73b646d935663ac37fdca2e8214067313cd6246a
[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 was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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.  If Size is 0, two pointers only alias if they
22 // are exactly equal.  If size is greater than zero, but small, the two pointers
23 // alias if the areas pointed to overlap.  If the size is very large (ie, ~0U),
24 // then the two pointers alias if they may be pointing to components of the same
25 // memory object.  Pointers that point to two completely different objects in
26 // memory never alias, regardless of the value of the Size component.
27 //
28 //===----------------------------------------------------------------------===//
29
30 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
31 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
32
33 #include "llvm/Support/CallSite.h"
34 #include "llvm/Pass.h"    // Need this for IncludeFile
35
36 namespace llvm {
37
38 class LoadInst;
39 class StoreInst;
40 class TargetData;
41
42 class AliasAnalysis {
43 protected:
44   const TargetData *TD;
45   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
46
47   /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
48   /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
49   /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
50   /// called multiple times.
51   ///
52   void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
53   
54   // getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
55   // directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)) to make sure that
56   // TargetData is required by the pass.
57   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
58
59 public:
60   AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
61   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
62
63   /// getTargetData - Every alias analysis implementation depends on the size of
64   /// data items in the current Target.  This provides a uniform way to handle
65   /// it.
66   ///
67   const TargetData &getTargetData() const { return *TD; }
68
69   //===--------------------------------------------------------------------===//
70   /// Alias Queries...
71   ///
72
73   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
74   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
75   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
76   ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
77   /// to check to see if two pointers might alias.
78   ///
79   enum AliasResult { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
80
81   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
82   /// Returns a Result indicating whether the two pointers are aliased to each
83   /// other.  This is the interface that must be implemented by specific alias
84   /// analysis implementations.
85   ///
86   virtual AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
87                             const Value *V2, unsigned V2Size);
88
89   /// getMustAliases - If there are any pointers known that must alias this
90   /// pointer, return them now.  This allows alias-set based alias analyses to
91   /// perform a form a value numbering (which is exposed by load-vn).  If an
92   /// alias analysis supports this, it should ADD any must aliased pointers to
93   /// the specified vector.
94   ///
95   virtual void getMustAliases(Value *P, std::vector<Value*> &RetVals);
96
97   /// pointsToConstantMemory - If the specified pointer is known to point into
98   /// constant global memory, return true.  This allows disambiguation of store
99   /// instructions from constant pointers.
100   ///
101   virtual bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
102
103   //===--------------------------------------------------------------------===//
104   /// Simple mod/ref information...
105   ///
106
107   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
108   /// bits which may be or'd together.
109   ///
110   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
111  
112   
113   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
114   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
115   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
116   /// invocation without having to report it through these interfaces.
117   enum ModRefBehavior {
118     // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
119     // or stores to memory.
120     //
121     // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
122     DoesNotAccessMemory,
123     
124     // AccessesArguments - This function accesses function arguments in
125     // non-volatile and well known ways, but does not access any other memory.
126     //
127     // Clients may call getArgumentAccesses to get specific information about
128     // how pointer arguments are used.
129     AccessesArguments,
130     
131     // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
132     // arguments and global variables in non-volatile and well-known ways, but
133     // does not access any other memory.
134     //
135     // Clients may call getArgumentAccesses to get specific information about
136     // how pointer arguments and globals are used.
137     AccessesArgumentsAndGlobals,
138     
139     // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
140     // volatile loads, but may read from any memory location.
141     //
142     // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
143     OnlyReadsMemory,
144     
145     // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
146     // classified into one of the behaviors above.
147     UnknownModRefBehavior
148   };
149   
150   /// PointerAccessInfo - This struct is used to return results for pointers,
151   /// globals, and the return value of a function.
152   struct PointerAccessInfo {
153     /// V - The value this record corresponds to.  This may be an Argument for
154     /// the function, a GlobalVariable, or null, corresponding to the return
155     /// value for the function.
156     Value *V;
157     
158     /// ModRefInfo - Whether the pointer is loaded or stored to/from.
159     ///
160     ModRefResult ModRefInfo;
161     
162     /// AccessType - Specific fine-grained access information for the argument.
163     /// If none of these classifications is general enough, the
164     /// getModRefBehavior method should not return AccessesArguments*.  If a
165     /// record is not returned for a particular argument, the argument is never
166     /// dead and never dereferenced.
167     enum AccessType {
168       /// ScalarAccess - The pointer is dereferenced.
169       ///
170       ScalarAccess,
171       
172       /// ArrayAccess - The pointer is indexed through as an array of elements.
