include/llvm/Analysis/DSGraph.h

   1 //===- DSGraph.h - Represent a collection of data structures ----*- 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 header defines the data structure graph (DSGraph) and the
  11 // ReachabilityCloner class.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #ifndef LLVM_ANALYSIS_DSGRAPH_H
  16 #define LLVM_ANALYSIS_DSGRAPH_H
  17
  18 #include "llvm/Analysis/DSNode.h"
  19
  20 namespace llvm {
  21
  22 class GlobalValue;
  23
  24 //===----------------------------------------------------------------------===//
  25 /// DSScalarMap - An instance of this class is used to keep track of all of
  26 /// which DSNode each scalar in a function points to.  This is specialized to
  27 /// keep track of globals with nodes in the function, and to keep track of the
  28 /// unique DSNodeHandle being used by the scalar map.
  29 ///
  30 /// This class is crucial to the efficiency of DSA with some large SCC's.  In
  31 /// these cases, the cost of iterating over the scalar map dominates the cost
  32 /// of DSA.  In all of these cases, the DSA phase is really trying to identify
  33 /// globals or unique node handles active in the function.
  34 ///
  35 class DSScalarMap {
  36   typedef hash_map<Value*, DSNodeHandle> ValueMapTy;
  37   ValueMapTy ValueMap;
  38
  39   typedef hash_set<GlobalValue*> GlobalSetTy;
  40   GlobalSetTy GlobalSet;
  41 public:
  42
  43   // Compatibility methods: provide an interface compatible with a map of
  44   // Value* to DSNodeHandle's.
  45   typedef ValueMapTy::const_iterator const_iterator;
  46   typedef ValueMapTy::iterator iterator;
  47   iterator begin() { return ValueMap.begin(); }
  48   iterator end()   { return ValueMap.end(); }
  49   const_iterator begin() const { return ValueMap.begin(); }
  50   const_iterator end() const { return ValueMap.end(); }
  51   iterator find(Value *V) { return ValueMap.find(V); }
  52   const_iterator find(Value *V) const { return ValueMap.find(V); }
  53   unsigned count(Value *V) const { return ValueMap.count(V); }
  54
  55   void erase(Value *V) { erase(find(V)); }
  56
  57   /// replaceScalar - When an instruction needs to be modified, this method can
  58   /// be used to update the scalar map to remove the old and insert the new.
  59   void replaceScalar(Value *Old, Value *New) {
  60     iterator I = find(Old);
  61     assert(I != end() && "Old value is not in the map!");
  62     ValueMap.insert(std::make_pair(New, I->second));
  63     erase(I);
  64   }
  65
  66   DSNodeHandle &operator[](Value *V) {
  67     std::pair<iterator,bool> IP =
  68       ValueMap.insert(std::make_pair(V, DSNodeHandle()));
  69     if (IP.second) {  // Inserted the new entry into the map.
  70       if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
  71         GlobalSet.insert(GV);
  72     }
  73     return IP.first->second;
  74   }
  75
  76   void erase(iterator I) {
  77     assert(I != ValueMap.end() && "Cannot erase end!");
  78     if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(I->first))
  79       GlobalSet.erase(GV);
  80     ValueMap.erase(I);
  81   }
  82
  83   void clear() {
  84     ValueMap.clear();
  85     GlobalSet.clear();
  86   }
  87
  88   // Access to the global set: the set of all globals currently in the
  89   // scalar map.
  90   typedef GlobalSetTy::const_iterator global_iterator;
  91   global_iterator global_begin() const { return GlobalSet.begin(); }
  92   global_iterator global_end() const { return GlobalSet.end(); }
  93 };
  94
  95
  96 //===----------------------------------------------------------------------===//
  97 /// DSGraph - The graph that represents a function.
  98 ///
  99 struct DSGraph {
 100   // Public data-type declarations...
