lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp

   1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
   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 primary stateless implementation of the
  11 // Alias Analysis interface that implements identities (two different
  12 // globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  20 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
  21 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
  22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
  23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  26 #include "llvm/IR/Constants.h"
  27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  28 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
  29 #include "llvm/IR/Dominators.h"
  30 #include "llvm/IR/Function.h"
  31 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
  32 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
  33 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
  34 #include "llvm/IR/Instructions.h"
  35 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  36 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  37 #include "llvm/IR/Operator.h"
  38 #include "llvm/Pass.h"
  39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  40 #include "llvm/Target/TargetLibraryInfo.h"
  41 #include <algorithm>
  42 using namespace llvm;
  43
  44 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
  45 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
  46 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
  47 /// cannot be involved in a cycle.
  48 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
  49
  50 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
  51 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
  52 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
  53 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
  54
  55 //===----------------------------------------------------------------------===//
  56 // Useful predicates
  57 //===----------------------------------------------------------------------===//
  58
  59 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
  60 /// object that never escapes from the function.
  61 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
  62   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
  63   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
  64     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
  65     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
  66     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
  67     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
  68     // more precise.
  69     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
  70
  71   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
  72   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
  73   // inside the function.
  74   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
  75     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
  76       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
  77       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
  78       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
  79       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
  80
  81   return false;
  82 }
  83
  84 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
  85 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
  86 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
  87   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
  88     return true;
  89
  90   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
  91   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
  92   // to PointerMayBeCaptured).
  93   if (isa<LoadInst>(V))
  94     return true;
  95
  96   return false;
  97 }
  98
  99 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
 100 /// UnknownSize if unknown.
 101 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
 102                               const TargetLibraryInfo &TLI,
 103                               bool RoundToAlign = false) {
 104   uint64_t Size;
 105   if (getObjectSize(V, Size, &DL, &TLI, RoundToAlign))
 106     return Size;
 107   return AliasAnalysis::UnknownSize;
 108 }
 109
 110 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
 111 /// by V is smaller than Size.
 112 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
 113                                 const DataLayout &DL,
 114                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
 115   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
 116   // following contexts:
 117   //    c1: llvm::getObjectSize()
 118   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
 119   //    c3: isObjectSmallerThan()
 120   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
 121   // refers to the "entire object".
 122   //
 123   //  Consider this example:
 124   //     char *p = (char*)malloc(100)
 125   //     char *q = p+80;
 126   //
 127   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
 128   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
 129   //
 130   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
 131   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
 132   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
 133   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
 134   // entire object, we should:
 135   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
 136   //      question (in this case rewind to p), or
 137   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
 138   //      to the base address the object.
 139   //
 140   // We go for 2nd option for simplicity.
 141   if (!isIdentifiedObject(V))
 142     return false;
 143
 144   // This function needs to use the aligned object size because we allow
 145   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
 146   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
 147
 148   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize < Size;
 149 }
 150
 151 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
 152 /// by V has size Size.
 153 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
 154                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
 155   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
 156   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize == Size;
 157 }
 158
 159 /// isIdentifiedFunctionLocal - Return true if V is umabigously identified
 160 /// at the function-level. Different IdentifiedFunctionLocals can't alias.
 161 /// Further, an IdentifiedFunctionLocal can not alias with any function
 162 /// arguments other than itself, which is not necessarily true for
 163 /// IdentifiedObjects.
 164 static bool isIdentifiedFunctionLocal(const Value *V)
 165 {
 166   return isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V) || isNoAliasArgument(V);
 167 }
 168
 169
 170 //===----------------------------------------------------------------------===//
 171 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
 172 //===----------------------------------------------------------------------===//
 173
 174 namespace {
 175   enum ExtensionKind {
 176     EK_NotExtended,
 177     EK_SignExt,
 178     EK_ZeroExt
 179   };
 180
 181   struct VariableGEPIndex {
 182     const Value *V;
 183     ExtensionKind Extension;
 184     int64_t Scale;
 185
 186     bool operator==(const VariableGEPIndex &Other) const {
 187       return V == Other.V && Extension == Other.Extension &&
 188         Scale == Other.Scale;
 189     }
 190
 191     bool operator!=(const VariableGEPIndex &Other) const {
 192       return !operator==(Other);
 193     }
 194   };
 195 }
 196
 197
 198 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
 199 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
 200 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
 201 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
 202 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
 203 ///
 204 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
 205 /// represented in the result.
