[PM/AA] Split the location computation out of getArgLocation so the
[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/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
21 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
22 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
26 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Dominators.h"
32 #include "llvm/IR/Function.h"
33 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
35 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
42 #include <algorithm>
43 using namespace llvm;
44
45 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
46 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
47 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
48 /// cannot be involved in a cycle.
49 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
50
51 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
52 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
53 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
54 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
55
56 //===----------------------------------------------------------------------===//
57 // Useful predicates
58 //===----------------------------------------------------------------------===//
59
60 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
61 /// object that never escapes from the function.
62 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
63   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
64   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
65     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
66     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
67     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
68     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
69     // more precise.
70     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
71
72   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
73   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
74   // inside the function.
75   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
76     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
77       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
78       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
79       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
80       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
81
82   return false;
83 }
84
85 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
86 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
87 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
88   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
89     return true;
90
91   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
92   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
93   // to PointerMayBeCaptured).
94   if (isa<LoadInst>(V))
95     return true;
96
97   return false;
98 }
99
100 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
101 /// UnknownSize if unknown.
102 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
103                               const TargetLibraryInfo &TLI,
104                               bool RoundToAlign = false) {
105   uint64_t Size;
106   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
107     return Size;
108   return AliasAnalysis::UnknownSize;
109 }
110
111 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
112 /// by V is smaller than Size.
113 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
114                                 const DataLayout &DL,
115                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
116   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
117   // following contexts:
118   //    c1: llvm::getObjectSize()
119   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
120   //    c3: isObjectSmallerThan()
121   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
122   // refers to the "entire object".
123   //
124   //  Consider this example:
125   //     char *p = (char*)malloc(100)
126   //     char *q = p+80;
127   //
128   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
129   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
130   //
131   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
132   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
133   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
134   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
135   // entire object, we should:
136   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
137   //      question (in this case rewind to p), or
138   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
139   //      to the base address the object.
140   //
141   // We go for 2nd option for simplicity.
142   if (!isIdentifiedObject(V))
143     return false;
144
145   // This function needs to use the aligned object size because we allow
146   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
147   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
148
149   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize < Size;
150 }
151
152 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
153 /// by V has size Size.
154 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
155                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
156   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
157   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize == Size;
158 }
159
160 //===----------------------------------------------------------------------===//
161 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
162 //===----------------------------------------------------------------------===//
163
164 namespace {
165   enum ExtensionKind {
166     EK_NotExtended,
167     EK_SignExt,
168     EK_ZeroExt
169   };
170
171   struct VariableGEPIndex {
172     const Value *V;
173     ExtensionKind Extension;
174     int64_t Scale;
175
176     bool operator==(const VariableGEPIndex &Other) const {
177       return V == Other.V && Extension == Other.Extension &&
178         Scale == Other.Scale;
179     }
180
181     bool operator!=(const VariableGEPIndex &Other) const {
182       return !operator==(Other);
183     }
184   };
185 }
186
187
188 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
189 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
190 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
191 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
192 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
193 ///
194 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
195 /// represented in the result.
196 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
197                                   ExtensionKind &Extension,
198                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth,
199                                   AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
200   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
201
202   // Limit our recursion depth.
203   if (Depth == 6) {
204     Scale = 1;
205     Offset = 0;
206     return V;
207   }
208
209   if (ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
210     // if it's a constant, just convert it to an offset
211     // and remove the variable.
212     Offset += Const->getValue();
213     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
214     return V;
215   }
216
217   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
218     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
219       switch (BOp->getOpcode()) {
220       default: break;
221       case Instruction::Or:
222         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
223         // analyze it.
224         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
225                                BOp, DT))
226           break;
227         // FALL THROUGH.
228       case Instruction::Add:
229         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
230                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
231         Offset += RHSC->getValue();
232         return V;
233       case Instruction::Mul:
234         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
235                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
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, AC, DT);
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, DL,
262                                         Depth + 1, AC, DT);
263     Scale = Scale.zext(OldWidth);
264
265     // We have to sign-extend even if Extension == EK_ZeroExt as we can't
266     // decompose a sign extension (i.e. zext(x - 1) != zext(x) - zext(-1)).
267     Offset = Offset.sext(OldWidth);
268
269     return Result;
270   }
271
272   Scale = 1;
273   Offset = 0;
274   return V;
275 }
276
277 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
278 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
279 /// offsets.
280 ///
281 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
282 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
283 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
284 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
285 ///
286 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
287 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
288 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
289 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
290 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
291 ///
292 static const Value *
293 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
294                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
295                        bool &MaxLookupReached, const DataLayout &DL,
296                        AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
297   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
298   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
299   MaxLookupReached = false;
300
301   BaseOffs = 0;
302   do {
303     // See if this is a bitcast or GEP.
304     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
305     if (!Op) {
306       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
307       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
308         if (!GA->mayBeOverridden()) {
309           V = GA->getAliasee();
310           continue;
311         }
312       }
313       return V;
314     }
315
316     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
317         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
318       V = Op->getOperand(0);
319       continue;
320     }
321
322     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
323     if (!GEPOp) {
324       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
325       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
326       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
327         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
328         // (these are both now available in this function, but this should be
329         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
330         // provided also.