 101   typedef DSScalarMap ScalarMapTy;
 102   typedef hash_map<Function*, DSNodeHandle> ReturnNodesTy;
 103   typedef hash_set<GlobalValue*> GlobalSetTy;
 104   typedef ilist<DSNode> NodeListTy;
 105
 106   /// NodeMapTy - This data type is used when cloning one graph into another to
 107   /// keep track of the correspondence between the nodes in the old and new
 108   /// graphs.
 109   typedef hash_map<const DSNode*, DSNodeHandle> NodeMapTy;
 110 private:
 111   DSGraph *GlobalsGraph;   // Pointer to the common graph of global objects
 112   bool PrintAuxCalls;      // Should this graph print the Aux calls vector?
 113
 114   NodeListTy Nodes;
 115   ScalarMapTy ScalarMap;
 116
 117   // ReturnNodes - A return value for every function merged into this graph.
 118   // Each DSGraph may have multiple functions merged into it at any time, which
 119   // is used for representing SCCs.
 120   //
 121   ReturnNodesTy ReturnNodes;
 122
 123   // FunctionCalls - This vector maintains a single entry for each call
 124   // instruction in the current graph.  The first entry in the vector is the
 125   // scalar that holds the return value for the call, the second is the function
 126   // scalar being invoked, and the rest are pointer arguments to the function.
 127   // This vector is built by the Local graph and is never modified after that.
 128   //
 129   std::vector<DSCallSite> FunctionCalls;
 130
 131   // AuxFunctionCalls - This vector contains call sites that have been processed
 132   // by some mechanism.  In pratice, the BU Analysis uses this vector to hold
 133   // the _unresolved_ call sites, because it cannot modify FunctionCalls.
 134   //
 135   std::vector<DSCallSite> AuxFunctionCalls;
 136
 137   // InlinedGlobals - This set records which globals have been inlined from
 138   // other graphs (callers or callees, depending on the pass) into this one.
 139   //
 140   GlobalSetTy InlinedGlobals;
 141
 142   /// TD - This is the target data object for the machine this graph is
 143   /// constructed for.
 144   const TargetData &TD;
 145
 146   void operator=(const DSGraph &); // DO NOT IMPLEMENT
 147
 148 public:
 149   // Create a new, empty, DSGraph.
 150   DSGraph(const TargetData &td)
 151     : GlobalsGraph(0), PrintAuxCalls(false), TD(td) {}
 152
 153   // Compute the local DSGraph
 154   DSGraph(const TargetData &td, Function &F, DSGraph *GlobalsGraph);
 155
 156   // Copy ctor - If you want to capture the node mapping between the source and
 157   // destination graph, you may optionally do this by specifying a map to record
 158   // this into.
 159   //
 160   // Note that a copied graph does not retain the GlobalsGraph pointer of the
 161   // source.  You need to set a new GlobalsGraph with the setGlobalsGraph
 162   // method.
 163   //
 164   DSGraph(const DSGraph &DSG);
 165   DSGraph(const DSGraph &DSG, NodeMapTy &NodeMap);
 166   ~DSGraph();
 167
 168   DSGraph *getGlobalsGraph() const { return GlobalsGraph; }
 169   void setGlobalsGraph(DSGraph *G) { GlobalsGraph = G; }
 170
 171   /// getTargetData - Return the TargetData object for the current target.
 172   ///
 173   const TargetData &getTargetData() const { return TD; }
 174
 175   /// setPrintAuxCalls - If you call this method, the auxillary call vector will
 176   /// be printed instead of the standard call vector to the dot file.
 177   ///
 178   void setPrintAuxCalls() { PrintAuxCalls = true; }
 179   bool shouldPrintAuxCalls() const { return PrintAuxCalls; }
 180
 181   /// getNodes - Get a vector of all the nodes in the graph
 182   ///
 183   typedef NodeListTy::compat_iterator node_iterator;
 184   node_iterator node_begin() const { return Nodes.compat_begin(); }
 185   node_iterator node_end()   const { return Nodes.compat_end(); }
 186
 187   /// getFunctionNames - Return a space separated list of the name of the
 188   /// functions in this graph (if any)
 189   std::string getFunctionNames() const;
 190
 191   /// addNode - Add a new node to the graph.