 206 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
 207                                   ExtensionKind &Extension,
 208                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth) {
 209   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
 210
 211   // Limit our recursion depth.
 212   if (Depth == 6) {
 213     Scale = 1;
 214     Offset = 0;
 215     return V;
 216   }
 217
 218   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
 219     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
 220       switch (BOp->getOpcode()) {
 221       default: break;
 222       case Instruction::Or:
 223         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
 224         // analyze it.
 225         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), &DL))
 226           break;
 227         // FALL THROUGH.
 228       case Instruction::Add:
 229         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 230                                 DL, Depth+1);
 231         Offset += RHSC->getValue();
 232         return V;
 233       case Instruction::Mul:
 234         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 235                                 DL, Depth+1);
 236         Offset *= RHSC->getValue();
 237         Scale *= RHSC->getValue();
 238         return V;
 239       case Instruction::Shl:
 240         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 241                                 DL, Depth+1);
 242         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
 243         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
 244         return V;
 245       }
 246     }
 247   }
 248
 249   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
 250   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
 251   // extensions have to be consistent though.
 252   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
 253       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
 254     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
 255     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
 256     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 257     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
 258     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
 259     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
 260
 261     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension,
 262                                         DL, Depth+1);
 263     Scale = Scale.zext(OldWidth);
 264     Offset = Offset.zext(OldWidth);
 265
 266     return Result;
 267   }
 268
 269   Scale = 1;
 270   Offset = 0;
 271   return V;
 272 }
 273
 274 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
 275 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
 276 /// offsets.
 277 ///
 278 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
 279 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
 280 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
 281 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
 282 ///
 283 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
 284 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
 285 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
 286 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
 287 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
 288 ///
 289 static const Value *
 290 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
 291                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
 292                        bool &MaxLookupReached, const DataLayout *DL) {
 293   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
 294   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
 295   MaxLookupReached = false;
 296
 297   BaseOffs = 0;
 298   do {
 299     // See if this is a bitcast or GEP.
 300     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
 301     if (!Op) {
 302       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
 303       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
 304         if (!GA->mayBeOverridden()) {
 305           V = GA->getAliasee();
 306           continue;
 307         }
 308       }
 309       return V;
 310     }
 311
 312     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
 313         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
 314       V = Op->getOperand(0);
 315       continue;
 316     }
 317
 318     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
 319     if (!GEPOp) {
 320       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
 321       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
 322       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
 323         // TODO: Get a DominatorTree and use it here.
 324         if (const Value *Simplified =
 325               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
 326           V = Simplified;
 327           continue;
 328         }
 329
 330       return V;
 331     }
 332
 333     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
 334     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
 335       return V;
 336
 337     // If we are lacking DataLayout information, we can't compute the offets of
 338     // elements computed by GEPs.  However, we can handle bitcast equivalent
 339     // GEPs.
 340     if (!DL) {
 341       if (!GEPOp->hasAllZeroIndices())
 342         return V;
 343       V = GEPOp->getOperand(0);
 344       continue;
 345     }
 346
 347     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
 348     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
 349     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
 350     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
 351          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
 352       Value *Index = *I;
 353       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
 354       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
 355         // For a struct, add the member offset.
 356         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
 357         if (FieldNo == 0) continue;
 358
 359         BaseOffs += DL->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
 360         continue;
 361       }
 362
 363       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
 364       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
 365         if (CIdx->isZero()) continue;
 366         BaseOffs += DL->getTypeAllocSize(*GTI)*CIdx->getSExtValue();
 367         continue;
 368       }
 369
 370       uint64_t Scale = DL->getTypeAllocSize(*GTI);
 371       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
 372
 373       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
 374       // sign extended to pointer size.
