getType());
 
     if (KnownAlign > EffectiveStoreAlign)
       SI.setAlignment(KnownAlign);
@@ -400,6 +656,23 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
       SI.setAlignment(EffectiveStoreAlign);
   }
 
+  // Don't hack volatile/atomic stores.
+  // FIXME: Some bits are legal for atomic stores; needs refactoring.
+  if (!SI.isSimple()) return nullptr;
+
+  // If the RHS is an alloca with a single use, zapify the store, making the
+  // alloca dead.
+  if (Ptr->hasOneUse()) {
+    if (isa<AllocaInst>(Ptr))
+      return EraseInstFromFunction(SI);
+    if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(Ptr)) {
+      if (isa<AllocaInst>(GEP->getOperand(0))) {
+        if (GEP->getOperand(0)->hasOneUse())
+          return EraseInstFromFunction(SI);
+      }
+    }
+  }
+
   // Do really simple DSE, to catch cases where there are several consecutive
   // stores to the same location, separated by a few arithmetic operations. This
   // situation often occurs with bitfield accesses.
@@ -413,12 +686,12 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
         (isa<BitCastInst>(BBI) && BBI->getType()->isPointerTy())) {
       ScanInsts++;
       continue;
-    }    
-    
+    }
+
     if (StoreInst *PrevSI = dyn_cast<StoreInst>(BBI)) {
       // Prev store isn't volatile, and stores to the same location?
-      if (!PrevSI->isVolatile() &&equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
-                                                          SI.getOperand(1))) {
+      if (PrevSI->isSimple() && equivalentAddressValues(PrevSI->getOperand(1),
+                                                        SI.getOperand(1))) {
         ++NumDeadStore;
         ++BBI;
         EraseInstFromFunction(*PrevSI);
@@ -426,27 +699,24 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
       }
       break;
     }
-    
+
     // If this is a load, we have to stop.  However, if the loaded value is from
     // the pointer we're loading and is producing the pointer we're storing,
     // then *this* store is dead (X = load P; store X -> P).
     if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(BBI)) {
       if (LI == Val && equivalentAddressValues(LI->getOperand(0), Ptr) &&
-          !SI.isVolatile())
+          LI->isSimple())
         return EraseInstFromFunction(SI);
-      
+
       // Otherwise, this is a load from some other location.  Stores before it
       // may not be dead.
       break;
     }
-    
+
     // Don't skip over loads or things that can modify memory.
     if (BBI->mayWriteToMemory() || BBI->mayReadFromMemory())
       break;
   }
-  
-  
-  if (SI.isVolatile()) return 0;  // Don't hack volatile stores.
 
   // store X, null    -> turns into 'unreachable' in SimplifyCFG
   if (isa<ConstantPointerNull>(Ptr) && SI.getPointerAddressSpace() == 0) {
@@ -455,28 +725,17 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
       if (Instruction *U = dyn_cast<Instruction>(Val))
         Worklist.Add(U);  // Dropped a use.
     }
-    return 0;  // Do not modify these!
+    return nullptr;  // Do not modify these!
   }
 
   // store undef, Ptr -> noop
   if (isa<UndefValue>(Val))
     return EraseInstFromFunction(SI);
 
-  // If the pointer destination is a cast, see if we can fold the cast into the
-  // source instead.
-  if (isa<CastInst>(Ptr))
-    if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
-      return Res;
-  if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(Ptr))
-    if (CE->isCast())
-      if (Instruction *Res = InstCombineStoreToCast(*this, SI))
-        return Res;
-
-  
   // If this store is the last instruction in the basic block (possibly
   // excepting debug info instructions), and if the block ends with an
   // unconditional branch, try to move it to the successor block.
-  BBI = &SI; 
+  BBI = &SI;
   do {
     ++BBI;
   } while (isa<DbgInfoIntrinsic>(BBI) ||
@@ -484,9 +743,9 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
   if (BranchInst *BI = dyn_cast<BranchInst>(BBI))
     if (BI->isUnconditional())
       if (SimplifyStoreAtEndOfBlock(SI))
-        return 0;  // xform done!
-  
-  return 0;
+        return nullptr;  // xform done!
+
+  return nullptr;
 }
 
