include/llvm/IR/PassManager.h

   1 //===- PassManager.h - Pass management infrastructure -----------*- 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 /// \file
  10 ///
  11 /// This header defines various interfaces for pass management in LLVM. There
  12 /// is no "pass" interface in LLVM per se. Instead, an instance of any class
  13 /// which supports a method to 'run' it over a unit of IR can be used as
  14 /// a pass. A pass manager is generally a tool to collect a sequence of passes
  15 /// which run over a particular IR construct, and run each of them in sequence
  16 /// over each such construct in the containing IR construct. As there is no
  17 /// containing IR construct for a Module, a manager for passes over modules
  18 /// forms the base case which runs its managed passes in sequence over the
  19 /// single module provided.
  20 ///
  21 /// The core IR library provides managers for running passes over
  22 /// modules and functions.
  23 ///
  24 /// * FunctionPassManager can run over a Module, runs each pass over
  25 ///   a Function.
  26 /// * ModulePassManager must be directly run, runs each pass over the Module.
  27 ///
  28 /// Note that the implementations of the pass managers use concept-based
  29 /// polymorphism as outlined in the "Value Semantics and Concept-based
  30 /// Polymorphism" talk (or its abbreviated sibling "Inheritance Is The Base
  31 /// Class of Evil") by Sean Parent:
  32 /// * http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations
  33 /// * http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8
  34 /// * http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil
  35 ///
  36 //===----------------------------------------------------------------------===//
  37
  38 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  39 #include "llvm/ADT/polymorphic_ptr.h"
  40 #include "llvm/Support/type_traits.h"
  41 #include "llvm/IR/Function.h"
  42 #include "llvm/IR/Module.h"
  43 #include <list>
  44 #include <vector>
  45
  46 namespace llvm {
  47
  48 class Module;
  49 class Function;
  50
  51 /// \brief Implementation details of the pass manager interfaces.
  52 namespace detail {
  53
  54 /// \brief Template for the abstract base class used to dispatch
  55 /// polymorphically over pass objects.
  56 template <typename T> struct PassConcept {
  57   // Boiler plate necessary for the container of derived classes.
  58   virtual ~PassConcept() {}
  59   virtual PassConcept *clone() = 0;
  60
  61   /// \brief The polymorphic API which runs the pass over a given IR entity.
  62   virtual bool run(T Arg) = 0;
  63 };
  64
  65 /// \brief A template wrapper used to implement the polymorphic API.
  66 ///
  67 /// Can be instantiated for any object which provides a \c run method
  68 /// accepting a \c T. It requires the pass to be a copyable
  69 /// object.
  70 template <typename T, typename PassT> struct PassModel : PassConcept<T> {
  71   PassModel(PassT Pass) : Pass(llvm_move(Pass)) {}
  72   virtual PassModel *clone() { return new PassModel(Pass); }
  73   virtual bool run(T Arg) { return Pass.run(Arg); }
  74   PassT Pass;
  75 };
  76
  77 /// \brief Abstract concept of an analysis result.
  78 ///
  79 /// This concept is parameterized over the IR unit that this result pertains
  80 /// to.
  81 template <typename IRUnitT> struct AnalysisResultConcept {
  82   virtual ~AnalysisResultConcept() {}
  83   virtual AnalysisResultConcept *clone() = 0;
  84
  85   /// \brief Method to try and mark a result as invalid.
  86   ///
  87   /// When the outer \c AnalysisManager detects a change in some underlying
  88   /// unit of the IR, it will call this method on all of the results cached.
  89   ///
  90   /// \returns true if the result should indeed be invalidated (the default).
  91   virtual bool invalidate(IRUnitT *IR) = 0;
  92 };
  93
  94 /// \brief Wrapper to model the analysis result concept.
  95 ///
  96 /// Can wrap any type which implements a suitable invalidate member and model
  97 /// the AnalysisResultConcept for the AnalysisManager.
  98 template <typename IRUnitT, typename ResultT>
  99 struct AnalysisResultModel : AnalysisResultConcept<IRUnitT> {
 100   AnalysisResultModel(ResultT Result) : Result(llvm_move(Result)) {}
 101   virtual AnalysisResultModel *clone() {
 102     return new AnalysisResultModel(Result);
 103   }
 104
 105   /// \brief The model delegates to the \c ResultT method.
 106   virtual bool invalidate(IRUnitT *IR) { return Result.invalidate(IR); }
 107
 108   ResultT Result;
 109 };
 110
 111 /// \brief Abstract concept of an analysis pass.