 375       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
 376       if (DL->getPointerSizeInBits(AS) > Width)
 377         Extension = EK_SignExt;
 378
 379       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
 380       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
 381       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension,
 382                                   *DL, 0);
 383
 384       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
 385       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
 386       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
 387       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
 388
 389       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
 390       // scale into it.  For example, we want to handle:
 391       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
 392       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
 393       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
 394         if (VarIndices[i].V == Index &&
 395             VarIndices[i].Extension == Extension) {
 396           Scale += VarIndices[i].Scale;
 397           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
 398           break;
 399         }
 400       }
 401
 402       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
 403       // pointer size.
 404       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
 405         Scale <<= ShiftBits;
 406         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
 407       }
 408
 409       if (Scale) {
 410         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
 411                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
 412         VarIndices.push_back(Entry);
 413       }
 414     }
 415
 416     // Analyze the base pointer next.
 417     V = GEPOp->getOperand(0);
 418   } while (--MaxLookup);
 419
 420   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
 421   MaxLookupReached = true;
 422   return V;
 423 }
 424
 425 //===----------------------------------------------------------------------===//
 426 // BasicAliasAnalysis Pass
 427 //===----------------------------------------------------------------------===//
 428
 429 #ifndef NDEBUG
 430 static const Function *getParent(const Value *V) {
 431   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
 432     return inst->getParent()->getParent();
 433
 434   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
 435     return arg->getParent();
 436
 437   return nullptr;
 438 }
 439
 440 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
 441
 442   const Function *F1 = getParent(O1);
 443   const Function *F2 = getParent(O2);
 444
 445   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
 446 }
 447 #endif
 448
 449 namespace {
 450   /// BasicAliasAnalysis - This is the primary alias analysis implementation.
 451   struct BasicAliasAnalysis : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
 452     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
 453     BasicAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
 454       initializeBasicAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 455     }
 456
 457     void initializePass() override {
 458       InitializeAliasAnalysis(this);
 459     }
 460
 461     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
 462       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 463       AU.addRequired<TargetLibraryInfo>();
 464     }
 465
 466     AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB) override {
 467       assert(AliasCache.empty() && "AliasCache must be cleared after use!");
 468       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
 469              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
 470       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.TBAATag,
 471                                      LocB.Ptr, LocB.Size, LocB.TBAATag);
 472       // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
 473       // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
 474       // SmallDenseMap if it ever grows larger.
 475       // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
 476       AliasCache.shrink_and_clear();
 477       VisitedPhiBBs.clear();
 478       return Alias;
 479     }
 480
 481     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 482                                const Location &Loc) override;
 483
 484     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
 485                                ImmutableCallSite CS2) override {
 486       // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 487       return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
 488     }
 489
 490     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
 491     /// global) or not.
 492     bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) override;
 493
 494     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
 495     /// call site.
 496     ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
 497
 498     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
 499     /// For use when the call site is not known.
 500     ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
 501
 502     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
 503     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
 504     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
 505     /// specified pass info.
 506     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
 507       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
 508         return (AliasAnalysis*)this;
 509       return this;
 510     }
 511
 512   private:
 513     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
 514     typedef std::pair<Location, Location> LocPair;
 515     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
 516     AliasCacheTy AliasCache;
 517
 518     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
 519     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
 520     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
 521     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
 522     /// pointer.
 523     /// The following example shows the problem:
 524     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
 525     ///   %l = load %ptr
 526     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
 527     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
 528     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
 529     ///   store %l, ...
 530     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
 531
 532     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
 533     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
 534
 535     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
 536     ///
 537     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
 538     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
 539     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
 540     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
 541     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
 542     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
 543
 544     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
 545     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
 546     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
 547     /// difference between the two pointers.
 548     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
 549                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
 550
 551     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
 552     // instruction against another.
 553     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
 554                          const MDNode *V1TBAAInfo,
 555                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
 556                          const MDNode *V2TBAAInfo,
 557                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
 558
 559     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
 560     // instruction against another.
 561     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
 562                          const MDNode *PNTBAAInfo,
 563                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
 564                          const MDNode *V2TBAAInfo);
 565
 566     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
 567     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
 568                             const MDNode *SITBAAInfo,
 569                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
 570                             const MDNode *V2TBAAInfo);
 571
 572     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
 573                            const MDNode *V1TBAATag,
 574                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
 575                            const MDNode *V2TBAATag);
 576   };
 577 }  // End of anonymous namespace
 578
 579 // Register this pass...
