Included assert.h so that the code compiles under newer versions of GCC.
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph -----------------*- C++ -*--=//
2 //
3 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
4 // useful tool for interprocedural optimization.
5 //
6 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
7 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
8 // corresponding to the node.
9 //
10 // A call graph will contain nodes where the function that they correspond to is
11 // null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
12 // represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
13 // have edges to functions with the following properties:
14 //   1. All functions in the module without internal linkage, since they could
15 //      be called by functions outside of the our analysis capability.
16 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
17 //      call, for example being stored into a memory location.  Since they may
18 //      be called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
19 //
20 // Similarly, functions have a call edge to the external node iff:
21 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
22 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
23 //   2. The function contains an indirect function call.
24 //
25 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
26 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
27 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
28 //
29 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
30 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
31 // transformations.
32 //
33 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
34 // CallGraph is, which is currently does by looking for a function named 'main'.
35 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
36 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
37 // be called into (which is common for libraries).
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
42 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
43
44 #include <assert.h>
45
46 #include "Support/GraphTraits.h"
47 #include "Support/STLExtras.h"
48 #include "llvm/Pass.h"
49 class Function;
50 class Module;
51 class CallGraphNode;
52
53 //===----------------------------------------------------------------------===//
54 // CallGraph class definition
55 //
56 class CallGraph : public Pass {
57   Module *Mod;              // The module this call graph represents
58
59   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
60   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
61
62   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
63   // couldn't be found.  ExternalNode is equivalent to (*this)[0].
64   //
65   CallGraphNode *Root, *ExternalNode;
66 public:
67
68   //===---------------------------------------------------------------------
69   // Accessors...
70   //
71   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
72   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
73
74   // getExternalNode - Return the node that points to all functions that are
75   // accessable from outside of the current program.
76   //
77         CallGraphNode *getExternalNode()       { return ExternalNode; }
78   const CallGraphNode *getExternalNode() const { return ExternalNode; }
79
80   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
81   // main cannot be found, the external node.
82   //
83         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
84   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
85
86   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
87   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
88   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
89   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
90
91
92   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
93   // function
94   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
95     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
96     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
97     return I->second;
98   }
99   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
100     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
101     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
102     return I->second;
103   }
104
105   //===---------------------------------------------------------------------
106   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
107   // modified
108   //
109   void addFunctionToModule(Function *Meth);
110
111
112   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
113   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
114   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
115   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
116   // is to dropAllReferences before calling this.
117   //
118   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
119   Function *removeFunctionFromModule(Function *Meth) {
120     return removeFunctionFromModule((*this)[Meth]);
121   }
122
123
124   //===---------------------------------------------------------------------
125   // Pass infrastructure interface glue code...
126   //
127   CallGraph() : Root(0) {}
128   ~CallGraph() { destroy(); }
129
130   // run - Compute the call graph for the specified module.
131   virtual bool run(Module &M);
132
133   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
134   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
135     AU.setPreservesAll();
136   }
137
138   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
139   virtual void releaseMemory() {
140     destroy();
141   }
142
143   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
144   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
145   /// symbol table from the module.
146   ///
147   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
148
149 private:
150   //===---------------------------------------------------------------------
151   // Implementation of CallGraph construction
152   //
153
154   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
155   // does not already exist.
156   //
157   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
158
159   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
160   // of the functions that it calls.
161   //
162   void addToCallGraph(Function *F);
163
164   // destroy - Release memory for the call graph
165   void destroy();
166 };
167
168
169 //===----------------------------------------------------------------------===//
170 // CallGraphNode class definition
171 //
172 class CallGraphNode {
173   Function *Meth;
174   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
175
176   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
177 public:
178   //===---------------------------------------------------------------------
179   // Accessor methods...
180   //
181
182   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
183   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
184
185   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
186   Function *getFunction() const { return Meth; }
187
188   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
189   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
190   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
191   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
192   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
193
194   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
195   //
196   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
197
198
199   //===---------------------------------------------------------------------
200   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
201   // modified
202   //
203
204   void removeAllCalledFunctions() {
205     CalledFunctions.clear();
206   }
207
208 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
209   friend class CallGraph;
210
211   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
212   inline CallGraphNode(Function *F) : Meth(F) {}
213   
214   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
215   // one
216   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
217     CalledFunctions.push_back(M);
218   }
219 };
220
221
222
223 //===----------------------------------------------------------------------===//
224 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
225 // graphs by the generic graph algorithms...
226 //
227
228 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
229 // traversals.
230 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
231   typedef CallGraphNode NodeType;
232   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
233
234   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
235   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
236   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
237 };
238
239 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
240   typedef const CallGraphNode NodeType;
241   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
242
243   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
244   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
245   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
246 };
247
248 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
249   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
250     return CGN->getExternalNode();  // Start at the external node!
251   }
252   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
253   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
254
255   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
256   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
257   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
258     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
259   }
260   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
261     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
262   }
263
264   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
265                                        CallGraphNode*> P) {
266     return *P.second;
267   }
268 };
269 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
270   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
271   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
272     return CGN->getExternalNode();
273   }
274   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
275   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
276   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
277   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
278 };
279
280 #endif