include/llvm/Analysis/Dominators.h

   1 //===- llvm/Analysis/Dominators.h - Dominator Info Calculation --*- 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 following classes:
  11 //  1. DominatorTree: Represent the ImmediateDominator as an explicit tree
  12 //     structure.
  13 //  2. ETForest: Efficient data structure for dominance comparisons and
  14 //     nearest-common-ancestor queries.
  15 //  3. DominanceFrontier: Calculate and hold the dominance frontier for a
  16 //     function.
  17 //
  18 //  These data structures are listed in increasing order of complexity.  It
  19 //  takes longer to calculate the dominator frontier, for example, than the
  20 //  ImmediateDominator mapping.
  21 //
  22 //===----------------------------------------------------------------------===//
  23
  24 #ifndef LLVM_ANALYSIS_DOMINATORS_H
  25 #define LLVM_ANALYSIS_DOMINATORS_H
  26
  27 #include "llvm/Analysis/ET-Forest.h"
  28 #include "llvm/Pass.h"
  29 #include <set>
  30
  31 namespace llvm {
  32
  33 class Instruction;
  34
  35 template <typename GraphType> struct GraphTraits;
  36
  37 //===----------------------------------------------------------------------===//
  38 /// DominatorBase - Base class that other, more interesting dominator analyses
  39 /// inherit from.
  40 ///
  41 class DominatorBase : public FunctionPass {
  42 protected:
  43   std::vector<BasicBlock*> Roots;
  44   const bool IsPostDominators;
  45   inline DominatorBase(intptr_t ID, bool isPostDom) :
  46     FunctionPass(ID), Roots(), IsPostDominators(isPostDom) {}
  47 public:
  48
  49   /// getRoots -  Return the root blocks of the current CFG.  This may include
  50   /// multiple blocks if we are computing post dominators.  For forward
  51   /// dominators, this will always be a single block (the entry node).
  52   ///
  53   inline const std::vector<BasicBlock*> &getRoots() const { return Roots; }
  54
  55   /// isPostDominator - Returns true if analysis based of postdoms
  56   ///
  57   bool isPostDominator() const { return IsPostDominators; }
  58 };
  59
  60 //===----------------------------------------------------------------------===//
  61 /// DominatorTree - Calculate the immediate dominator tree for a function.
  62 ///
  63 class DominatorTreeBase : public DominatorBase {
  64 public:
  65   class Node;
  66 protected:
  67   std::map<BasicBlock*, Node*> Nodes;
  68   void reset();
  69   typedef std::map<BasicBlock*, Node*> NodeMapType;
  70
  71   Node *RootNode;
  72
  73   struct InfoRec {
  74     unsigned Semi;
  75     unsigned Size;
  76     BasicBlock *Label, *Parent, *Child, *Ancestor;
  77
  78     std::vector<BasicBlock*> Bucket;
  79
  80     InfoRec() : Semi(0), Size(0), Label(0), Parent(0), Child(0), Ancestor(0){}
  81   };
  82
  83   std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> IDoms;
  84
  85   // Vertex - Map the DFS number to the BasicBlock*
  86   std::vector<BasicBlock*> Vertex;
  87
  88   // Info - Collection of information used during the computation of idoms.
  89   std::map<BasicBlock*, InfoRec> Info;
  90
  91 public:
  92   class Node {
  93     friend class DominatorTree;
  94     friend struct PostDominatorTree;
  95     friend class DominatorTreeBase;
  96     BasicBlock *TheBB;
  97     Node *IDom;
  98     std::vector<Node*> Children;
  99   public:
 100     typedef std::vector<Node*>::iterator iterator;
 101     typedef std::vector<Node*>::const_iterator const_iterator;
 102
 103     iterator begin()             { return Children.begin(); }
 104     iterator end()               { return Children.end(); }
 105     const_iterator begin() const { return Children.begin(); }
 106     const_iterator end()   const { return Children.end(); }
 107
 108     inline BasicBlock *getBlock() const { return TheBB; }
 109     inline Node *getIDom() const { return IDom; }
 110     inline const std::vector<Node*> &getChildren() const { return Children; }
 111
 112     /// properlyDominates - Returns true iff this dominates N and this != N.
