[PM/AA] Hoist the interface for BasicAA into a header file.
[oota-llvm.git] / 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/BasicAliasAnalysis.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
18 #include "llvm/ADT/Statistic.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/GlobalAlias.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/Operator.h"
36 #include "llvm/Pass.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include <algorithm>
39 using namespace llvm;
40
41 /// Enable analysis of recursive PHI nodes.
42 static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi",
43                                           cl::Hidden, cl::init(false));
44
45 /// SearchLimitReached / SearchTimes shows how often the limit of
46 /// to decompose GEPs is reached. It will affect the precision
47 /// of basic alias analysis.
48 #define DEBUG_TYPE "basicaa"
49 STATISTIC(SearchLimitReached, "Number of times the limit to "
50                               "decompose GEPs is reached");
51 STATISTIC(SearchTimes, "Number of times a GEP is decomposed");
52
53 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
54 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
55 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
56 /// cannot be involved in a cycle.
57 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
58
59 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
60 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
61 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
62 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
63
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65 // Useful predicates
66 //===----------------------------------------------------------------------===//
67
68 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
69 /// object that never escapes from the function.
70 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
71   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
72   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
73     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
74     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
75     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
76     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
77     // more precise.
78     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
79
80   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
81   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
82   // inside the function.
83   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
84     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
85       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
86       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
87       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
88       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
89
90   return false;
91 }
92
93 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
94 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
95 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
96   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
97     return true;
98
99   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
100   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
101   // to PointerMayBeCaptured).
102   if (isa<LoadInst>(V))
103     return true;
104
105   return false;
106 }
107
108 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
109 /// UnknownSize if unknown.
110 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
111                               const TargetLibraryInfo &TLI,
112                               bool RoundToAlign = false) {
113   uint64_t Size;
114   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
115     return Size;
116   return MemoryLocation::UnknownSize;
117 }
118
119 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
120 /// by V is smaller than Size.
121 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
122                                 const DataLayout &DL,
123                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
124   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
125   // following contexts:
126   //    c1: llvm::getObjectSize()
127   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
128   //    c3: isObjectSmallerThan()
129   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
130   // refers to the "entire object".
131   //
132   //  Consider this example:
133   //     char *p = (char*)malloc(100)
134   //     char *q = p+80;
135   //
136   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
137   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
138   //
139   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
140   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
141   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
142   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
143   // entire object, we should:
144   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
145   //      question (in this case rewind to p), or
146   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
147   //      to the base address the object.
148   //
149   // We go for 2nd option for simplicity.
150   if (!isIdentifiedObject(V))
151     return false;
152
153   // This function needs to use the aligned object size because we allow
154   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
155   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
156
157   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
158 }
159
160 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
161 /// by V has size Size.
162 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
163                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
164   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
165   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
166 }
167
168 //===----------------------------------------------------------------------===//
169 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
170 //===----------------------------------------------------------------------===//
171
172 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
173 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
174 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
175 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
176 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
177 ///
178 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
179 /// represented in the result.
180 /*static*/ Value *BasicAliasAnalysis::GetLinearExpression(
181     Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, ExtensionKind &Extension,
182     const DataLayout &DL, unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
183     DominatorTree *DT) {
184   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
185
186   // Limit our recursion depth.
187   if (Depth == 6) {
188     Scale = 1;
189     Offset = 0;
190     return V;
191   }
192
193   if (ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
194     // if it's a constant, just convert it to an offset
195     // and remove the variable.
196     Offset += Const->getValue();
197     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
198     return V;
199   }
200
201   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
202     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
203       switch (BOp->getOpcode()) {
204       default: break;
205       case Instruction::Or:
206         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
207         // analyze it.
208         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
209                                BOp, DT))
210           break;
211         // FALL THROUGH.
212       case Instruction::Add:
213         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
214                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
215         Offset += RHSC->getValue();
216         return V;
217       case Instruction::Mul:
218         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
219                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
220         Offset *= RHSC->getValue();
221         Scale *= RHSC->getValue();
222         return V;
223       case Instruction::Shl:
224         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
225                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
226         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
227         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
228         return V;
229       }
230     }
231   }
232
233   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
234   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
235   // extensions have to be consistent though.
