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 <vector>
  32
  33 namespace llvm {
  34
  35 class LoadInst;
  36 class StoreInst;
  37 class VAArgInst;
  38 class TargetData;
  39 class Pass;
  40 class AnalysisUsage;
  41
  42 class AliasAnalysis {
  43 protected:
  44   const TargetData *TD;
  45
  46 private:
  47   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
  48
  49 protected:
  50   /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
  51   /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
  52   /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
  53   /// called multiple times.
  54   ///
  55   void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
  56
  57   /// getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
  58   /// directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
  59   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
  60
  61 public:
  62   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
  63   AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
  64   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
  65
  66   /// UnknownSize - This is a special value which can be used with the
  67   /// size arguments in alias queries to indicate that the caller does not
  68   /// know the sizes of the potential memory references.
  69   static uint64_t const UnknownSize = ~UINT64_C(0);
  70
  71   /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
  72   /// null if no TargetData object is available.
  73   ///
  74   const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
  75
  76   /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
  77   /// if known, or a conservative value otherwise.
  78   ///
  79   uint64_t getTypeStoreSize(const Type *Ty);
  80
  81   //===--------------------------------------------------------------------===//
  82   /// Alias Queries...
  83   ///
  84
  85   /// Location - A description of a memory location.
  86   struct Location {
  87     /// Ptr - The address of the start of the location.
  88     const Value *Ptr;
  89     /// Size - The maximum size of the location, or UnknownSize if the size is
  90     /// not known.  Note that an unknown size does not mean the pointer aliases
  91     /// the entire virtual address space, because there are restrictions on
  92     /// stepping out of one object and into another.
  93     /// See http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
  94     uint64_t Size;
  95     /// TBAATag - The metadata node which describes the TBAA type of
  96     /// the location, or null if there is no known unique tag.
  97     const MDNode *TBAATag;
  98
  99     explicit Location(const Value *P = 0,
 100                       uint64_t S = UnknownSize,
 101                       const MDNode *N = 0)
 102       : Ptr(P), Size(S), TBAATag(N) {}
 103
 104     Location getWithNewPtr(const Value *NewPtr) const {
 105       Location Copy(*this);
 106       Copy.Ptr = NewPtr;
 107       return Copy;
 108     }
 109
 110     Location getWithNewSize(uint64_t NewSize) const {
 111       Location Copy(*this);
 112       Copy.Size = NewSize;
 113       return Copy;
 114     }
 115
 116     Location getWithoutTBAATag() const {
 117       Location Copy(*this);
 118       Copy.TBAATag = 0;
 119       return Copy;
 120     }
 121   };
 122
 123   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
 124   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
 125   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
 126   ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
 127   /// to check to see if two pointers might alias.
 128   ///
 129   /// See docs/AliasAnalysis.html for more information on the specific meanings
 130   /// of these values.
 131   ///
 132   enum AliasResult {
 133     NoAlias = 0,        ///< No dependencies.
 134     MayAlias = 1,       ///< Anything goes.
 135     MustAlias = 2       ///< Pointers are equal.
 136   };
 137
 138   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
 139   /// Returns an AliasResult indicating whether the two pointers are aliased to
 140   /// each other.  This is the interface that must be implemented by specific
 141   /// alias analysis implementations.
 142   virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
 143
 144   /// alias - A convenience wrapper.
 145   AliasResult alias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
 146                     const Value *V2, uint64_t V2Size) {
 147     return alias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
 148   }
 149
 150   /// alias - A convenience wrapper.
 151   AliasResult alias(const Value *V1, const Value *V2) {
 152     return alias(V1, UnknownSize, V2, UnknownSize);
 153   }
 154
 155   /// isNoAlias - A trivial helper function to check to see if the specified
 156   /// pointers are no-alias.
 157   bool isNoAlias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
 158     return alias(LocA, LocB) == NoAlias;
 159   }
 160
 161   /// isNoAlias - A convenience wrapper.
 162   bool isNoAlias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
 163                  const Value *V2, uint64_t V2Size) {
 164     return isNoAlias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
 165   }
 166
 167   /// pointsToConstantMemory - If the specified memory location is
 168   /// known to be constant, return true. If OrLocal is true and the
 169   /// specified memory location is known to be "local" (derived from
 170   /// an alloca), return true. Otherwise return false.
 171   virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
 172                                       bool OrLocal = false);
 173
 174   /// pointsToConstantMemory - A convenient wrapper.
