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