236   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
237       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
238     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
239     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
240     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
241     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
242     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
243     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
244
245     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension, DL,
246                                         Depth + 1, AC, DT);
247     Scale = Scale.zext(OldWidth);
248
249     // We have to sign-extend even if Extension == EK_ZeroExt as we can't
250     // decompose a sign extension (i.e. zext(x - 1) != zext(x) - zext(-1)).
251     Offset = Offset.sext(OldWidth);
252
253     return Result;
254   }
255
256   Scale = 1;
257   Offset = 0;
258   return V;
259 }
260
261 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
262 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
263 /// offsets.
264 ///
265 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
266 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
267 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
268 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
269 ///
270 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
271 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
272 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
273 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
274 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
275 ///
276 /*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::DecomposeGEPExpression(
277     const Value *V, int64_t &BaseOffs,
278     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, bool &MaxLookupReached,
279     const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
280   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
281   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
282   MaxLookupReached = false;
283   SearchTimes++;
284
285   BaseOffs = 0;
286   do {
287     // See if this is a bitcast or GEP.
288     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
289     if (!Op) {
290       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
291       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
292         if (!GA->mayBeOverridden()) {
293           V = GA->getAliasee();
294           continue;
295         }
296       }
297       return V;
298     }
299
300     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
301         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
302       V = Op->getOperand(0);
303       continue;
304     }
305
306     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
307     if (!GEPOp) {
308       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
309       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
310       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
311         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
312         // (these are both now available in this function, but this should be
313         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
314         // provided also.
315         if (const Value *Simplified =
316               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
317           V = Simplified;
318           continue;
319         }
320
321       return V;
322     }
323
324     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
325     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
326       return V;
327
328     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
329     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
330     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
331     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
332          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
333       Value *Index = *I;
334       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
335       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
336         // For a struct, add the member offset.
337         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
338         if (FieldNo == 0) continue;
339
340         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
341         continue;
342       }
343
344       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
345       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
346         if (CIdx->isZero()) continue;
347         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
348         continue;
349       }
350
351       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
352       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
353
354       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
355       // sign extended to pointer size.
356       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
357       if (DL.getPointerSizeInBits(AS) > Width)
358         Extension = EK_SignExt;
359
360       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
361       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
362       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension, DL,
363                                   0, AC, DT);
364
365       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
366       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
367       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
368       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
369
370       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
371       // scale into it.  For example, we want to handle:
372       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
373       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
374       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
375         if (VarIndices[i].V == Index &&
376             VarIndices[i].Extension == Extension) {
377           Scale += VarIndices[i].Scale;
378           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
379           break;
380         }
381       }
382
383       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
384       // pointer size.
385       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
386         Scale <<= ShiftBits;
387         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
388       }
389
390       if (Scale) {
391         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
392                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
393         VarIndices.push_back(Entry);
394       }
395     }
396
397     // Analyze the base pointer next.
398     V = GEPOp->getOperand(0);
399   } while (--MaxLookup);
400
401   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
402   MaxLookupReached = true;
403   SearchLimitReached++;
404   return V;
405 }
406
407 //===----------------------------------------------------------------------===//
408 // BasicAliasAnalysis Pass
409 //===----------------------------------------------------------------------===//
410
411 // Register the pass...
412 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
413 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
414                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
415                    false, true, false)
416 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
417 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
418 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
419                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
420                    false, true, false)
421
422 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
423   return new BasicAliasAnalysis();
424 }
425
426 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
427 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
428 /// considered local to all functions.
429 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
430                                                 bool OrLocal) {
431   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
432
433   unsigned MaxLookup = 8;
434   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
435   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
436   do {
437     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
438     if (!Visited.insert(V).second) {
439       Visited.clear();
440       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
441     }
442
443     // An alloca instruction defines local memory.
444     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
445       continue;
446
447     // A global constant counts as local memory for our purposes.
448     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
449       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
450       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
451       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
452       if (!GV->isConstant()) {
453         Visited.clear();
454         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
455       }
456       continue;
457     }
458
459     // If both select values point to local memory, then so does the select.