 175   bool pointsToConstantMemory(const Value *P, bool OrLocal = false) {
 176     return pointsToConstantMemory(Location(P), OrLocal);
 177   }
 178
 179   //===--------------------------------------------------------------------===//
 180   /// Simple mod/ref information...
 181   ///
 182
 183   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
 184   /// bits which may be or'd together.
 185   ///
 186   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
 187
 188   /// These values define additional bits used to define the
 189   /// ModRefBehavior values.
 190   enum { Nowhere = 0, ArgumentPointees = 4, Anywhere = 8 | ArgumentPointees };
 191
 192   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
 193   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
 194   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
 195   /// invocation without having to report it through these interfaces.
 196   enum ModRefBehavior {
 197     /// DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
 198     /// or stores to memory.
 199     ///
 200     /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
 201     /// This property corresponds to the LLVM IR 'readnone' attribute.
 202     /// This property corresponds to the IntrNoMem LLVM intrinsic flag.
 203     DoesNotAccessMemory = Nowhere | NoModRef,
 204
 205     /// OnlyReadsArgumentPointees - The only memory references in this function
 206     /// (if it has any) are non-volatile loads from objects pointed to by its
 207     /// pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
 208     ///
 209     /// This property corresponds to the IntrReadArgMem LLVM intrinsic flag.
 210     OnlyReadsArgumentPointees = ArgumentPointees | Ref,
 211
 212     /// OnlyAccessesArgumentPointees - The only memory references in this
 213     /// function (if it has any) are non-volatile loads and stores from objects
 214     /// pointed to by its pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
 215     ///
 216     /// This property corresponds to the IntrReadWriteArgMem LLVM intrinsic flag.
 217     OnlyAccessesArgumentPointees = ArgumentPointees | ModRef,
 218
 219     /// OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
 220     /// volatile loads, but may read from any memory location.
 221     ///
 222     /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
 223     /// This property corresponds to the LLVM IR 'readonly' attribute.
 224     /// This property corresponds to the IntrReadMem LLVM intrinsic flag.
 225     OnlyReadsMemory = Anywhere | Ref,
 226
 227     /// UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
 228     /// classified into one of the behaviors above.
 229     UnknownModRefBehavior = Anywhere | ModRef
 230   };
 231
 232   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
 233   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
 234
 235   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
 236   /// For use when the call site is not known.
 237   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
 238
 239   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
 240   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
 241   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
 242   /// are legal for this predicate.
 243   ///
 244   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
 245   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
 246   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
 247   ///
 248   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
 249   ///
 250   bool doesNotAccessMemory(ImmutableCallSite CS) {
 251     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
 252   }
 253
 254   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
 255   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
 256   ///
 257   bool doesNotAccessMemory(const Function *F) {
 258     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
 259   }
 260
 261   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
 262   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
 263   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
 264   ///
 265   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
 266   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
 267   ///
 268   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
 269   ///
 270   bool onlyReadsMemory(ImmutableCallSite CS) {
 271     return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(CS));
 272   }
 273
 274   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
 275   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
 276   /// when the call site is not known.
 277   ///
 278   bool onlyReadsMemory(const Function *F) {
 279     return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(F));
 280   }
 281
 282   /// onlyReadsMemory - Return true if functions with the specified behavior are
 283   /// known to only read from non-volatile memory (or not access memory at all).
 284   ///
 285   static bool onlyReadsMemory(ModRefBehavior MRB) {
 286     return !(MRB & Mod);
 287   }
 288
 289   /// onlyAccessesArgPointees - Return true if functions with the specified
 290   /// behavior are known to read and write at most from objects pointed to by
 291   /// their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
 292   ///
 293   static bool onlyAccessesArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
 294     return !(MRB & Anywhere & ~ArgumentPointees);
 295   }
 296
 297   /// doesAccessArgPointees - Return true if functions with the specified
 298   /// behavior are known to potentially read or write  from objects pointed
 299   /// to be their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
 300   ///
 301   static bool doesAccessArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
 302     return (MRB & ModRef) && (MRB & ArgumentPointees);
 303   }
 304
 305   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
 306   /// read or write the specified memory location.  An instruction
 307   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
 308   ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
 309                              const Location &Loc) {
 310     switch (I->getOpcode()) {
 311     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((const VAArgInst*)I, Loc);
 312     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((const LoadInst*)I,  Loc);
 313     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((const StoreInst*)I, Loc);
 314     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((const CallInst*)I,  Loc);
 315     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((const InvokeInst*)I,Loc);
 316     default:                  return NoModRef;
 317     }
 318   }
 319
 320   /// getModRefInfo - A convenience wrapper.
