5bf620e1cf97b7341d28ddd65949adbcccf6f96c
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / AliasAnalysis.h
1 //===- llvm/Analysis/AliasAnalysis.h - Alias Analysis Interface -*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines the generic AliasAnalysis interface, which is used as the
11 // common interface used by all clients of alias analysis information, and
12 // implemented by all alias analysis implementations.  Mod/Ref information is
13 // also captured by this interface.
14 //
15 // Implementations of this interface must implement the various virtual methods,
16 // which automatically provides functionality for the entire suite of client
17 // APIs.
18 //
19 // This API represents memory as a (Pointer, Size) pair.  The Pointer component
20 // specifies the base memory address of the region, the Size specifies how large
21 // of an area is being queried, or UnknownSize if the size is not known.
22 // Pointers that point to two completely different objects in memory never
23 // alias, regardless of the value of the Size component.
24 //
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26
27 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
28 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
29
30 #include "llvm/Support/CallSite.h"
31 #include "llvm/System/IncludeFile.h"
32 #include <vector>
33
34 namespace llvm {
35
36 class LoadInst;
37 class StoreInst;
38 class VAArgInst;
39 class TargetData;
40 class Pass;
41 class AnalysisUsage;
42
43 class AliasAnalysis {
44 protected:
45   const TargetData *TD;
46   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
47
48   /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
49   /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
50   /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
51   /// called multiple times.
52   ///
53   void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
54
55   /// getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
56   /// directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
57   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
58
59 public:
60   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
61   AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
62   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
63
64   /// UnknownSize - This is a special value which can be used with the
65   /// size arguments in alias queries to indicate that the caller does not
66   /// know the sizes of the potential memory references.
67   static unsigned const UnknownSize = ~0u;
68
69   /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
70   /// null if no TargetData object is available.
71   ///
72   const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
73
74   /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
75   /// if known, or a conservative value otherwise.
76   ///
77   unsigned getTypeStoreSize(const Type *Ty);
78
79   //===--------------------------------------------------------------------===//
80   /// Alias Queries...
81   ///
82
83   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
84   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
85   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
86   ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
87   /// to check to see if two pointers might alias.
88   ///
89   /// See docs/AliasAnalysis.html for more information on the specific meanings
90   /// of these values.
91   ///
92   enum AliasResult { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
93
94   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
95   /// Returns a Result indicating whether the two pointers are aliased to each
96   /// other.  This is the interface that must be implemented by specific alias
97   /// analysis implementations.
98   ///
99   virtual AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
100                             const Value *V2, unsigned V2Size);
101
102   /// alias - A convenience wrapper for the case where the sizes are unknown.
103   AliasResult alias(const Value *V1, const Value *V2) {
104     return alias(V1, UnknownSize, V2, UnknownSize);
105   }
106
107   /// isNoAlias - A trivial helper function to check to see if the specified
108   /// pointers are no-alias.
109   bool isNoAlias(const Value *V1, unsigned V1Size,
110                  const Value *V2, unsigned V2Size) {
111     return alias(V1, V1Size, V2, V2Size) == NoAlias;
112   }
113
114   /// pointsToConstantMemory - If the specified pointer is known to point into
115   /// constant global memory, return true.  This allows disambiguation of store
116   /// instructions from constant pointers.
117   ///
118   virtual bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
119
120   //===--------------------------------------------------------------------===//
121   /// Simple mod/ref information...
122   ///
123
124   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
125   /// bits which may be or'd together.
126   ///
127   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
128
129
130   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
131   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
132   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
133   /// invocation without having to report it through these interfaces.
134   enum ModRefBehavior {
135     // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
136     // or stores to memory.
137     //
138     // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
139     DoesNotAccessMemory,
140
141     // AccessesArguments - This function accesses function arguments in well
142     // known (possibly volatile) ways, but does not access any other memory.
143     AccessesArguments,
144
145     // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
146     // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
147     // does not access any other memory.
148     AccessesArgumentsAndGlobals,
149
150     // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
151     // volatile loads, but may read from any memory location.
