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