 /// SimplifyStoreAtEndOfBlock - Turn things like:
@@ -499,24 +758,24 @@ Instruction *InstCombiner::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
 ///
 bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
   BasicBlock *StoreBB = SI.getParent();
-  
+
   // Check to see if the successor block has exactly two incoming edges.  If
   // so, see if the other predecessor contains a store to the same location.
   // if so, insert a PHI node (if needed) and move the stores down.
   BasicBlock *DestBB = StoreBB->getTerminator()->getSuccessor(0);
-  
+
   // Determine whether Dest has exactly two predecessors and, if so, compute
   // the other predecessor.
   pred_iterator PI = pred_begin(DestBB);
   BasicBlock *P = *PI;
-  BasicBlock *OtherBB = 0;
+  BasicBlock *OtherBB = nullptr;
 
   if (P != StoreBB)
     OtherBB = P;
 
   if (++PI == pred_end(DestBB))
     return false;
-  
+
   P = *PI;
   if (P != StoreBB) {
     if (OtherBB)
@@ -536,10 +795,10 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
   BranchInst *OtherBr = dyn_cast<BranchInst>(BBI);
   if (!OtherBr || BBI == OtherBB->begin())
     return false;
-  
+
   // If the other block ends in an unconditional branch, check for the 'if then
   // else' case.  there is an instruction before the branch.
-  StoreInst *OtherStore = 0;
+  StoreInst *OtherStore = nullptr;
   if (OtherBr->isUnconditional()) {
     --BBI;
     // Skip over debugging info.
@@ -549,19 +808,19 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
         return false;
       --BBI;
     }
-    // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or if the
-    // alignments differ, bail out.
+    // If this isn't a store, isn't a store to the same location, or is not the
+    // right kind of store, bail out.
     OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI);
     if (!OtherStore || OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
-        OtherStore->getAlignment() != SI.getAlignment())
+        !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
       return false;
   } else {
     // Otherwise, the other block ended with a conditional branch. If one of the
     // destinations is StoreBB, then we have the if/then case.
-    if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB && 
+    if (OtherBr->getSuccessor(0) != StoreBB &&
         OtherBr->getSuccessor(1) != StoreBB)
       return false;
-    
+
     // Okay, we know that OtherBr now goes to Dest and StoreBB, so this is an
     // if/then triangle.  See if there is a store to the same ptr as SI that
     // lives in OtherBB.
@@ -569,7 +828,7 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
       // Check to see if we find the matching store.
       if ((OtherStore = dyn_cast<StoreInst>(BBI))) {
         if (OtherStore->getOperand(1) != SI.getOperand(1) ||
-            OtherStore->getAlignment() != SI.getAlignment())
+            !SI.isSameOperationAs(OtherStore))
           return false;
         break;
       }
@@ -579,7 +838,7 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
           BBI == OtherBB->begin())
         return false;
     }
-    
+
     // In order to eliminate the store in OtherBr, we have to
     // make sure nothing reads or overwrites the stored value in
     // StoreBB.
@@ -589,7 +848,7 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
         return false;
     }
   }
-  
+
   // Insert a PHI node now if we need it.
   Value *MergedVal = OtherStore->getOperand(0);
   if (MergedVal != SI.getOperand(0)) {
@@ -598,15 +857,25 @@ bool InstCombiner::SimplifyStoreAtEndOfBlock(StoreInst &SI) {
     PN->addIncoming(OtherStore->getOperand(0), OtherBB);
     MergedVal = InsertNewInstBefore(PN, DestBB->front());
   }
-  
+
   // Advance to a place where it is safe to insert the new store and
   // insert it.
-  BBI = DestBB->getFirstNonPHI();
+  BBI = DestBB->getFirstInsertionPt();
   StoreInst *NewSI = new StoreInst(MergedVal, SI.getOperand(1),
-                                   OtherStore->isVolatile(),
-                                   SI.getAlignment());
+                                   SI.isVolatile(),
+                                   SI.getAlignment(),
+                                   SI.getOrdering(),
+                                   SI.getSynchScope());
   InsertNewInstBefore(NewSI, *BBI);
-  NewSI->setDebugLoc(OtherStore->getDebugLoc()); 
+  NewSI->setDebugLoc(OtherStore->getDebugLoc());
+
+  // If the two stores had AA tags, merge them.
+  AAMDNodes AATags;
+  SI.getAAMetadata(AATags);
+  if (AATags) {
+    OtherStore->getAAMetadata(AATags, /* Merge = */ true);
+    NewSI->setAAMetadata(AATags);
+  }
 
   // Nuke the old stores.
   EraseInstFromFunction(SI);