include/llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h

   1 //===- llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h - Memory Deps  --*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the MemoryDependenceAnalysis analysis pass.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
  15 #define LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
  16
  17 #include "llvm/BasicBlock.h"
  18 #include "llvm/Pass.h"
  19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  20 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  21 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
  22
  23 namespace llvm {
  24   class Function;
  25   class FunctionPass;
  26   class Instruction;
  27   class CallSite;
  28   class AliasAnalysis;
  29   class TargetData;
  30   class MemoryDependenceAnalysis;
  31
  32   /// MemDepResult - A memory dependence query can return one of three different
  33   /// answers, described below.
  34   class MemDepResult {
  35     enum DepType {
  36       /// Invalid - Clients of MemDep never see this.
  37       Invalid = 0,
  38
  39       /// Clobber - This is a dependence on the specified instruction which
  40       /// clobbers the desired value.  The pointer member of the MemDepResult
  41       /// pair holds the instruction that clobbers the memory.  For example,
  42       /// this occurs when we see a may-aliased store to the memory location we
  43       /// care about.
  44       Clobber,
  45
  46       /// Def - This is a dependence on the specified instruction which
  47       /// defines/produces the desired memory location.  The pointer member of
  48       /// the MemDepResult pair holds the instruction that defines the memory.
  49       /// Cases of interest:
  50       ///   1. This could be a load or store for dependence queries on
  51       ///      load/store.  The value loaded or stored is the produced value.
  52       ///      Note that the pointer operand may be different than that of the
  53       ///      queried pointer due to must aliases and phi translation.  Note
  54       ///      that the def may not be the same type as the query, the pointers
  55       ///      may just be must aliases.
  56       ///   2. For loads and stores, this could be an allocation instruction. In
  57       ///      this case, the load is loading an undef value or a store is the
  58       ///      first store to (that part of) the allocation.
  59       ///   3. Dependence queries on calls return Def only when they are
  60       ///      readonly calls with identical callees and no intervening
  61       ///      clobbers.  No validation is done that the operands to the calls
  62       ///      are the same.
  63       Def,
  64
  65       /// NonLocal - This marker indicates that the query has no dependency in
  66       /// the specified block.  To find out more, the client should query other
  67       /// predecessor blocks.
  68       NonLocal
  69     };
  70     typedef PointerIntPair<Instruction*, 2, DepType> PairTy;
  71     PairTy Value;
  72     explicit MemDepResult(PairTy V) : Value(V) {}
  73   public:
  74     MemDepResult() : Value(0, Invalid) {}
  75
  76     /// get methods: These are static ctor methods for creating various
  77     /// MemDepResult kinds.
  78     static MemDepResult getDef(Instruction *Inst) {
  79       return MemDepResult(PairTy(Inst, Def));
  80     }
  81     static MemDepResult getClobber(Instruction *Inst) {
  82       return MemDepResult(PairTy(Inst, Clobber));
  83     }
  84     static MemDepResult getNonLocal() {
  85       return MemDepResult(PairTy(0, NonLocal));
  86     }
  87
  88     /// isClobber - Return true if this MemDepResult represents a query that is
  89     /// a instruction clobber dependency.
  90     bool isClobber() const { return Value.getInt() == Clobber; }
  91
  92     /// isDef - Return true if this MemDepResult represents a query that is
  93     /// a instruction definition dependency.
  94     bool isDef() const { return Value.getInt() == Def; }
  95
  96     /// isNonLocal - Return true if this MemDepResult represents an query that
  97     /// is transparent to the start of the block, but where a non-local hasn't
  98     /// been done.
  99     bool isNonLocal() const { return Value.getInt() == NonLocal; }
 100
 101     /// getInst() - If this is a normal dependency, return the instruction that
 102     /// is depended on.  Otherwise, return null.