 192   ///
 193   void addNode(DSNode *N) { Nodes.push_back(N); }
 194   void unlinkNode(DSNode *N) { Nodes.remove(N); }
 195
 196   /// getScalarMap - Get a map that describes what the nodes the scalars in this
 197   /// function point to...
 198   ///
 199   ScalarMapTy &getScalarMap() { return ScalarMap; }
 200   const ScalarMapTy &getScalarMap() const { return ScalarMap; }
 201
 202   /// getFunctionCalls - Return the list of call sites in the original local
 203   /// graph...
 204   ///
 205   const std::vector<DSCallSite> &getFunctionCalls() const {
 206     return FunctionCalls;
 207   }
 208
 209   /// getAuxFunctionCalls - Get the call sites as modified by whatever passes
 210   /// have been run.
 211   ///
 212   std::vector<DSCallSite> &getAuxFunctionCalls() {
 213     return AuxFunctionCalls;
 214   }
 215   const std::vector<DSCallSite> &getAuxFunctionCalls() const {
 216     return AuxFunctionCalls;
 217   }
 218
 219   /// getInlinedGlobals - Get the set of globals that are have been inlined
 220   /// (from callees in BU or from callers in TD) into the current graph.
 221   ///
 222   GlobalSetTy& getInlinedGlobals() {
 223     return InlinedGlobals;
 224   }
 225
 226   /// getNodeForValue - Given a value that is used or defined in the body of the
 227   /// current function, return the DSNode that it points to.
 228   ///
 229   DSNodeHandle &getNodeForValue(Value *V) { return ScalarMap[V]; }
 230
 231   const DSNodeHandle &getNodeForValue(Value *V) const {
 232     ScalarMapTy::const_iterator I = ScalarMap.find(V);
 233     assert(I != ScalarMap.end() &&
 234            "Use non-const lookup function if node may not be in the map");
 235     return I->second;
 236   }
 237
 238   /// getReturnNodes - Return the mapping of functions to their return nodes for
 239   /// this graph.
 240   const ReturnNodesTy &getReturnNodes() const { return ReturnNodes; }
 241         ReturnNodesTy &getReturnNodes()       { return ReturnNodes; }
 242
 243   /// getReturnNodeFor - Return the return node for the specified function.
 244   ///
 245   DSNodeHandle &getReturnNodeFor(Function &F) {
 246     ReturnNodesTy::iterator I = ReturnNodes.find(&F);
 247     assert(I != ReturnNodes.end() && "F not in this DSGraph!");
 248     return I->second;
 249   }
 250
 251   const DSNodeHandle &getReturnNodeFor(Function &F) const {
 252     ReturnNodesTy::const_iterator I = ReturnNodes.find(&F);
 253     assert(I != ReturnNodes.end() && "F not in this DSGraph!");
 254     return I->second;
 255   }
 256
 257   /// getGraphSize - Return the number of nodes in this graph.
 258   ///
 259   unsigned getGraphSize() const {
 260     return Nodes.size();
 261   }
 262
 263   /// print - Print a dot graph to the specified ostream...
 264   ///
 265   void print(std::ostream &O) const;
 266
 267   /// dump - call print(std::cerr), for use from the debugger...
 268   ///
 269   void dump() const;
 270
 271   /// viewGraph - Emit a dot graph, run 'dot', run gv on the postscript file,
 272   /// then cleanup.  For use from the debugger.
 273   void viewGraph() const;
 274
 275   void writeGraphToFile(std::ostream &O, const std::string &GraphName) const;
 276
 277   /// maskNodeTypes - Apply a mask to all of the node types in the graph.  This
 278   /// is useful for clearing out markers like Incomplete.