 580 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
 581 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
 582                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
 583                    false, true, false)
 584 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfo)
 585 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
 586                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
 587                    false, true, false)
 588
 589
 590 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
 591   return new BasicAliasAnalysis();
 592 }
 593
 594 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
 595 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
 596 /// considered local to all functions.
 597 bool
 598 BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) {
 599   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
 600
 601   unsigned MaxLookup = 8;
 602   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
 603   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
 604   do {
 605     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), DL);
 606     if (!Visited.insert(V)) {
 607       Visited.clear();
 608       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
 609     }
 610
 611     // An alloca instruction defines local memory.
 612     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
 613       continue;
 614
 615     // A global constant counts as local memory for our purposes.
 616     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
 617       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
 618       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
 619       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
 620       if (!GV->isConstant()) {
 621         Visited.clear();
 622         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
 623       }
 624       continue;
 625     }
 626
 627     // If both select values point to local memory, then so does the select.
 628     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
 629       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
 630       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
 631       continue;
 632     }
 633
 634     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
 635     // the phi.
 636     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
 637       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
 638       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
 639         Visited.clear();
 640         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
 641       }
 642       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
 643         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
 644       continue;
 645     }
 646
 647     // Otherwise be conservative.
 648     Visited.clear();
 649     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
 650
 651   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
 652
 653   Visited.clear();
 654   return Worklist.empty();
 655 }
 656
 657 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
 658 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 659 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
 660   if (CS.doesNotAccessMemory())
 661     // Can't do better than this.
 662     return DoesNotAccessMemory;
 663
 664   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
 665
 666   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
 667   // than that.
 668   if (CS.onlyReadsMemory())
 669     Min = OnlyReadsMemory;
 670
 671   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 672   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
 673 }
 674
 675 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
 676 /// For use when the call site is not known.
 677 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 678 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
 679   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
 680   if (F->doesNotAccessMemory())
 681     return DoesNotAccessMemory;
 682
 683   // For intrinsics, we can check the table.
 684   if (unsigned iid = F->getIntrinsicID()) {
 685 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
 686 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
 687 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
 688   }
 689
 690   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
 691
 692   // If the function declares it only reads memory, go with that.
 693   if (F->onlyReadsMemory())
 694     Min = OnlyReadsMemory;
 695
 696   // Otherwise be conservative.
 697   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
 698 }
 699
 700 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
 701 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
 702 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
 703 /// simple "address taken" analysis on local objects.
 704 AliasAnalysis::ModRefResult
 705 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 706                                   const Location &Loc) {
 707   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
 708          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
 709
 710   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, DL);
 711
 712   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
 713   // the tail call cannot access or modify the local stack.
 714   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
 715   // the current function not to the current function, and a tail callee
 716   // may reference them.
 717   if (isa<AllocaInst>(Object))
 718     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
 719       if (CI->isTailCall())
 720         return NoModRef;
 721
 722   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
 723   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
 724   // as an argument, and itself doesn't capture it.
 725   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
 726       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
 727     bool PassedAsArg = false;
 728     unsigned ArgNo = 0;
 729     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
 730          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
 731       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
 732       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
 733       // couldn't be no-capture.
 734       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
 735           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
 736         continue;
 737
 738       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
 739       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
 740       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
 741       // escape.
 742       if (!isNoAlias(Location(*CI), Location(Object))) {
 743         PassedAsArg = true;
 744         break;
 745       }
 746     }
 747
 748     if (!PassedAsArg)
 749       return NoModRef;
 750   }
 751
 752   const TargetLibraryInfo &TLI = getAnalysis<TargetLibraryInfo>();
 753   ModRefResult Min = ModRef;
 754
 755   // Finally, handle specific knowledge of intrinsics.
 756   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
 757   if (II != nullptr)
 758     switch (II->getIntrinsicID()) {
 759     default: break;
 760     case Intrinsic::memcpy:
 761     case Intrinsic::memmove: {
 762       uint64_t Len = UnknownSize;
 763       if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2)))
 764         Len = LenCI->getZExtValue();
 765       Value *Dest = II->getArgOperand(0);
 766       Value *Src = II->getArgOperand(1);
 767       // If it can't overlap the source dest, then it doesn't modref the loc.