 113     /// Note that this is not a constant time operation!
 114     ///
 115     bool properlyDominates(const Node *N) const {
 116       const Node *IDom;
 117       if (this == 0 || N == 0) return false;
 118       while ((IDom = N->getIDom()) != 0 && IDom != this)
 119         N = IDom;   // Walk up the tree
 120       return IDom != 0;
 121     }
 122
 123     /// dominates - Returns true iff this dominates N.  Note that this is not a
 124     /// constant time operation!
 125     ///
 126     inline bool dominates(const Node *N) const {
 127       if (N == this) return true;  // A node trivially dominates itself.
 128       return properlyDominates(N);
 129     }
 130
 131   private:
 132     inline Node(BasicBlock *BB, Node *iDom) : TheBB(BB), IDom(iDom) {}
 133     inline Node *addChild(Node *C) { Children.push_back(C); return C; }
 134
 135     void setIDom(Node *NewIDom);
 136   };
 137
 138 public:
 139   DominatorTreeBase(intptr_t ID, bool isPostDom)
 140     : DominatorBase(ID, isPostDom) {}
 141   ~DominatorTreeBase() { reset(); }
 142
 143   virtual void releaseMemory() { reset(); }
 144
 145   /// getNode - return the (Post)DominatorTree node for the specified basic
 146   /// block.  This is the same as using operator[] on this class.
 147   ///
 148   inline Node *getNode(BasicBlock *BB) const {
 149     NodeMapType::const_iterator i = Nodes.find(BB);
 150     return (i != Nodes.end()) ? i->second : 0;
 151   }
 152
 153   inline Node *operator[](BasicBlock *BB) const {
 154     return getNode(BB);
 155   }
 156
 157   /// getRootNode - This returns the entry node for the CFG of the function.  If
 158   /// this tree represents the post-dominance relations for a function, however,
 159   /// this root may be a node with the block == NULL.  This is the case when
 160   /// there are multiple exit nodes from a particular function.  Consumers of
 161   /// post-dominance information must be capable of dealing with this
 162   /// possibility.
 163   ///
 164   Node *getRootNode() { return RootNode; }
 165   const Node *getRootNode() const { return RootNode; }
 166
 167   //===--------------------------------------------------------------------===//
 168   // API to update (Post)DominatorTree information based on modifications to
 169   // the CFG...
 170
 171   /// createNewNode - Add a new node to the dominator tree information.  This
 172   /// creates a new node as a child of IDomNode, linking it into the children
 173   /// list of the immediate dominator.
 174   ///
 175   Node *createNewNode(BasicBlock *BB, Node *IDomNode) {
 176     assert(getNode(BB) == 0 && "Block already in dominator tree!");
 177     assert(IDomNode && "Not immediate dominator specified for block!");
 178     return Nodes[BB] = IDomNode->addChild(new Node(BB, IDomNode));
 179   }
 180
 181   /// changeImmediateDominator - This method is used to update the dominator
 182   /// tree information when a node's immediate dominator changes.
 183   ///
 184   void changeImmediateDominator(Node *N, Node *NewIDom) {
 185     assert(N && NewIDom && "Cannot change null node pointers!");
 186     N->setIDom(NewIDom);
 187   }
 188
 189   /// removeNode - Removes a node from the dominator tree.  Block must not
 190   /// dominate any other blocks.  Invalidates any node pointing to removed
 191   /// block.
 192   void removeNode(BasicBlock *BB) {
 193     assert(getNode(BB) && "Removing node that isn't in dominator tree.");
 194     Nodes.erase(BB);
 195   }
 196
 197   /// print - Convert to human readable form
 198   ///
 199   virtual void print(std::ostream &OS, const Module* = 0) const;
 200   void print(std::ostream *OS, const Module* M = 0) const {
 201     if (OS) print(*OS, M);
 202   }
 203 };
 204
 205 //===-------------------------------------
 206 /// DominatorTree Class - Concrete subclass of DominatorTreeBase that is used to
 207 /// compute a normal dominator tree.