 112 ///
 113 /// This concept is parameterized over the IR unit that it can run over and
 114 /// produce an analysis result.
 115 template <typename IRUnitT> struct AnalysisPassConcept {
 116   virtual ~AnalysisPassConcept() {}
 117   virtual AnalysisPassConcept *clone() = 0;
 118
 119   /// \brief Method to run this analysis over a unit of IR.
 120   /// \returns The analysis result object to be queried by users, the caller
 121   /// takes ownership.
 122   virtual AnalysisResultConcept<IRUnitT> *run(IRUnitT *IR) = 0;
 123 };
 124
 125 /// \brief Wrapper to model the analysis pass concept.
 126 ///
 127 /// Can wrap any type which implements a suitable \c run method. The method
 128 /// must accept the IRUnitT as an argument and produce an object which can be
 129 /// wrapped in a \c AnalysisResultModel.
 130 template <typename PassT>
 131 struct AnalysisPassModel : AnalysisPassConcept<typename PassT::IRUnitT> {
 132   AnalysisPassModel(PassT Pass) : Pass(llvm_move(Pass)) {}
 133   virtual AnalysisPassModel *clone() { return new AnalysisPassModel(Pass); }
 134
 135   // FIXME: Replace PassT::IRUnitT with type traits when we use C++11.
 136   typedef typename PassT::IRUnitT IRUnitT;
 137
 138   // FIXME: Replace PassT::Result with type traits when we use C++11.
 139   typedef AnalysisResultModel<IRUnitT, typename PassT::Result> ResultModelT;
 140
 141   /// \brief The model delegates to the \c PassT::run method.
 142   ///
 143   /// The return is wrapped in an \c AnalysisResultModel.
 144   virtual ResultModelT *run(IRUnitT *IR) {
 145     return new ResultModelT(Pass.run(IR));
 146   }
 147
 148   PassT Pass;
 149 };
 150
 151 }
 152
 153 class ModuleAnalysisManager;
 154
 155 class ModulePassManager {
 156 public:
 157   explicit ModulePassManager(ModuleAnalysisManager *AM = 0) : AM(AM) {}
 158
 159   /// \brief Run all of the module passes in this module pass manager over
 160   /// a module.
 161   ///
 162   /// This method should only be called for a single module as there is the
 163   /// expectation that the lifetime of a pass is bounded to that of a module.
 164   void run(Module *M);
 165
 166   template <typename ModulePassT> void addPass(ModulePassT Pass) {
 167     Passes.push_back(new ModulePassModel<ModulePassT>(llvm_move(Pass)));
 168   }
 169
 170 private:
 171   // Pull in the concept type and model template specialized for modules.
 172   typedef detail::PassConcept<Module *> ModulePassConcept;
 173   template <typename PassT>
 174   struct ModulePassModel : detail::PassModel<Module *, PassT> {
 175     ModulePassModel(PassT Pass) : detail::PassModel<Module *, PassT>(Pass) {}
 176   };
 177
 178   ModuleAnalysisManager *AM;
 179   std::vector<polymorphic_ptr<ModulePassConcept> > Passes;
 180 };
 181
 182 class FunctionAnalysisManager;
 183
 184 class FunctionPassManager {
 185 public:
 186   explicit FunctionPassManager(FunctionAnalysisManager *AM = 0) : AM(AM) {}
 187
 188   template <typename FunctionPassT> void addPass(FunctionPassT Pass) {
 189     Passes.push_back(new FunctionPassModel<FunctionPassT>(llvm_move(Pass)));
 190   }
 191
 192   bool run(Function *F);
 193
 194 private:
 195   // Pull in the concept type and model template specialized for functions.
 196   typedef detail::PassConcept<Function *> FunctionPassConcept;
 197   template <typename PassT>
 198   struct FunctionPassModel : detail::PassModel<Function *, PassT> {
 199     FunctionPassModel(PassT Pass)
 200         : detail::PassModel<Function *, PassT>(Pass) {}
 201   };
 202
 203   FunctionAnalysisManager *AM;
 204   std::vector<polymorphic_ptr<FunctionPassConcept> > Passes;
 205 };
 206
 207 /// \brief Trivial adaptor that maps from a module to its functions.
 208 ///
 209 /// Designed to allow composition of a FunctionPass(Manager) and a
 210 /// ModulePassManager.
 211 template <typename FunctionPassT>
 212 class ModuleToFunctionPassAdaptor {
 213 public:
 214   explicit ModuleToFunctionPassAdaptor(FunctionPassT Pass)
 215       : Pass(llvm_move(Pass)) {}
 216
 217   /// \brief Runs the function pass across every function in the module.
