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[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     //
144     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
145     // information about how pointer arguments are used.
146     AccessesArguments,
147
148     // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
149     // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
150     // does not access any other memory.
151     //
152     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
153     // information about how pointer arguments are used.
154     AccessesArgumentsAndGlobals,
155
156     // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
157     // volatile loads, but may read from any memory location.
158     //
159     // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
160     OnlyReadsMemory,
161
162     // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
163     // classified into one of the behaviors above.
164     UnknownModRefBehavior
165   };
166
167   /// PointerAccessInfo - This struct is used to return results for pointers,
168   /// globals, and the return value of a function.
169   struct PointerAccessInfo {
170     /// V - The value this record corresponds to.  This may be an Argument for
171     /// the function, a GlobalVariable, or null, corresponding to the return
172     /// value for the function.
173     Value *V;
174
175     /// ModRefInfo - Whether the pointer is loaded or stored to/from.
176     ///
177     ModRefResult ModRefInfo;
178   };
179
180   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
181   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(CallSite CS,
182                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
183
184   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
185   /// For use when the call site is not known.
186   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(Function *F,
187                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
188
189   /// getModRefBehavior - Return the modref behavior of the intrinsic with the
190   /// given id.
191   static ModRefBehavior getModRefBehavior(unsigned iid);
192
193   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
194   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
195   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
196   /// are legal for this predicate.
197   ///
198   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
199   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
200   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
201   ///
202   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
203   ///
204   bool doesNotAccessMemory(CallSite CS) {
205     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
206   }
207
208   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
209   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
210   ///
211   bool doesNotAccessMemory(Function *F) {
212     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
213   }
214
215   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
216   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
217   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
218   ///
219   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
220   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
221   ///
222   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
223   ///
224   bool onlyReadsMemory(CallSite CS) {
225     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
226     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
227   }
228
229   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
230   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
231   /// when the call site is not known.
232   ///
233   bool onlyReadsMemory(Function *F) {
234     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
235     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
236   }
237
238
239   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
240   /// read or write memory specified by the pointer operand.  An instruction
241   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
242
243   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
244   /// a particular call site modifies or reads the memory specified by the
245   /// pointer.
246   ///
247   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size);
248
249   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
250   /// to the same set of memory locations.  This function returns NoModRef if
251   /// the two calls refer to disjoint memory locations, Ref if CS1 reads memory
252   /// written by CS2, Mod if CS1 writes to memory read or written by CS2, or
253   /// ModRef if CS1 might read or write memory accessed by CS2.
254   ///
255   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2);
256
257 public:
258   /// Convenience functions...
259   ModRefResult getModRefInfo(LoadInst *L, Value *P, unsigned Size);
260   ModRefResult getModRefInfo(StoreInst *S, Value *P, unsigned Size);
261   ModRefResult getModRefInfo(CallInst *C, Value *P, unsigned Size) {
262     return getModRefInfo(CallSite(C), P, Size);
263   }
264   ModRefResult getModRefInfo(InvokeInst *I, Value *P, unsigned Size) {
265     return getModRefInfo(CallSite(I), P, Size);
266   }
267   ModRefResult getModRefInfo(VAArgInst* I, Value* P, unsigned Size) {
268     return AliasAnalysis::ModRef;
269   }
270   ModRefResult getModRefInfo(Instruction *I, Value *P, unsigned Size) {
271     switch (I->getOpcode()) {
272     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((VAArgInst*)I, P, Size);
273     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((LoadInst*)I, P, Size);
274     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((StoreInst*)I, P, Size);
275     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((CallInst*)I, P, Size);
276     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((InvokeInst*)I, P, Size);
277     default:                  return NoModRef;
278     }
279   }
280
281   //===--------------------------------------------------------------------===//
282   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
283   ///
284
285   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
286   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
287   ///
288   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, unsigned Size);
289
290   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
291   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
292   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
293   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
294   ///
295   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
296                                  const Value *Ptr, unsigned Size);
297
298   //===--------------------------------------------------------------------===//
299   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
300   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
301   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
302   /// they have pointer-analysis implications.
303   ///
304
305   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
306   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
307   /// redundant and is eliminated.
308   ///
309   virtual void deleteValue(Value *V);
310
311   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
312   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
313   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
314   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
315   /// value, it should ignore the request.
316   ///
317   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
318
319   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
320   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
321   ///
322   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
323     copyValue(Old, New);
324     deleteValue(Old);
325   }
326 };
327
328 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
329 /// function.
330 bool isNoAliasCall(const Value *V);
331
332 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
333 /// identifiable object.  This returns true for:
334 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
335 ///    Allocas and Mallocs
336 ///    ByVal and NoAlias Arguments
337 ///    NoAlias returns
338 ///
339 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
340
341 } // End llvm namespace
342
343 // Because of the way .a files work, we must force the BasicAA implementation to
344 // be pulled in if the AliasAnalysis header is included.  Otherwise we run
345 // the risk of AliasAnalysis being used, but the default implementation not
346 // being linked into the tool that uses it.
347 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(AliasAnalysis)
348 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(BasicAliasAnalysis)
349
350 #endif