 208 ///
 209 class DominatorTree : public DominatorTreeBase {
 210 public:
 211   static const char ID; // Pass ID, replacement for typeid
 212   DominatorTree() : DominatorTreeBase((intptr_t)&ID, false) {}
 213
 214   BasicBlock *getRoot() const {
 215     assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
 216     return Roots[0];
 217   }
 218
 219   virtual bool runOnFunction(Function &F);
 220
 221   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 222     AU.setPreservesAll();
 223   }
 224 private:
 225   void calculate(Function& F);
 226   Node *getNodeForBlock(BasicBlock *BB);
 227   unsigned DFSPass(BasicBlock *V, InfoRec &VInfo, unsigned N);
 228   void Compress(BasicBlock *V, InfoRec &VInfo);
 229   BasicBlock *Eval(BasicBlock *v);
 230   void Link(BasicBlock *V, BasicBlock *W, InfoRec &WInfo);
 231   inline BasicBlock *getIDom(BasicBlock *BB) const {
 232       std::map<BasicBlock*, BasicBlock*>::const_iterator I = IDoms.find(BB);
 233       return I != IDoms.end() ? I->second : 0;
 234     }
 235 };
 236
 237 //===-------------------------------------
 238 /// DominatorTree GraphTraits specialization so the DominatorTree can be
 239 /// iterable by generic graph iterators.
 240 ///
 241 template <> struct GraphTraits<DominatorTree::Node*> {
 242   typedef DominatorTree::Node NodeType;
 243   typedef NodeType::iterator  ChildIteratorType;
 244
 245   static NodeType *getEntryNode(NodeType *N) {
 246     return N;
 247   }
 248   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType* N) {
 249     return N->begin();
 250   }
 251   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType* N) {
 252     return N->end();
 253   }
 254 };
 255
 256 template <> struct GraphTraits<DominatorTree*>
 257   : public GraphTraits<DominatorTree::Node*> {
 258   static NodeType *getEntryNode(DominatorTree *DT) {
 259     return DT->getRootNode();
 260   }
 261 };
 262
 263
 264 //===-------------------------------------
 265 /// ET-Forest Class - Class used to construct forwards and backwards
 266 /// ET-Forests
 267 ///
 268 class ETForestBase : public DominatorBase {
 269 public:
 270   ETForestBase(intptr_t ID, bool isPostDom)
 271     : DominatorBase(ID, isPostDom), Nodes(),
 272       DFSInfoValid(false), SlowQueries(0) {}
 273
 274   virtual void releaseMemory() { reset(); }
 275
 276   typedef std::map<BasicBlock*, ETNode*> ETMapType;
 277
 278   void updateDFSNumbers();
 279
 280   /// dominates - Return true if A dominates B.
 281   ///
 282   inline bool dominates(BasicBlock *A, BasicBlock *B) {
 283     if (A == B)
 284       return true;
 285
 286     ETNode *NodeA = getNode(A);
 287     ETNode *NodeB = getNode(B);
 288
 289     if (DFSInfoValid)
 290       return NodeB->DominatedBy(NodeA);
 291     else {
 292       // If we end up with too many slow queries, just update the
 293       // DFS numbers on the theory that we are going to keep querying.
 294       SlowQueries++;
 295       if (SlowQueries > 32) {
 296         updateDFSNumbers();
 297         return NodeB->DominatedBy(NodeA);
 298       }
 299       return NodeB->DominatedBySlow(NodeA);
 300     }
 301   }
 302
 303   // dominates - Return true if A dominates B. This performs the
 304   // special checks necessary if A and B are in the same basic block.