 218   bool run(Module *M) {
 219     bool Changed = false;
 220     for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
 221       Changed |= Pass.run(I);
 222     return Changed;
 223   }
 224
 225 private:
 226   FunctionPassT Pass;
 227 };
 228
 229 /// \brief A function to deduce a function pass type and wrap it in the
 230 /// templated adaptor.
 231 template <typename FunctionPassT>
 232 ModuleToFunctionPassAdaptor<FunctionPassT>
 233 createModuleToFunctionPassAdaptor(FunctionPassT Pass) {
 234   return ModuleToFunctionPassAdaptor<FunctionPassT>(llvm_move(Pass));
 235 }
 236
 237 /// \brief A module analysis pass manager with lazy running and caching of
 238 /// results.
 239 class ModuleAnalysisManager {
 240 public:
 241   ModuleAnalysisManager() {}
 242
 243   /// \brief Get the result of an analysis pass for this module.
 244   ///
 245   /// If there is not a valid cached result in the manager already, this will
 246   /// re-run the analysis to produce a valid result.
 247   template <typename PassT> const typename PassT::Result &getResult(Module *M) {
 248     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Module>::value),
 249                        "The analysis pass must be over a Module.");
 250     assert(ModuleAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 251            "This analysis pass was not registered prior to being queried");
 252
 253     const detail::AnalysisResultConcept<Module> &ResultConcept =
 254         getResultImpl(PassT::ID(), M);
 255     typedef detail::AnalysisResultModel<Module, typename PassT::Result>
 256         ResultModelT;
 257     return static_cast<const ResultModelT &>(ResultConcept).Result;
 258   }
 259
 260   /// \brief Register an analysis pass with the manager.
 261   ///
 262   /// This provides an initialized and set-up analysis pass to the
 263   /// analysis
 264   /// manager. Whomever is setting up analysis passes must use this to
 265   /// populate
 266   /// the manager with all of the analysis passes available.
 267   template <typename PassT> void registerPass(PassT Pass) {
 268     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Module>::value),
 269                        "The analysis pass must be over a Module.");
 270     assert(!ModuleAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 271            "Registered the same analysis pass twice!");
 272     ModuleAnalysisPasses[PassT::ID()] =
 273         new detail::AnalysisPassModel<PassT>(llvm_move(Pass));
 274   }
 275
 276   /// \brief Invalidate a specific analysis pass for an IR module.
 277   ///
 278   /// Note that the analysis result can disregard invalidation.
 279   template <typename PassT> void invalidate(Module *M) {
 280     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Module>::value),
 281                        "The analysis pass must be over a Module.");
 282     assert(ModuleAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 283            "This analysis pass was not registered prior to being invalidated");
 284     invalidateImpl(PassT::ID(), M);
 285   }
 286
 287   /// \brief Invalidate analyses cached for an IR Module.
 288   ///
 289   /// Note that specific analysis results can disregard invalidation by
 290   /// overriding their invalidate method.
 291   ///
 292   /// The module must be the module this analysis manager was constructed
 293   /// around.
 294   void invalidateAll(Module *M);
 295
 296 private:
 297   /// \brief Get a module pass result, running the pass if necessary.
 298   const detail::AnalysisResultConcept<Module> &getResultImpl(void *PassID,
 299                                                              Module *M);
 300
 301   /// \brief Invalidate a module pass result.
 302   void invalidateImpl(void *PassID, Module *M);
 303
 304   /// \brief Map type from module analysis pass ID to pass concept pointer.
 305   typedef DenseMap<void *,
 306                    polymorphic_ptr<detail::AnalysisPassConcept<Module> > >
 307       ModuleAnalysisPassMapT;
 308
 309   /// \brief Collection of module analysis passes, indexed by ID.
 310   ModuleAnalysisPassMapT ModuleAnalysisPasses;
 311
 312   /// \brief Map type from module analysis pass ID to pass result concept pointer.
 313   typedef DenseMap<void *,
 314                    polymorphic_ptr<detail::AnalysisResultConcept<Module> > >
 315       ModuleAnalysisResultMapT;
 316
 317   /// \brief Cache of computed module analysis results for this module.
 318   ModuleAnalysisResultMapT ModuleAnalysisResults;
 319 };
 320
 321 /// \brief A function analysis manager to coordinate and cache analyses run over
 322 /// a module.