 768       if (isNoAlias(Location(Dest, Len), Loc)) {
 769         if (isNoAlias(Location(Src, Len), Loc))
 770           return NoModRef;
 771         // If it can't overlap the dest, then worst case it reads the loc.
 772         Min = Ref;
 773       } else if (isNoAlias(Location(Src, Len), Loc)) {
 774         // If it can't overlap the source, then worst case it mutates the loc.
 775         Min = Mod;
 776       }
 777       break;
 778     }
 779     case Intrinsic::memset:
 780       // Since memset is 'accesses arguments' only, the AliasAnalysis base class
 781       // will handle it for the variable length case.
 782       if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2))) {
 783         uint64_t Len = LenCI->getZExtValue();
 784         Value *Dest = II->getArgOperand(0);
 785         if (isNoAlias(Location(Dest, Len), Loc))
 786           return NoModRef;
 787       }
 788       // We know that memset doesn't load anything.
 789       Min = Mod;
 790       break;
 791     case Intrinsic::lifetime_start:
 792     case Intrinsic::lifetime_end:
 793     case Intrinsic::invariant_start: {
 794       uint64_t PtrSize =
 795         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getZExtValue();
 796       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(1),
 797                              PtrSize,
 798                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 799                     Loc))
 800         return NoModRef;
 801       break;
 802     }
 803     case Intrinsic::invariant_end: {
 804       uint64_t PtrSize =
 805         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue();
 806       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(2),
 807                              PtrSize,
 808                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 809                     Loc))
 810         return NoModRef;
 811       break;
 812     }
 813     case Intrinsic::arm_neon_vld1: {
 814       // LLVM's vld1 and vst1 intrinsics currently only support a single
 815       // vector register.
 816       uint64_t Size =
 817         DL ? DL->getTypeStoreSize(II->getType()) : UnknownSize;
 818       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(0), Size,
 819                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 820                     Loc))
 821         return NoModRef;
 822       break;
 823     }
 824     case Intrinsic::arm_neon_vst1: {
 825       uint64_t Size =
 826         DL ? DL->getTypeStoreSize(II->getArgOperand(1)->getType()) : UnknownSize;
 827       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(0), Size,
 828                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 829                     Loc))
 830         return NoModRef;
 831       break;
 832     }
 833     }
 834
 835   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
 836   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
 837   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
 838   // whenever possible.
 839   else if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
 840            CS.getCalledFunction() &&
 841            CS.getCalledFunction()->getName() == "memset_pattern16") {
 842     const Function *MS = CS.getCalledFunction();
 843     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
 844     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
 845         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
 846         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
 847         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2))) {
 848       uint64_t Len = UnknownSize;
 849       if (const ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(CS.getArgument(2)))
 850         Len = LenCI->getZExtValue();
 851       const Value *Dest = CS.getArgument(0);
 852       const Value *Src = CS.getArgument(1);
 853       // If it can't overlap the source dest, then it doesn't modref the loc.
 854       if (isNoAlias(Location(Dest, Len), Loc)) {
 855         // Always reads 16 bytes of the source.
 856         if (isNoAlias(Location(Src, 16), Loc))
 857           return NoModRef;
 858         // If it can't overlap the dest, then worst case it reads the loc.
 859         Min = Ref;
 860       // Always reads 16 bytes of the source.
 861       } else if (isNoAlias(Location(Src, 16), Loc)) {
 862         // If it can't overlap the source, then worst case it mutates the loc.
 863         Min = Mod;
 864       }
 865     }
 866   }
 867
 868   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 869   return ModRefResult(AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc) & Min);
 870 }
 871
 872 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
 873 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
 874 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
 875 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
 876 ///
 877 AliasAnalysis::AliasResult
 878 BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
 879                              const MDNode *V1TBAAInfo,
 880                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
 881                              const MDNode *V2TBAAInfo,
 882                              const Value *UnderlyingV1,
 883                              const Value *UnderlyingV2) {
 884   int64_t GEP1BaseOffset;
 885   bool GEP1MaxLookupReached;
 886   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
 887
 888   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
 889   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
 890   // derived pointer.
 891   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
 892     // Do the base pointers alias?