 305   bool dominates(Instruction *A, Instruction *B);
 306
 307   /// properlyDominates - Return true if A dominates B and A != B.
 308   ///
 309   bool properlyDominates(BasicBlock *A, BasicBlock *B) {
 310     return dominates(A, B) && A != B;
 311   }
 312
 313   /// isReachableFromEntry - Return true if A is dominated by the entry
 314   /// block of the function containing it.
 315   const bool isReachableFromEntry(BasicBlock* A);
 316
 317   /// Return the nearest common dominator of A and B.
 318   BasicBlock *nearestCommonDominator(BasicBlock *A, BasicBlock *B) const  {
 319     ETNode *NodeA = getNode(A);
 320     ETNode *NodeB = getNode(B);
 321
 322     ETNode *Common = NodeA->NCA(NodeB);
 323     if (!Common)
 324       return NULL;
 325     return Common->getData<BasicBlock>();
 326   }
 327
 328   /// Return the immediate dominator of A.
 329   BasicBlock *getIDom(BasicBlock *A) const {
 330     ETNode *NodeA = getNode(A);
 331     if (!NodeA) return 0;
 332     const ETNode *idom = NodeA->getFather();
 333     return idom ? idom->getData<BasicBlock>() : 0;
 334   }
 335
 336   void getChildren(BasicBlock *A, std::vector<BasicBlock*>& children) const {
 337     ETNode *NodeA = getNode(A);
 338     if (!NodeA) return;
 339     const ETNode* son = NodeA->getSon();
 340
 341     if (!son) return;
 342     children.push_back(son->getData<BasicBlock>());
 343
 344     const ETNode* brother = son->getBrother();
 345     while (brother != son) {
 346       children.push_back(brother->getData<BasicBlock>());
 347       brother = brother->getBrother();
 348     }
 349   }
 350
 351   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 352     AU.setPreservesAll();
 353     AU.addRequired<DominatorTree>();
 354   }
 355   //===--------------------------------------------------------------------===//
 356   // API to update Forest information based on modifications
 357   // to the CFG...
 358
 359   /// addNewBlock - Add a new block to the CFG, with the specified immediate
 360   /// dominator.
 361   ///
 362   void addNewBlock(BasicBlock *BB, BasicBlock *IDom);
 363
 364   /// setImmediateDominator - Update the immediate dominator information to
 365   /// change the current immediate dominator for the specified block
 366   /// to another block.  This method requires that BB for NewIDom
 367   /// already have an ETNode, otherwise just use addNewBlock.
 368   ///
 369   void setImmediateDominator(BasicBlock *BB, BasicBlock *NewIDom);
 370   /// print - Convert to human readable form
 371   ///
 372   virtual void print(std::ostream &OS, const Module* = 0) const;
 373   void print(std::ostream *OS, const Module* M = 0) const {
 374     if (OS) print(*OS, M);
 375   }
 376 protected:
 377   /// getNode - return the (Post)DominatorTree node for the specified basic
 378   /// block.  This is the same as using operator[] on this class.
 379   ///
 380   inline ETNode *getNode(BasicBlock *BB) const {
 381     ETMapType::const_iterator i = Nodes.find(BB);
 382     return (i != Nodes.end()) ? i->second : 0;
 383   }
 384
 385   inline ETNode *operator[](BasicBlock *BB) const {
 386     return getNode(BB);
 387   }
 388
 389   void reset();
 390   ETMapType Nodes;
 391   bool DFSInfoValid;
 392   unsigned int SlowQueries;
 393
 394 };
 395
 396 //==-------------------------------------
 397 /// ETForest Class - Concrete subclass of ETForestBase that is used to
 398 /// compute a forwards ET-Forest.
 399
 400 class ETForest : public ETForestBase {
 401 public:
 402   static const char ID; // Pass identifcation, replacement for typeid
 403
 404   ETForest() : ETForestBase((intptr_t)&ID, false) {}
 405
 406   BasicBlock *getRoot() const {
 407     assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
 408     return Roots[0];
 409   }
 410
 411   virtual bool runOnFunction(Function &F) {
 412     reset();     // Reset from the last time we were run...