152     //
153     // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
154     OnlyReadsMemory,
155
156     // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
157     // classified into one of the behaviors above.
158     UnknownModRefBehavior
159   };
160
161   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
162   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
163
164   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
165   /// For use when the call site is not known.
166   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
167
168   /// getIntrinsicModRefBehavior - Return the modref behavior of the intrinsic
169   /// with the given id.
170   static ModRefBehavior getIntrinsicModRefBehavior(unsigned iid);
171
172   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
173   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
174   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
175   /// are legal for this predicate.
176   ///
177   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
178   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
179   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
180   ///
181   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
182   ///
183   bool doesNotAccessMemory(ImmutableCallSite CS) {
184     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
185   }
186
187   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
188   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
189   ///
190   bool doesNotAccessMemory(const Function *F) {
191     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
192   }
193
194   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
195   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
196   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
197   ///
198   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
199   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
200   ///
201   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
202   ///
203   bool onlyReadsMemory(ImmutableCallSite CS) {
204     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
205     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
206   }
207
208   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
209   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
210   /// when the call site is not known.
211   ///
212   bool onlyReadsMemory(const Function *F) {
213     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
214     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
215   }
216
217
218   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
219   /// read or write memory specified by the pointer operand.  An instruction
220   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
221
222   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
223   /// a particular call site modifies or reads the memory specified by the
224   /// pointer.
225   ///
226   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
227                                      const Value *P, unsigned Size);
228
229   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
230   /// to the same set of memory locations.  This function returns NoModRef if
231   /// the two calls refer to disjoint memory locations, Ref if CS1 reads memory
232   /// written by CS2, Mod if CS1 writes to memory read or written by CS2, or
233   /// ModRef if CS1 might read or write memory accessed by CS2.
234   ///
235   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
236                                      ImmutableCallSite CS2);
237
238 public:
239   /// Convenience functions...
240   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Value *P, unsigned Size);
241   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, unsigned Size);
242   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Value *P, unsigned Size) {
243     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(C), P, Size);
244   }
245   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
246                              const Value *P, unsigned Size) {
247     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(I), P, Size);
248   }
249   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I,
250                              const Value* P, unsigned Size) {
251     return AliasAnalysis::ModRef;
252   }
253   ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
254                              const Value *P, unsigned Size) {
255     switch (I->getOpcode()) {
256     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((const VAArgInst*)I, P,Size);
257     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((const LoadInst*)I, P, Size);
258     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((const StoreInst*)I, P,Size);
259     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((const CallInst*)I, P, Size);
260     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((const InvokeInst*)I,P,Size);
261     default:                  return NoModRef;
262     }
263   }
264
265   //===--------------------------------------------------------------------===//
266   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
267   ///
268
269   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
270   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
271   ///
272   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, unsigned Size);
273
274   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
275   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
276   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
277   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
278   ///
279   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
280                                  const Value *Ptr, unsigned Size);
281
282   //===--------------------------------------------------------------------===//
283   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
284   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
285   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
286   /// they have pointer-analysis implications.
287   ///
288
289   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
290   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
291   /// redundant and is eliminated.
292   ///
293   virtual void deleteValue(Value *V);
294
295   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
296   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
297   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
298   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
299   /// value, it should ignore the request.
300   ///
301   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
302
303   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
304   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
305   ///
306   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
307     copyValue(Old, New);
308     deleteValue(Old);
309   }
310 };
311
312 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
313 /// function.
314 bool isNoAliasCall(const Value *V);
315
316 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
317 /// identifiable object.  This returns true for:
318 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
319 ///    Allocas and Mallocs
320 ///    ByVal and NoAlias Arguments
321 ///    NoAlias returns
322 ///
323 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
324
325 } // End llvm namespace
326
327 // Because of the way .a files work, we must force the BasicAA implementation to
328 // be pulled in if the AliasAnalysis header is included.  Otherwise we run
329 // the risk of AliasAnalysis being used, but the default implementation not
330 // being linked into the tool that uses it.
331 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(AliasAnalysis)
332 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(BasicAliasAnalysis)
333
334 #endif