 323 class FunctionAnalysisManager {
 324 public:
 325   FunctionAnalysisManager() {}
 326
 327   /// \brief Get the result of an analysis pass for a function.
 328   ///
 329   /// If there is not a valid cached result in the manager already, this will
 330   /// re-run the analysis to produce a valid result.
 331   template <typename PassT>
 332   const typename PassT::Result &getResult(Function *F) {
 333     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Function>::value),
 334                        "The analysis pass must be over a Function.");
 335     assert(FunctionAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 336            "This analysis pass was not registered prior to being queried");
 337
 338     const detail::AnalysisResultConcept<Function> &ResultConcept =
 339         getResultImpl(PassT::ID(), F);
 340     typedef detail::AnalysisResultModel<Function, typename PassT::Result>
 341         ResultModelT;
 342     return static_cast<const ResultModelT &>(ResultConcept).Result;
 343   }
 344
 345   /// \brief Register an analysis pass with the manager.
 346   ///
 347   /// This provides an initialized and set-up analysis pass to the
 348   /// analysis
 349   /// manager. Whomever is setting up analysis passes must use this to
 350   /// populate
 351   /// the manager with all of the analysis passes available.
 352   template <typename PassT> void registerPass(PassT Pass) {
 353     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Function>::value),
 354                        "The analysis pass must be over a Function.");
 355     assert(!FunctionAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 356            "Registered the same analysis pass twice!");
 357     FunctionAnalysisPasses[PassT::ID()] =
 358         new detail::AnalysisPassModel<PassT>(llvm_move(Pass));
 359   }
 360
 361   /// \brief Invalidate a specific analysis pass for an IR module.
 362   ///
 363   /// Note that the analysis result can disregard invalidation.
 364   template <typename PassT> void invalidate(Function *F) {
 365     LLVM_STATIC_ASSERT((is_same<typename PassT::IRUnitT, Function>::value),
 366                        "The analysis pass must be over a Function.");
 367     assert(FunctionAnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
 368            "This analysis pass was not registered prior to being invalidated");
 369     invalidateImpl(PassT::ID(), F);
 370   }
 371
 372   /// \brief Invalidate analyses cached for an IR Function.
 373   ///
 374   /// Note that specific analysis results can disregard invalidation by
 375   /// overriding the invalidate method.
 376   void invalidateAll(Function *F);
 377
 378 private:
 379   /// \brief Get a function pass result, running the pass if necessary.
 380   const detail::AnalysisResultConcept<Function> &getResultImpl(void *PassID,
 381                                                                Function *F);
 382
 383   /// \brief Invalidate a function pass result.
 384   void invalidateImpl(void *PassID, Function *F);
 385
 386   /// \brief Map type from function analysis pass ID to pass concept pointer.
 387   typedef DenseMap<void *,
 388                    polymorphic_ptr<detail::AnalysisPassConcept<Function> > >
 389       FunctionAnalysisPassMapT;
 390
 391   /// \brief Collection of function analysis passes, indexed by ID.
 392   FunctionAnalysisPassMapT FunctionAnalysisPasses;
 393
 394   /// \brief List of function analysis pass IDs and associated concept pointers.
 395   ///
 396   /// Requires iterators to be valid across appending new entries and arbitrary
 397   /// erases. Provides both the pass ID and concept pointer such that it is
 398   /// half of a bijection and provides storage for the actual result concept.
 399   typedef std::list<std::pair<
 400       void *, polymorphic_ptr<detail::AnalysisResultConcept<Function> > > >
 401       FunctionAnalysisResultListT;
 402
 403   /// \brief Map type from function pointer to our custom list type.
 404   typedef DenseMap<Function *, FunctionAnalysisResultListT>
 405   FunctionAnalysisResultListMapT;
 406
 407   /// \brief Map from function to a list of function analysis results.
 408   ///
 409   /// Provides linear time removal of all analysis results for a function and
 410   /// the ultimate storage for a particular cached analysis result.
 411   FunctionAnalysisResultListMapT FunctionAnalysisResultLists;
 412
 413   /// \brief Map type from a pair of analysis ID and function pointer to an
 414   /// iterator into a particular result list.
 415   typedef DenseMap<std::pair<void *, Function *>,
 416                    FunctionAnalysisResultListT::iterator>
 417       FunctionAnalysisResultMapT;
 418
 419   /// \brief Map from an analysis ID and function to a particular cached
 420   /// analysis result.
 421   FunctionAnalysisResultMapT FunctionAnalysisResults;
 422 };
 423
 424 }