 413     DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 414     Roots = DT.getRoots();
 415     calculate(DT);
 416     return false;
 417   }
 418
 419   void calculate(const DominatorTree &DT);
 420   ETNode *getNodeForBlock(BasicBlock *BB);
 421 };
 422
 423 //===----------------------------------------------------------------------===//
 424 /// DominanceFrontierBase - Common base class for computing forward and inverse
 425 /// dominance frontiers for a function.
 426 ///
 427 class DominanceFrontierBase : public DominatorBase {
 428 public:
 429   typedef std::set<BasicBlock*>             DomSetType;    // Dom set for a bb
 430   typedef std::map<BasicBlock*, DomSetType> DomSetMapType; // Dom set map
 431 protected:
 432   DomSetMapType Frontiers;
 433 public:
 434   DominanceFrontierBase(intptr_t ID, bool isPostDom)
 435     : DominatorBase(ID, isPostDom) {}
 436
 437   virtual void releaseMemory() { Frontiers.clear(); }
 438
 439   // Accessor interface:
 440   typedef DomSetMapType::iterator iterator;
 441   typedef DomSetMapType::const_iterator const_iterator;
 442   iterator       begin()       { return Frontiers.begin(); }
 443   const_iterator begin() const { return Frontiers.begin(); }
 444   iterator       end()         { return Frontiers.end(); }
 445   const_iterator end()   const { return Frontiers.end(); }
 446   iterator       find(BasicBlock *B)       { return Frontiers.find(B); }
 447   const_iterator find(BasicBlock *B) const { return Frontiers.find(B); }
 448
 449   void addBasicBlock(BasicBlock *BB, const DomSetType &frontier) {
 450     assert(find(BB) == end() && "Block already in DominanceFrontier!");
 451     Frontiers.insert(std::make_pair(BB, frontier));
 452   }
 453
 454   void addToFrontier(iterator I, BasicBlock *Node) {
 455     assert(I != end() && "BB is not in DominanceFrontier!");
 456     I->second.insert(Node);
 457   }
 458
 459   void removeFromFrontier(iterator I, BasicBlock *Node) {
 460     assert(I != end() && "BB is not in DominanceFrontier!");
 461     assert(I->second.count(Node) && "Node is not in DominanceFrontier of BB");
 462     I->second.erase(Node);
 463   }
 464
 465   /// print - Convert to human readable form
 466   ///
 467   virtual void print(std::ostream &OS, const Module* = 0) const;
 468   void print(std::ostream *OS, const Module* M = 0) const {
 469     if (OS) print(*OS, M);
 470   }
 471 };
 472
 473
 474 //===-------------------------------------
 475 /// DominanceFrontier Class - Concrete subclass of DominanceFrontierBase that is
 476 /// used to compute a forward dominator frontiers.
 477 ///
 478 class DominanceFrontier : public DominanceFrontierBase {
 479 public:
 480   static const char ID; // Pass ID, replacement for typeid
 481   DominanceFrontier() :
 482     DominanceFrontierBase((intptr_t)& ID, false) {}
 483
 484   BasicBlock *getRoot() const {
 485     assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
 486     return Roots[0];
 487   }
 488
 489   virtual bool runOnFunction(Function &) {
 490     Frontiers.clear();
 491     DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
 492     Roots = DT.getRoots();
 493     assert(Roots.size() == 1 && "Only one entry block for forward domfronts!");
 494     calculate(DT, DT[Roots[0]]);
 495     return false;
 496   }
 497
 498   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 499     AU.setPreservesAll();
 500     AU.addRequired<DominatorTree>();
 501   }
 502 private:
 503   const DomSetType &calculate(const DominatorTree &DT,
 504                               const DominatorTree::Node *Node);
 505 };
 506
 507
 508 } // End llvm namespace
 509
 510 #endif