 103     Instruction *getInst() const { return Value.getPointer(); }
 104
 105     bool operator==(const MemDepResult &M) const { return M.Value == Value; }
 106     bool operator!=(const MemDepResult &M) const { return M.Value != Value; }
 107     bool operator<(const MemDepResult &M) const { return M.Value < Value; }
 108     bool operator>(const MemDepResult &M) const { return M.Value > Value; }
 109   private:
 110     friend class MemoryDependenceAnalysis;
 111     /// Dirty - Entries with this marker occur in a LocalDeps map or
 112     /// NonLocalDeps map when the instruction they previously referenced was
 113     /// removed from MemDep.  In either case, the entry may include an
 114     /// instruction pointer.  If so, the pointer is an instruction in the
 115     /// block where scanning can start from, saving some work.
 116     ///
 117     /// In a default-constructed MemDepResult object, the type will be Dirty
 118     /// and the instruction pointer will be null.
 119     ///
 120
 121     /// isDirty - Return true if this is a MemDepResult in its dirty/invalid.
 122     /// state.
 123     bool isDirty() const { return Value.getInt() == Invalid; }
 124
 125     static MemDepResult getDirty(Instruction *Inst) {
 126       return MemDepResult(PairTy(Inst, Invalid));
 127     }
 128   };
 129
 130   /// MemoryDependenceAnalysis - This is an analysis that determines, for a
 131   /// given memory operation, what preceding memory operations it depends on.
 132   /// It builds on alias analysis information, and tries to provide a lazy,
 133   /// caching interface to a common kind of alias information query.
 134   ///
 135   /// The dependency information returned is somewhat unusual, but is pragmatic.
 136   /// If queried about a store or call that might modify memory, the analysis
 137   /// will return the instruction[s] that may either load from that memory or
 138   /// store to it.  If queried with a load or call that can never modify memory,
 139   /// the analysis will return calls and stores that might modify the pointer,
 140   /// but generally does not return loads unless a) they are volatile, or
 141   /// b) they load from *must-aliased* pointers.  Returning a dependence on
 142   /// must-alias'd pointers instead of all pointers interacts well with the
 143   /// internal caching mechanism.
 144   ///
 145   class MemoryDependenceAnalysis : public FunctionPass {
 146     // A map from instructions to their dependency.
 147     typedef DenseMap<Instruction*, MemDepResult> LocalDepMapType;
 148     LocalDepMapType LocalDeps;
 149
 150   public:
 151     typedef std::pair<BasicBlock*, MemDepResult> NonLocalDepEntry;
 152     typedef std::vector<NonLocalDepEntry> NonLocalDepInfo;
 153   private:
 154     /// ValueIsLoadPair - This is a pair<Value*, bool> where the bool is true if
 155     /// the dependence is a read only dependence, false if read/write.
 156     typedef PointerIntPair<Value*, 1, bool> ValueIsLoadPair;
 157
 158     /// CachedNonLocalPointerInfo - This map stores the cached results of doing
 159     /// a pointer lookup at the bottom of a block.  The key of this map is the
 160     /// pointer+isload bit, the value is a list of <bb->result> mappings.
 161     typedef DenseMap<ValueIsLoadPair, NonLocalDepInfo>CachedNonLocalPointerInfo;
 162     CachedNonLocalPointerInfo NonLocalPointerDeps;
 163
 164     // A map from instructions to their non-local pointer dependencies.
 165     // The elements of the SmallPtrSet are ValueIsLoadPair's.
 166     typedef DenseMap<Instruction*,
 167                      SmallPtrSet<void*, 4> > ReverseNonLocalPtrDepTy;
 168     ReverseNonLocalPtrDepTy ReverseNonLocalPtrDeps;
 169
 170
 171
 172
 173     /// PerInstNLInfo - This is the instruction we keep for each cached access
 174     /// that we have for an instruction.  The pointer is an owning pointer and
 175     /// the bool indicates whether we have any dirty bits in the set.
 176     typedef std::pair<NonLocalDepInfo, bool> PerInstNLInfo;
 177
 178     // A map from instructions to their non-local dependencies.