 893     AliasResult BaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, nullptr,
 894                                        UnderlyingV2, UnknownSize, nullptr);
 895
 896     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
 897     // identical.
 898     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
 899       // Do the base pointers alias assuming type and size.
 900       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
 901                                                 V1TBAAInfo, UnderlyingV2,
 902                                                 V2Size, V2TBAAInfo);
 903       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
 904         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
 905         // relation of the resulting pointer.
 906         int64_t GEP2BaseOffset;
 907         bool GEP2MaxLookupReached;
 908         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
 909         const Value *GEP2BasePtr =
 910           DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
 911                                  GEP2MaxLookupReached, DL);
 912         const Value *GEP1BasePtr =
 913           DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
 914                                  GEP1MaxLookupReached, DL);
 915         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
 916         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
 917         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
 918           assert(!DL &&
 919                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
 920           return MayAlias;
 921         }
 922         // If the max search depth is reached the result is undefined
 923         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
 924           return MayAlias;
 925
 926         // Same offsets.
 927         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
 928             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
 929           return NoAlias;
 930         GEP1VariableIndices.clear();
 931       }
 932     }
 933
 934     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
 935     // will improve this situation.
 936     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
 937
 938     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
 939     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
 940     // about the relation of the resulting pointer.
 941     const Value *GEP1BasePtr =
 942       DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
 943                              GEP1MaxLookupReached, DL);
 944
 945     int64_t GEP2BaseOffset;
 946     bool GEP2MaxLookupReached;
 947     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
 948     const Value *GEP2BasePtr =
 949       DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
 950                              GEP2MaxLookupReached, DL);
 951
 952     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
 953     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
 954     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
 955       assert(!DL &&
 956              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
 957       return MayAlias;
 958     }
 959     // If the max search depth is reached the result is undefined
 960     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
 961       return MayAlias;
 962
 963     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
 964     // symbolic difference.
 965     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
 966     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
 967
 968   } else {
 969     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
 970     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
 971     // pointer, we know they cannot alias.
 972
 973     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
 974     if (V1Size == UnknownSize && V2Size == UnknownSize)
 975       return MayAlias;
 976
 977     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, nullptr,
 978                                V2, V2Size, V2TBAAInfo);
 979     if (R != MustAlias)
 980       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
 981       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
 982       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
 983       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
 984       // with the first operand of the getelementptr".
 985       return R;
 986
 987     const Value *GEP1BasePtr =
 988       DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
 989                              GEP1MaxLookupReached, DL);
 990
 991     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
 992     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
 993     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
 994       assert(!DL &&
 995              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
 996       return MayAlias;
 997     }
 998     // If the max search depth is reached the result is undefined
 999     if (GEP1MaxLookupReached)
1000       return MayAlias;
1001   }
1002
1003   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1004   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1005   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1006   //
1007   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1008   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1009   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1010     return MustAlias;
1011
1012   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1013   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1014   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1015   // greater, we know they do not overlap.
1016   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1017     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1018       if (V2Size != UnknownSize) {
1019         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1020           return PartialAlias;
1021         return NoAlias;
1022       }
1023     } else {
1024       // We have the situation where:
1025       // +                +
1026       // | BaseOffset     |
1027       // ---------------->|
1028       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1029       // GEP1             V2
1030       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1031       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1032       if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize) {
1033         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1034           return PartialAlias;
1035         return NoAlias;
1036       }
1037     }
1038   }
1039
1040   // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1041   // Grab the least significant bit set in any of the scales.
1042   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1043     uint64_t Modulo = 0;
1044     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i)
1045       Modulo |= (uint64_t)GEP1VariableIndices[i].Scale;
1046     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1047
1048     // We can compute the difference between the two addresses
1049     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1050     // two locations do not alias.
1051     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1052     if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize &&
1053         ModOffset >= V2Size && V1Size <= Modulo - ModOffset)
1054       return NoAlias;
1055   }
1056
1057   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1058   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1059   // little tricks above worked.
1060   //
1061   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1062   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1063   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1064   return PartialAlias;
1065 }
1066
1067 static AliasAnalysis::AliasResult
1068 MergeAliasResults(AliasAnalysis::AliasResult A, AliasAnalysis::AliasResult B) {
1069   // If the results agree, take it.