173       ///
174       ArrayAccess,
175       
176       /// ElementAccess ?? P->F only?
177       
178       /// CallsThrough - Indirect calls are made through the specified function
179       /// pointer.
180       CallsThrough,
181     };
182   }; 
183   
184   /// getModRefBehavior - Return the behavior of the specified function if
185   /// called from the specified call site.  The call site may be null in which
186   /// case the most generic behavior of this function should be returned.
187   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(Function *F, CallSite CS,
188                                      std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
189     
190   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
191   /// write memory, return true.  If the function only reads from known-constant
192   /// memory, it is also legal to return true.  Functions that unwind the stack
193   /// are not legal for this predicate.
194   ///
195   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on calls to it,
196   /// without worrying about aliasing properties, and many functions have this
197   /// property (e.g. 'sin' and 'cos').
198   ///
199   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
200   ///
201   bool doesNotAccessMemory(Function *F) {
202     return getModRefBehavior(F, CallSite()) == DoesNotAccessMemory;
203   }
204
205   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
206   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Functions
207   /// that unwind the stack are not legal for this predicate.
208   ///
209   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
210   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
211   ///
212   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
213   ///
214   bool onlyReadsMemory(Function *F) {
215     /// FIXME: If the analysis returns more precise info, we can reduce it to
216     /// this.
217     return getModRefBehavior(F, CallSite()) == OnlyReadsMemory;
218   }
219
220
221   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
222   /// read or write memory specified by the pointer operand.  An instruction
223   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
224
225   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
226   /// a particular call site modifies or reads the memory specified by the
227   /// pointer.
228   ///
229   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size);
230
231   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
232   /// to the same set of memory locations.  This function returns NoModRef if
233   /// the two calls refer to disjoint memory locations, Ref if CS1 reads memory
234   /// written by CS2, Mod if CS1 writes to memory read or written by CS2, or
235   /// ModRef if CS1 might read or write memory accessed by CS2.
236   ///
237   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2);
238
239   /// hasNoModRefInfoForCalls - Return true if the analysis has no mod/ref
240   /// information for pairs of function calls (other than "pure" and "const"
241   /// functions).  This can be used by clients to avoid many pointless queries.
242   /// Remember that if you override this and chain to another analysis, you must
243   /// make sure that it doesn't have mod/ref info either.
244   ///
245   virtual bool hasNoModRefInfoForCalls() const;
246
247   /// Convenience functions...
248   ModRefResult getModRefInfo(LoadInst *L, Value *P, unsigned Size);
249   ModRefResult getModRefInfo(StoreInst *S, Value *P, unsigned Size);
250   ModRefResult getModRefInfo(CallInst *C, Value *P, unsigned Size) {
251     return getModRefInfo(CallSite(C), P, Size);
252   }
253   ModRefResult getModRefInfo(InvokeInst *I, Value *P, unsigned Size) {
254     return getModRefInfo(CallSite(I), P, Size);
255   }
256   ModRefResult getModRefInfo(Instruction *I, Value *P, unsigned Size) {
257     switch (I->getOpcode()) {
258     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((LoadInst*)I, P, Size);
259     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((StoreInst*)I, P, Size);
260     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((CallInst*)I, P, Size);
261     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((InvokeInst*)I, P, Size);
262     default:                  return NoModRef;
263     }
264   }
265
266   //===--------------------------------------------------------------------===//
267   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
268   ///
269
270   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
271   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
272   ///
273   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, unsigned Size);
274
275   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
276   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
277   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
278   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
279   ///
280   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
281                                  const Value *Ptr, unsigned Size);
282
283   //===--------------------------------------------------------------------===//
284   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
285   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
286   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
287   /// they have pointer-analysis implications.
288   ///
289
290   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
291   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
292   /// redundant and is eliminated.
293   ///
294   virtual void deleteValue(Value *V);
295
296   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
297   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
298   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
299   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
300   /// value, it should ignore the request.
301   ///
302   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
303
304   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
305   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
306   ///
307   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
308     copyValue(Old, New);
309     deleteValue(Old);
310   }
311 };
312
313 // Because of the way .a files work, we must force the BasicAA implementation to
314 // be pulled in if the AliasAnalysis header is included.  Otherwise we run
315 // the risk of AliasAnalysis being used, but the default implementation not
316 // being linked into the tool that uses it.
317 //
318 extern void BasicAAStub();
319 static IncludeFile HDR_INCLUDE_BASICAA_CPP((void*)&BasicAAStub);
320
321 } // End llvm namespace
322
323 #endif