460     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
461       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
462       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
463       continue;
464     }
465
466     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
467     // the phi.
468     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
469       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
470       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
471         Visited.clear();
472         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
473       }
474       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
475         Worklist.push_back(IncValue);
476       continue;
477     }
478
479     // Otherwise be conservative.
480     Visited.clear();
481     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
482
483   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
484
485   Visited.clear();
486   return Worklist.empty();
487 }
488
489 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
490 // some common utility location.
491 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
492                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
493   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
494       MS->getName() == "memset_pattern16") {
495     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
496     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
497         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
498         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
499         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
500       return true;
501   }
502
503   return false;
504 }
505
506 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
507 FunctionModRefBehavior
508 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
509   if (CS.doesNotAccessMemory())
510     // Can't do better than this.
511     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
512
513   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
514
515   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
516   // than that.
517   if (CS.onlyReadsMemory())
518     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
519
520   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
521     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
522
523   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
524   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
525 }
526
527 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
528 /// For use when the call site is not known.
529 FunctionModRefBehavior
530 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
531   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
532   if (F->doesNotAccessMemory())
533     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
534
535   // For intrinsics, we can check the table.
536   if (Intrinsic::ID iid = F->getIntrinsicID()) {
537 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
538 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
539 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
540   }
541
542   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
543
544   // If the function declares it only reads memory, go with that.
545   if (F->onlyReadsMemory())
546     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
547
548   if (F->onlyAccessesArgMemory())
549     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
550
551   const TargetLibraryInfo &TLI =
552       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
553   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
554     Min = FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees;
555
556   // Otherwise be conservative.
557   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
558 }
559
560 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
561                                                 unsigned ArgIdx) {
562   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
563     switch (II->getIntrinsicID()) {
564     default:
565       break;
566     case Intrinsic::memset:
567     case Intrinsic::memcpy:
568     case Intrinsic::memmove:
569       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
570              "Invalid argument index for memory intrinsic");
571       return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
572     }
573
574   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
575   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
576   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
577   // whenever possible.
578   if (CS.getCalledFunction() &&
579       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
580     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
581            "Invalid argument index for memset_pattern16");
582     return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
583   }
584   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
585
586   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
587 }
588
589 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
590   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
591   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
592     return true;
593
594   return false;
595 }
596
597 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
598   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
599   return true;
600 }
601
602 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
603 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
604 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
605 /// simple "address taken" analysis on local objects.
606 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
607                                              const MemoryLocation &Loc) {
608   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
609          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
610
611   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
612
613   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
614   // the tail call cannot access or modify the local stack.
615   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
616   // the current function not to the current function, and a tail callee
617   // may reference them.
618   if (isa<AllocaInst>(Object))
619     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
620       if (CI->isTailCall())
621         return MRI_NoModRef;
622
623   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
624   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
625   // as an argument, and itself doesn't capture it.
626   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
627       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
628     bool PassedAsArg = false;
629     unsigned ArgNo = 0;
630     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
631          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
632       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
633       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
634       // couldn't be no-capture.
635       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
636           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
637         continue;
638
639       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
640       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
641       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
642       // escape.
643       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
644         PassedAsArg = true;
645         break;
646       }
647     }
648
649     if (!PassedAsArg)
650       return MRI_NoModRef;
651   }
652
653   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
654   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
655   // particular memory location.
656   if (isAssumeIntrinsic(CS))
657     return MRI_NoModRef;
658
659   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
660   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
661 }
662
663 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
664                                              ImmutableCallSite CS2) {
665   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
666   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
667   // particular memory location.
668   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
669     return MRI_NoModRef;
670
671   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
672   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
673 }
674
675 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
676 /// operators, both having the exact same pointer operand.
677 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
678                                             uint64_t V1Size,
679                                             const GEPOperator *GEP2,
680                                             uint64_t V2Size,
681                                             const DataLayout &DL) {
682
683   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
684          "Expected GEPs with the same pointer operand");
685
686   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
687   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
688   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
689   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
690       GEP1->getNumIndices() < 2)
691     return MayAlias;
692
693   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
694   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
695   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
696       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
697     return MayAlias;
698
699   ConstantInt *C1 =
700       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
701   ConstantInt *C2 =
702       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
703
704   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
705   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
706   // equal, so the GEPs can alias.