 179     typedef DenseMap<Instruction*, PerInstNLInfo> NonLocalDepMapType;
 180
 181     NonLocalDepMapType NonLocalDeps;
 182
 183     // A reverse mapping from dependencies to the dependees.  This is
 184     // used when removing instructions to keep the cache coherent.
 185     typedef DenseMap<Instruction*,
 186                      SmallPtrSet<Instruction*, 4> > ReverseDepMapType;
 187     ReverseDepMapType ReverseLocalDeps;
 188
 189     // A reverse mapping form dependencies to the non-local dependees.
 190     ReverseDepMapType ReverseNonLocalDeps;
 191
 192     /// Current AA implementation, just a cache.
 193     AliasAnalysis *AA;
 194     TargetData *TD;
 195   public:
 196     MemoryDependenceAnalysis() : FunctionPass(&ID) {}
 197     static char ID;
 198
 199     /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis eagerly.
 200     bool runOnFunction(Function &);
 201
 202     /// Clean up memory in between runs
 203     void releaseMemory() {
 204       LocalDeps.clear();
 205       NonLocalDeps.clear();
 206       NonLocalPointerDeps.clear();
 207       ReverseLocalDeps.clear();
 208       ReverseNonLocalDeps.clear();
 209       ReverseNonLocalPtrDeps.clear();
 210     }
 211
 212     /// getAnalysisUsage - Does not modify anything.  It uses Value Numbering
 213     /// and Alias Analysis.
 214     ///
 215     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
 216
 217     /// getDependency - Return the instruction on which a memory operation
 218     /// depends.  See the class comment for more details.  It is illegal to call
 219     /// this on non-memory instructions.
 220     MemDepResult getDependency(Instruction *QueryInst);
 221
 222     /// getNonLocalDependency - Perform a full dependency query for the
 223     /// specified instruction, returning the set of blocks that the value is
 224     /// potentially live across.  The returned set of results will include a
 225     /// "NonLocal" result for all blocks where the value is live across.
 226     ///
 227     /// This method assumes the instruction returns a "NonLocal" dependency
 228     /// within its own block.
 229     ///
 230     /// This returns a reference to an internal data structure that may be
 231     /// invalidated on the next non-local query or when an instruction is
 232     /// removed.  Clients must copy this data if they want it around longer than
 233     /// that.
 234     const NonLocalDepInfo &getNonLocalDependency(Instruction *QueryInst);
 235
 236
 237     /// getNonLocalPointerDependency - Perform a full dependency query for an
 238     /// access to the specified (non-volatile) memory location, returning the
 239     /// set of instructions that either define or clobber the value.
 240     ///
 241     /// This method assumes the pointer has a "NonLocal" dependency within BB.
 242     void getNonLocalPointerDependency(Value *Pointer, bool isLoad,
 243                                       BasicBlock *BB,
 244                                      SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result);
 245
 246     /// removeInstruction - Remove an instruction from the dependence analysis,
 247     /// updating the dependence of instructions that previously depended on it.
 248     void removeInstruction(Instruction *InstToRemove);
 249
 250   private:
 251     MemDepResult getPointerDependencyFrom(Value *Pointer, uint64_t MemSize,
 252                                           bool isLoad,
 253                                           BasicBlock::iterator ScanIt,
 254                                           BasicBlock *BB);
 255     MemDepResult getCallSiteDependencyFrom(CallSite C,
 256                                            BasicBlock::iterator ScanIt,
 257                                            BasicBlock *BB);
 258     void getNonLocalPointerDepInternal(Value *Pointer, uint64_t Size,
 259                                        bool isLoad, BasicBlock *BB,
 260                                       SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result,
 261                                        SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited);
 262     void RemoveCachedNonLocalPointerDependencies(ValueIsLoadPair P);
 263
 264     /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur
 265     /// in our internal data structures.
 266     void verifyRemoved(Instruction *Inst) const;
 267
 268   };
 269
 270 } // End llvm namespace
 271
 272 #endif