 279   ///
 280   void maskNodeTypes(unsigned Mask) {
 281     for (node_iterator I = node_begin(), E = node_end(); I != E; ++I)
 282       (*I)->maskNodeTypes(Mask);
 283   }
 284   void maskIncompleteMarkers() { maskNodeTypes(~DSNode::Incomplete); }
 285
 286   // markIncompleteNodes - Traverse the graph, identifying nodes that may be
 287   // modified by other functions that have not been resolved yet.  This marks
 288   // nodes that are reachable through three sources of "unknownness":
 289   //   Global Variables, Function Calls, and Incoming Arguments
 290   //
 291   // For any node that may have unknown components (because something outside
 292   // the scope of current analysis may have modified it), the 'Incomplete' flag
 293   // is added to the NodeType.
 294   //
 295   enum MarkIncompleteFlags {
 296     MarkFormalArgs = 1, IgnoreFormalArgs = 0,
 297     IgnoreGlobals = 2, MarkGlobalsIncomplete = 0,
 298   };
 299   void markIncompleteNodes(unsigned Flags);
 300
 301   // removeDeadNodes - Use a reachability analysis to eliminate subgraphs that
 302   // are unreachable.  This often occurs because the data structure doesn't
 303   // "escape" into it's caller, and thus should be eliminated from the caller's
 304   // graph entirely.  This is only appropriate to use when inlining graphs.
 305   //
 306   enum RemoveDeadNodesFlags {
 307     RemoveUnreachableGlobals = 1, KeepUnreachableGlobals = 0,
 308   };
 309   void removeDeadNodes(unsigned Flags);
 310
 311   /// CloneFlags enum - Bits that may be passed into the cloneInto method to
 312   /// specify how to clone the function graph.
 313   enum CloneFlags {
 314     StripAllocaBit        = 1 << 0, KeepAllocaBit     = 0,
 315     DontCloneCallNodes    = 1 << 1, CloneCallNodes    = 0,
 316     DontCloneAuxCallNodes = 1 << 2, CloneAuxCallNodes = 0,
 317     StripModRefBits       = 1 << 3, KeepModRefBits    = 0,
 318     StripIncompleteBit    = 1 << 4, KeepIncompleteBit = 0,
 319     UpdateInlinedGlobals  = 1 << 5, DontUpdateInlinedGlobals = 0,
 320   };
 321
 322   void updateFromGlobalGraph();
 323
 324   /// computeNodeMapping - Given roots in two different DSGraphs, traverse the
 325   /// nodes reachable from the two graphs, computing the mapping of nodes from
 326   /// the first to the second graph.
 327   ///
 328   static void computeNodeMapping(const DSNodeHandle &NH1,
 329                                  const DSNodeHandle &NH2, NodeMapTy &NodeMap,
 330                                  bool StrictChecking = true);
 331
 332
 333   /// cloneInto - Clone the specified DSGraph into the current graph.  The
 334   /// translated ScalarMap for the old function is filled into the OldValMap
 335   /// member, and the translated ReturnNodes map is returned into ReturnNodes.
 336   /// OldNodeMap contains a mapping from the original nodes to the newly cloned
 337   /// nodes.
 338   ///
 339   /// The CloneFlags member controls various aspects of the cloning process.
 340   ///
 341   void cloneInto(const DSGraph &G, ScalarMapTy &OldValMap,
 342                  ReturnNodesTy &OldReturnNodes, NodeMapTy &OldNodeMap,
 343                  unsigned CloneFlags = 0);
 344
 345   /// mergeInGraph - The method is used for merging graphs together.  If the
 346   /// argument graph is not *this, it makes a clone of the specified graph, then
 347   /// merges the nodes specified in the call site with the formal arguments in
 348   /// the graph.  If the StripAlloca's argument is 'StripAllocaBit' then Alloca
 349   /// markers are removed from nodes.
 350   ///
 351   void mergeInGraph(const DSCallSite &CS, Function &F, const DSGraph &Graph,
 352                     unsigned CloneFlags);
 353
 354
 355   /// getCallSiteForArguments - Get the arguments and return value bindings for
 356   /// the specified function in the current graph.
 357   ///
 358   DSCallSite getCallSiteForArguments(Function &F) const;
 359
 360   // Methods for checking to make sure graphs are well formed...