707   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
708     return MayAlias;
709
710   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
711   // you stripped the last index.
712   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
713   // than an array, different indices can lead to different final types.
714   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
715
716   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
717   // through it as it only drops the pointer indirection.
718   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
719   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
720
721   // Insert all the remaining indices but the last one.
722   // Also, check that they all index through arrays.
723   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
724     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
725             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
726       return MayAlias;
727     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
728   }
729
730   StructType *LastIndexedStruct =
731       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
732           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
733
734   if (!LastIndexedStruct)
735     return MayAlias;
736
737   // We know that:
738   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
739   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
740   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
741   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
742   //
743   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
744   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
745   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
746   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
747
748   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
749   // alias is that the fields are not overlapping.
750   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
751   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
752   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
753   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
754
755   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
756                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
757     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
758            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
759             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
760   };
761
762   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
763       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
764     return NoAlias;
765
766   return MayAlias;
767 }
768
769 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
770 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
771 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
772 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
773 ///
774 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
775     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
776     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
777     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
778   int64_t GEP1BaseOffset;
779   bool GEP1MaxLookupReached;
780   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
781
782   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
783   // different functions.
784   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
785   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
786   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
787   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
788   // this isn't really a clean solution.
789   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
790   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
791   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
792     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
793         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
794   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
795     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
796         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
797
798   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
799       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
800   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
801
802   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
803   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
804   // derived pointer.
805   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
806     // Do the base pointers alias?
807     AliasResult BaseAlias =
808         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
809                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
810
811     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
812     // identical.
813     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
814       // Do the base pointers alias assuming type and size.
815       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
816                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
817                                                 V2Size, V2AAInfo);
818       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
819         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
820         // relation of the resulting pointer.
821         int64_t GEP2BaseOffset;
822         bool GEP2MaxLookupReached;
823         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
824         const Value *GEP2BasePtr =
825             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
826                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
827         const Value *GEP1BasePtr =
828             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
829                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
830         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
831         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
832         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
833           assert(!DL &&
834                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
835           return MayAlias;
836         }
837         // If the max search depth is reached the result is undefined
838         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
839           return MayAlias;
840
841         // Same offsets.
842         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
843             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
844           return NoAlias;
845         GEP1VariableIndices.clear();
846       }
847     }
848
849     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
850     // will improve this situation.
851     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
852
853     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
854     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
855     // about the relation of the resulting pointer.
856     const Value *GEP1BasePtr =
857         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
858                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
859
860     int64_t GEP2BaseOffset;
861     bool GEP2MaxLookupReached;
862     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
863     const Value *GEP2BasePtr =
864         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
865                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
866
867     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
868     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
869     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
870       assert(!DL &&
871              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
872       return MayAlias;
873     }
874
875     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
876     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
877     // the resulting pointers.
878     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
879       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
880       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
881       if (R != MayAlias)
882         return R;
883     }
884
885     // If the max search depth is reached the result is undefined
886     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
887       return MayAlias;
888
889     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
890     // symbolic difference.
891     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
892     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
893
894   } else {
895     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
896     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
897     // pointer, we know they cannot alias.
898
899     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
900     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
901         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
902       return MayAlias;
903
904     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
905                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
906     if (R != MustAlias)
907       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
908       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
909       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
910       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
911       // with the first operand of the getelementptr".
912       return R;
913
914     const Value *GEP1BasePtr =
915         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
916                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
917
918     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
919     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
920     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
921       assert(!DL &&
922              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
923       return MayAlias;
924     }
925     // If the max search depth is reached the result is undefined
926     if (GEP1MaxLookupReached)
927       return MayAlias;
928   }
929
930   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
931   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
932   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
933   //
934   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
935   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
936   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
937     return MustAlias;
938
939   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
940   // is less than the size of the associated memory object, then we know
941   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
942   // greater, we know they do not overlap.