1070   if (A == B)
1071     return A;
1072   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1073   if ((A == AliasAnalysis::PartialAlias && B == AliasAnalysis::MustAlias) ||
1074       (B == AliasAnalysis::PartialAlias && A == AliasAnalysis::MustAlias))
1075     return AliasAnalysis::PartialAlias;
1076   // Otherwise, we don't know anything.
1077   return AliasAnalysis::MayAlias;
1078 }
1079
1080 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1081 /// instruction against another.
1082 AliasAnalysis::AliasResult
1083 BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
1084                                 const MDNode *SITBAAInfo,
1085                                 const Value *V2, uint64_t V2Size,
1086                                 const MDNode *V2TBAAInfo) {
1087   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1088   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1089   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1090     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1091       AliasResult Alias =
1092         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SITBAAInfo,
1093                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2TBAAInfo);
1094       if (Alias == MayAlias)
1095         return MayAlias;
1096       AliasResult ThisAlias =
1097         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SITBAAInfo,
1098                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2TBAAInfo);
1099       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1100     }
1101
1102   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1103   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1104   AliasResult Alias =
1105     aliasCheck(V2, V2Size, V2TBAAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SITBAAInfo);
1106   if (Alias == MayAlias)
1107     return MayAlias;
1108
1109   AliasResult ThisAlias =
1110     aliasCheck(V2, V2Size, V2TBAAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SITBAAInfo);
1111   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1112 }
1113
1114 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1115 // against another.
1116 AliasAnalysis::AliasResult
1117 BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1118                              const MDNode *PNTBAAInfo,
1119                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
1120                              const MDNode *V2TBAAInfo) {
1121   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1122   // value equivalence.
1123   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1124
1125   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1126   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1127   // on corresponding edges.
1128   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1129     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1130       LocPair Locs(Location(PN, PNSize, PNTBAAInfo),
1131                    Location(V2, V2Size, V2TBAAInfo));
1132       if (PN > V2)
1133         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1134       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1135       // NoAlias.
1136       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1137       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1138       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1139       // that causes a MayAlias.
1140       // Pretend the phis do not alias.
1141       AliasResult Alias = NoAlias;
1142       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1143              "There must exist an entry for the phi node");
1144       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1145       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1146
1147       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1148         AliasResult ThisAlias =
1149           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNTBAAInfo,
1150                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1151                      V2Size, V2TBAAInfo);
1152         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1153         if (Alias == MayAlias)
1154           break;
1155       }
1156
1157       // Reset if speculation failed.
1158       if (Alias != NoAlias)
1159         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1160
1161       return Alias;
1162     }
1163
1164   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1165   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1166   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1167     Value *PV1 = PN->getIncomingValue(i);
1168     if (isa<PHINode>(PV1))
1169       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1170       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1171       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1172       // and 'n' are the number of PHI sources.
1173       return MayAlias;
1174     if (UniqueSrc.insert(PV1))
1175       V1Srcs.push_back(PV1);
1176   }
1177
1178   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2TBAAInfo,
1179                                  V1Srcs[0], PNSize, PNTBAAInfo);
1180   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1181   // Other results are not possible.
1182   if (Alias == MayAlias)
1183     return MayAlias;
1184
1185   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1186   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1187   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1188     Value *V = V1Srcs[i];
1189
1190     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2TBAAInfo,
1191                                        V, PNSize, PNTBAAInfo);
1192     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1193     if (Alias == MayAlias)
1194       break;
1195   }
1196
1197   return Alias;
1198 }
1199
1200 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1201 // such as array references.
1202 //
1203 AliasAnalysis::AliasResult
1204 BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1205                                const MDNode *V1TBAAInfo,
1206                                const Value *V2, uint64_t V2Size,
1207                                const MDNode *V2TBAAInfo) {
1208   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1209   // pointer values are.
1210   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1211     return NoAlias;
1212
1213   // Strip off any casts if they exist.
1214   V1 = V1->stripPointerCasts();
1215   V2 = V2->stripPointerCasts();
1216
1217   // Are we checking for alias of the same value?
1218   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1219   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1220   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1221   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1222   // reach the value.