 361   void AssertNodeInGraph(const DSNode *N) const {
 362     assert((!N || N->getParentGraph() == this) &&
 363            "AssertNodeInGraph: Node is not in graph!");
 364   }
 365   void AssertNodeContainsGlobal(const DSNode *N, GlobalValue *GV) const {
 366     assert(std::find(N->getGlobals().begin(), N->getGlobals().end(), GV) !=
 367            N->getGlobals().end() && "Global value not in node!");
 368   }
 369
 370   void AssertCallSiteInGraph(const DSCallSite &CS) const {
 371     if (CS.isIndirectCall())
 372       AssertNodeInGraph(CS.getCalleeNode());
 373     AssertNodeInGraph(CS.getRetVal().getNode());
 374     for (unsigned j = 0, e = CS.getNumPtrArgs(); j != e; ++j)
 375       AssertNodeInGraph(CS.getPtrArg(j).getNode());
 376   }
 377
 378   void AssertCallNodesInGraph() const {
 379     for (unsigned i = 0, e = FunctionCalls.size(); i != e; ++i)
 380       AssertCallSiteInGraph(FunctionCalls[i]);
 381   }
 382   void AssertAuxCallNodesInGraph() const {
 383     for (unsigned i = 0, e = AuxFunctionCalls.size(); i != e; ++i)
 384       AssertCallSiteInGraph(AuxFunctionCalls[i]);
 385   }
 386
 387   void AssertGraphOK() const;
 388
 389   /// removeTriviallyDeadNodes - After the graph has been constructed, this
 390   /// method removes all unreachable nodes that are created because they got
 391   /// merged with other nodes in the graph.  This is used as the first step of
 392   /// removeDeadNodes.
 393   ///
 394   void removeTriviallyDeadNodes();
 395 };
 396
 397
 398   /// ReachabilityCloner - This class is used to incrementally clone and merge
 399   /// nodes from a non-changing source graph into a potentially mutating
 400   /// destination graph.  Nodes are only cloned over on demand, either in
 401   /// responds to a merge() or getClonedNH() call.  When a node is cloned over,
 402   /// all of the nodes reachable from it are automatically brought over as well.
 403   class ReachabilityCloner {
 404     DSGraph &Dest;
 405     const DSGraph &Src;
 406
 407     /// BitsToKeep - These bits are retained from the source node when the
 408     /// source nodes are merged into the destination graph.
 409     unsigned BitsToKeep;
 410     unsigned CloneFlags;
 411
 412     // NodeMap - A mapping from nodes in the source graph to the nodes that
 413     // represent them in the destination graph.
 414     DSGraph::NodeMapTy NodeMap;
 415   public:
 416     ReachabilityCloner(DSGraph &dest, const DSGraph &src, unsigned cloneFlags)
 417       : Dest(dest), Src(src), CloneFlags(cloneFlags) {
 418       assert(&Dest != &Src && "Cannot clone from graph to same graph!");
 419       BitsToKeep = ~DSNode::DEAD;
 420       if (CloneFlags & DSGraph::StripAllocaBit)
 421         BitsToKeep &= ~DSNode::AllocaNode;
 422       if (CloneFlags & DSGraph::StripModRefBits)
 423         BitsToKeep &= ~(DSNode::Modified | DSNode::Read);
 424       if (CloneFlags & DSGraph::StripIncompleteBit)
 425         BitsToKeep &= ~DSNode::Incomplete;
 426     }
 427
 428     DSNodeHandle getClonedNH(const DSNodeHandle &SrcNH);
 429
 430     void merge(const DSNodeHandle &NH, const DSNodeHandle &SrcNH);
 431
 432     /// mergeCallSite - Merge the nodes reachable from the specified src call
 433     /// site into the nodes reachable from DestCS.
 434     void mergeCallSite(const DSCallSite &DestCS, const DSCallSite &SrcCS);
 435
 436     bool clonedNode() const { return !NodeMap.empty(); }
 437
 438     void destroy() { NodeMap.clear(); }
 439   };
 440 } // End llvm namespace
 441
 442 #endif