943   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
944     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
945       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
946         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
947           return PartialAlias;
948         return NoAlias;
949       }
950     } else {
951       // We have the situation where:
952       // +                +
953       // | BaseOffset     |
954       // ---------------->|
955       // |-->V1Size       |-------> V2Size
956       // GEP1             V2
957       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
958       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
959       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
960           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
961         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
962           return PartialAlias;
963         return NoAlias;
964       }
965     }
966   }
967
968   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
969     uint64_t Modulo = 0;
970     bool AllPositive = true;
971     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
972
973       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
974       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
975       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
976       // be ^'ing Modulo with itself later.
977       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
978
979       if (AllPositive) {
980         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
981         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
982         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
983         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
984
985         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
986         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
987                        0, AC1, nullptr, DT);
988
989         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
990         // bit to zero.
991         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].Extension == EK_ZeroExt;
992         SignKnownZero |= IsZExt;
993         SignKnownOne &= !IsZExt;
994
995         // If the variable begins with a zero then we know it's
996         // positive, regardless of whether the value is signed or
997         // unsigned.
998         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
999         AllPositive =
1000           (SignKnownZero && Scale >= 0) ||
1001           (SignKnownOne && Scale < 0);
1002       }
1003     }
1004
1005     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1006
1007     // We can compute the difference between the two addresses
1008     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1009     // two locations do not alias.
1010     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1011     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1012         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1013         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1014       return NoAlias;
1015
1016     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1017     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1018     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1019     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t) GEP1BaseOffset)
1020       return NoAlias;
1021   }
1022
1023   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1024   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1025   // little tricks above worked.
1026   //
1027   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1028   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1029   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1030   return PartialAlias;
1031 }
1032
1033 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1034   // If the results agree, take it.
1035   if (A == B)
1036     return A;
1037   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1038   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1039       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1040     return PartialAlias;
1041   // Otherwise, we don't know anything.
1042   return MayAlias;
1043 }
1044
1045 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1046 /// instruction against another.
1047 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1048                                             uint64_t SISize,
1049                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
1050                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
1051                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1052   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1053   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1054   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1055     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1056       AliasResult Alias =
1057         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1058                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1059       if (Alias == MayAlias)
1060         return MayAlias;
1061       AliasResult ThisAlias =
1062         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1063                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1064       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1065     }
1066
1067   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1068   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1069   AliasResult Alias =
1070     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1071   if (Alias == MayAlias)
1072     return MayAlias;
1073
1074   AliasResult ThisAlias =
1075     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1076   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1077 }
1078
1079 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1080 // against another.
1081 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1082                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1083                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1084                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1085   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1086   // value equivalence.
1087   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1088
1089   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1090   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1091   // on corresponding edges.
1092   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1093     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1094       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1095                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1096       if (PN > V2)
1097         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1098       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1099       // NoAlias.
1100       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1101       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1102       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1103       // that causes a MayAlias.
1104       // Pretend the phis do not alias.
1105       AliasResult Alias = NoAlias;
1106       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1107              "There must exist an entry for the phi node");
1108       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1109       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1110
1111       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1112         AliasResult ThisAlias =
1113           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1114                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1115                      V2Size, V2AAInfo);
1116         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1117         if (Alias == MayAlias)
1118           break;
1119       }
1120
1121       // Reset if speculation failed.
1122       if (Alias != NoAlias)
1123         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1124
1125       return Alias;
1126     }
1127
1128   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1129   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1130   bool isRecursive = false;
1131   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1132     if (isa<PHINode>(PV1))
1133       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1134       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1135       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1136       // and 'n' are the number of PHI sources.
1137       return MayAlias;
1138
1139     if (EnableRecPhiAnalysis)
1140       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1141         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1142         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1143         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1144         // below.
1145         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1146             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1147           isRecursive = true;
1148           continue;
1149         }
1150       }
1151
1152     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1153       V1Srcs.push_back(PV1);
1154   }
1155
1156   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1157   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1158   // pointer to.
1159   if (isRecursive)
1160     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1161
1162   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1163                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1164
1165   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1166   // Other results are not possible.