 321   ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
 322                              const Value *P, uint64_t Size) {
 323     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
 324   }
 325
 326   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
 327   /// a particular call site modifies or reads the specified memory location.
 328   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 329                                      const Location &Loc);
 330
 331   /// getModRefInfo (for call sites) - A convenience wrapper.
 332   ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 333                              const Value *P, uint64_t Size) {
 334     return getModRefInfo(CS, Location(P, Size));
 335   }
 336
 337   /// getModRefInfo (for calls) - Return whether information about whether
 338   /// a particular call modifies or reads the specified memory location.
 339   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Location &Loc) {
 340     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(C), Loc);
 341   }
 342
 343   /// getModRefInfo (for calls) - A convenience wrapper.
 344   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Value *P, uint64_t Size) {
 345     return getModRefInfo(C, Location(P, Size));
 346   }
 347
 348   /// getModRefInfo (for invokes) - Return whether information about whether
 349   /// a particular invoke modifies or reads the specified memory location.
 350   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
 351                              const Location &Loc) {
 352     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(I), Loc);
 353   }
 354
 355   /// getModRefInfo (for invokes) - A convenience wrapper.
 356   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
 357                              const Value *P, uint64_t Size) {
 358     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
 359   }
 360
 361   /// getModRefInfo (for loads) - Return whether information about whether
 362   /// a particular load modifies or reads the specified memory location.
 363   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Location &Loc);
 364
 365   /// getModRefInfo (for loads) - A convenience wrapper.
 366   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Value *P, uint64_t Size) {
 367     return getModRefInfo(L, Location(P, Size));
 368   }
 369
 370   /// getModRefInfo (for stores) - Return whether information about whether
 371   /// a particular store modifies or reads the specified memory location.
 372   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Location &Loc);
 373
 374   /// getModRefInfo (for stores) - A convenience wrapper.
 375   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, uint64_t Size) {
 376     return getModRefInfo(S, Location(P, Size));
 377   }
 378
 379   /// getModRefInfo (for va_args) - Return whether information about whether
 380   /// a particular va_arg modifies or reads the specified memory location.
 381   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Location &Loc);
 382
 383   /// getModRefInfo (for va_args) - A convenience wrapper.
 384   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Value* P, uint64_t Size) {
 385     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
 386   }
 387
 388   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
 389   /// to the same set of memory locations.  See
 390   ///   http://llvm.org/docs/AliasAnalysis.html#ModRefInfo
 391   /// for details.
 392   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
 393                                      ImmutableCallSite CS2);
 394
 395   //===--------------------------------------------------------------------===//
 396   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
 397   ///
 398
 399   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
 400   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
 401   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Location &Loc);
 402
 403   /// canBasicBlockModify - A convenience wrapper.
 404   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, uint64_t Size){
 405     return canBasicBlockModify(BB, Location(P, Size));
 406   }
 407
 408   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
 409   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
 410   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
 411   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
 412   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
 413                                  const Location &Loc);
 414
 415   /// canInstructionRangeModify - A convenience wrapper.
 416   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
 417                                  const Value *Ptr, uint64_t Size) {
 418     return canInstructionRangeModify(I1, I2, Location(Ptr, Size));
 419   }
 420
 421   //===--------------------------------------------------------------------===//
 422   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
 423   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
 424   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
 425   /// they have pointer-analysis implications.
 426   ///
 427
 428   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
 429   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
 430   /// redundant and is eliminated.
 431   ///
 432   virtual void deleteValue(Value *V);
 433
 434   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
 435   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
 436   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
 437   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
 438   /// value, it should ignore the request.
 439   ///
 440   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
 441
 442   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
 443   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
 444   ///
 445   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
 446     copyValue(Old, New);
 447     deleteValue(Old);
 448   }
 449 };
 450
 451 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
 452 /// function.
 453 bool isNoAliasCall(const Value *V);
 454
 455 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
 456 /// identifiable object.  This returns true for:
 457 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
 458 ///    Allocas and Mallocs
 459 ///    ByVal and NoAlias Arguments
 460 ///    NoAlias returns
 461 ///
 462 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
 463
 464 } // End llvm namespace
 465
 466 #endif