1223   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1224     return MustAlias;
1225
1226   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1227     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1228
1229   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1230   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, DL, MaxLookupSearchDepth);
1231   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, DL, MaxLookupSearchDepth);
1232
1233   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1234   // don't alias any other pointer.
1235   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1236     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1237       return NoAlias;
1238   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1239     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1240       return NoAlias;
1241
1242   if (O1 != O2) {
1243     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1244     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1245       return NoAlias;
1246
1247     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1248     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1249         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1250       return NoAlias;
1251
1252     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1253     // unambigously identified at the function level.
1254     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1255         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1256       return NoAlias;
1257
1258     // Most objects can't alias null.
1259     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1260         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1261       return NoAlias;
1262
1263     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1264     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1265     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1266     //
1267     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1268     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1269     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1270     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1271     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1272     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1273       return NoAlias;
1274     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1275       return NoAlias;
1276   }
1277
1278   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1279   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1280   if (DL)
1281     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1282         (V2Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1283       return NoAlias;
1284
1285   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1286   // otherwise infinitely recursive queries.
1287   LocPair Locs(Location(V1, V1Size, V1TBAAInfo),
1288                Location(V2, V2Size, V2TBAAInfo));
1289   if (V1 > V2)
1290     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1291   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1292     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1293   if (!Pair.second)
1294     return Pair.first->second;
1295
1296   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1297   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1298   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1299     std::swap(V1, V2);
1300     std::swap(V1Size, V2Size);
1301     std::swap(O1, O2);
1302     std::swap(V1TBAAInfo, V2TBAAInfo);
1303   }
1304   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1305     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1TBAAInfo, V2, V2Size, V2TBAAInfo, O1, O2);
1306     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1307   }
1308
1309   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1310     std::swap(V1, V2);
1311     std::swap(V1Size, V2Size);
1312     std::swap(V1TBAAInfo, V2TBAAInfo);
1313   }
1314   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1315     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1TBAAInfo,
1316                                   V2, V2Size, V2TBAAInfo);
1317     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1318   }
1319
1320   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1321     std::swap(V1, V2);
1322     std::swap(V1Size, V2Size);
1323     std::swap(V1TBAAInfo, V2TBAAInfo);
1324   }
1325   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1326     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1TBAAInfo,
1327                                      V2, V2Size, V2TBAAInfo);
1328     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1329   }
1330
1331   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1332   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1333   // overlap in some way.
1334   if (DL && O1 == O2)
1335     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1336         (V2Size != UnknownSize && isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1337       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1338
1339   AliasResult Result =
1340     AliasAnalysis::alias(Location(V1, V1Size, V1TBAAInfo),
1341                          Location(V2, V2Size, V2TBAAInfo));
1342   return AliasCache[Locs] = Result;
1343 }
1344
1345 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1346                                                        const Value *V2) {
1347   if (V != V2)
1348     return false;
1349
1350   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1351   if (!Inst)
1352     return true;
1353
1354   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1355     return false;
1356
1357   // Use dominance or loop info if available.
1358   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1359       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1360   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1361   LoopInfo *LI = getAnalysisIfAvailable<LoopInfo>();
1362
1363   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1364   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1365   // phi nodes could be involved in.
1366   for (SmallPtrSet<const BasicBlock *, 8>::iterator PI = VisitedPhiBBs.begin(),
1367                                                     PE = VisitedPhiBBs.end();
1368        PI != PE; ++PI)
1369     if (isPotentiallyReachable((*PI)->begin(), Inst, DT, LI))
1370       return false;
1371
1372   return true;
1373 }
1374
1375 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1376 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1377 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1378 /// difference between the two pointers.
1379 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1380     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1381     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1382   if (Src.empty())
1383     return;
1384
1385   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1386     const Value *V = Src[i].V;
1387     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1388     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1389
1390     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1391     // than a few variable indexes.
1392     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1393       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1394           Dest[j].Extension != Extension)
1395         continue;
1396
1397       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1398       // goes to zero, remove the entry.
1399       if (Dest[j].Scale != Scale)
1400         Dest[j].Scale -= Scale;
1401       else
1402         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1403       Scale = 0;
1404       break;
1405     }
1406
1407     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1408     if (Scale) {
1409       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1410       Dest.push_back(Entry);
1411     }
1412   }
1413 }