1167   if (Alias == MayAlias)
1168     return MayAlias;
1169
1170   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1171   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1172   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1173     Value *V = V1Srcs[i];
1174
1175     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1176                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1177     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1178     if (Alias == MayAlias)
1179       break;
1180   }
1181
1182   return Alias;
1183 }
1184
1185 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1186 // such as array references.
1187 //
1188 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1189                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1190                                            uint64_t V2Size,
1191                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1192   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1193   // pointer values are.
1194   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1195     return NoAlias;
1196
1197   // Strip off any casts if they exist.
1198   V1 = V1->stripPointerCasts();
1199   V2 = V2->stripPointerCasts();
1200
1201   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1202   // value for undef that aliases nothing in the program.
1203   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1204     return NoAlias;
1205
1206   // Are we checking for alias of the same value?
1207   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1208   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1209   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1210   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1211   // reach the value.
1212   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1213     return MustAlias;
1214
1215   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1216     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1217
1218   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1219   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1220   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1221
1222   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1223   // don't alias any other pointer.
1224   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1225     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1226       return NoAlias;
1227   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1228     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1229       return NoAlias;
1230
1231   if (O1 != O2) {
1232     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1233     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1234       return NoAlias;
1235
1236     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1237     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1238         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1239       return NoAlias;
1240
1241     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1242     // unambigously identified at the function level.
1243     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1244         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1245       return NoAlias;
1246
1247     // Most objects can't alias null.
1248     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1249         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1250       return NoAlias;
1251
1252     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1253     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1254     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1255     //
1256     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1257     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1258     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1259     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1260     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1261     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1262       return NoAlias;
1263     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1264       return NoAlias;
1265   }
1266
1267   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1268   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1269   if (DL)
1270     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1271          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1272         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1273          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1274       return NoAlias;
1275
1276   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1277   // otherwise infinitely recursive queries.
1278   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1279                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1280   if (V1 > V2)
1281     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1282   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1283     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1284   if (!Pair.second)
1285     return Pair.first->second;
1286
1287   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1288   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1289   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1290     std::swap(V1, V2);
1291     std::swap(V1Size, V2Size);
1292     std::swap(O1, O2);
1293     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1294   }
1295   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1296     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1297     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1298   }
1299
1300   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1301     std::swap(V1, V2);
1302     std::swap(V1Size, V2Size);
1303     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1304   }
1305   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1306     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1307                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1308     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1309   }
1310
1311   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1312     std::swap(V1, V2);
1313     std::swap(V1Size, V2Size);
1314     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1315   }
1316   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1317     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1318                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1319     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1320   }
1321
1322   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1323   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1324   // overlap in some way.
1325   if (DL && O1 == O2)
1326     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1327          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1328         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1329          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1330       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1331
1332   AliasResult Result =
1333       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1334                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1335   return AliasCache[Locs] = Result;
1336 }
1337
1338 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1339                                                        const Value *V2) {
1340   if (V != V2)
1341     return false;
1342
1343   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1344   if (!Inst)
1345     return true;
1346
1347   if (VisitedPhiBBs.empty())
1348     return true;
1349
1350   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1351     return false;
1352
1353   // Use dominance or loop info if available.
1354   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1355       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1356   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1357   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1358   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1359
1360   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1361   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1362   // phi nodes could be involved in.
1363   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1364     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1365       return false;
1366
1367   return true;
1368 }
1369
1370 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1371 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1372 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1373 /// difference between the two pointers.
1374 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1375     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1376     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1377   if (Src.empty())
1378     return;
1379
1380   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1381     const Value *V = Src[i].V;
1382     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1383     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1384
1385     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1386     // than a few variable indexes.
1387     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1388       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1389           Dest[j].Extension != Extension)
1390         continue;
1391
1392       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1393       // goes to zero, remove the entry.
1394       if (Dest[j].Scale != Scale)
1395         Dest[j].Scale -= Scale;
1396       else
1397         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1398       Scale = 0;
1399       break;
1400     }
1401
1402     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1403     if (Scale) {
1404       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1405       Dest.push_back(Entry);
1406     }
1407   }
1408 }