331         if (const Value *Simplified =
332               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
333           V = Simplified;
334           continue;
335         }
336
337       return V;
338     }
339
340     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
341     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
342       return V;
343
344     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
345     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
346     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
347     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
348          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
349       Value *Index = *I;
350       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
351       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
352         // For a struct, add the member offset.
353         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
354         if (FieldNo == 0) continue;
355
356         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
357         continue;
358       }
359
360       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
361       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
362         if (CIdx->isZero()) continue;
363         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
364         continue;
365       }
366
367       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
368       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
369
370       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
371       // sign extended to pointer size.
372       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
373       if (DL.getPointerSizeInBits(AS) > Width)
374         Extension = EK_SignExt;
375
376       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
377       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
378       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension, DL,
379                                   0, AC, DT);
380
381       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
382       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
383       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
384       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
385
386       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
387       // scale into it.  For example, we want to handle:
388       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
389       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
390       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
391         if (VarIndices[i].V == Index &&
392             VarIndices[i].Extension == Extension) {
393           Scale += VarIndices[i].Scale;
394           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
395           break;
396         }
397       }
398
399       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
400       // pointer size.
401       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
402         Scale <<= ShiftBits;
403         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
404       }
405
406       if (Scale) {
407         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
408                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
409         VarIndices.push_back(Entry);
410       }
411     }
412
413     // Analyze the base pointer next.
414     V = GEPOp->getOperand(0);
415   } while (--MaxLookup);
416
417   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
418   MaxLookupReached = true;
419   return V;
420 }
421
422 //===----------------------------------------------------------------------===//
423 // BasicAliasAnalysis Pass
424 //===----------------------------------------------------------------------===//
425
426 #ifndef NDEBUG
427 static const Function *getParent(const Value *V) {
428   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
429     return inst->getParent()->getParent();
430
431   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
432     return arg->getParent();
433
434   return nullptr;
435 }
436
437 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
438
439   const Function *F1 = getParent(O1);
440   const Function *F2 = getParent(O2);
441
442   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
443 }
444 #endif
445
446 namespace {
447   /// BasicAliasAnalysis - This is the primary alias analysis implementation.
448   struct BasicAliasAnalysis : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
449     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
450     BasicAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
451       initializeBasicAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
452     }
453
454     bool doInitialization(Module &M) override;
455
456     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
457       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
458       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
459       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
460     }
461
462     AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB) override {
463       assert(AliasCache.empty() && "AliasCache must be cleared after use!");
464       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
465              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
466       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags,
467                                      LocB.Ptr, LocB.Size, LocB.AATags);
468       // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
469       // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
470       // SmallDenseMap if it ever grows larger.
471       // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
472       AliasCache.shrink_and_clear();
473       VisitedPhiBBs.clear();
474       return Alias;
475     }
476
477     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
478                                const Location &Loc) override;
479
480     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
481                                ImmutableCallSite CS2) override;
482
483     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
484     /// global) or not.
485     bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) override;
486
487     /// Get the location associated with a pointer argument of a callsite.
488     ModRefResult getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
489                                   unsigned ArgIdx) override;
490
491     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
492     /// call site.
493     ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
494
495     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
496     /// For use when the call site is not known.
497     ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
498
499     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
500     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
501     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
502     /// specified pass info.
503     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
504       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
505         return (AliasAnalysis*)this;
506       return this;
507     }
508
509   private:
510     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
511     typedef std::pair<Location, Location> LocPair;
512     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
513     AliasCacheTy AliasCache;
514
515     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
516     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
517     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
518     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
519     /// pointer.
520     /// The following example shows the problem:
521     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
522     ///   %l = load %ptr
523     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
524     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
525     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
526     ///   store %l, ...
527     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
528
529     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
530     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
531
532     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
533     ///
534     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
535     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
536     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
537     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
538     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
539     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
540
541     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
542     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
543     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
544     /// difference between the two pointers.
545     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
546                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
547
548     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
549     // instruction against another.
550     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
551                          const AAMDNodes &V1AAInfo,
552                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
553                          const AAMDNodes &V2AAInfo,
554                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
555
556     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
557     // instruction against another.
558     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
559                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
560                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
561                          const AAMDNodes &V2AAInfo);
562
563     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
564     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
565                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
566                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
567                             const AAMDNodes &V2AAInfo);
568
569     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
570                            AAMDNodes V1AATag,
571                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
572                            AAMDNodes V2AATag);
573   };
574 }  // End of anonymous namespace
575
576 // Register this pass...
577 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
578 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
579                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
580                    false, true, false)
581 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
582 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
583 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
584                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
585                    false, true, false)
586
587
588 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
589   return new BasicAliasAnalysis();
590 }
591
592 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
593 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
594 /// considered local to all functions.
595 bool
596 BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) {
597   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
598
599   unsigned MaxLookup = 8;
600   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
601   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
602   do {
603     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
604     if (!Visited.insert(V).second) {
605       Visited.clear();
606       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
607     }
608
609     // An alloca instruction defines local memory.
610     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
611       continue;
612
613     // A global constant counts as local memory for our purposes.
614     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
615       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
616       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
617       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
618       if (!GV->isConstant()) {
619         Visited.clear();
620         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
621       }
622       continue;
623     }
624
625     // If both select values point to local memory, then so does the select.
626     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
627       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
628       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
629       continue;
630     }
631
632     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
633     // the phi.
634     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
635       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
636       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
637         Visited.clear();
638         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
639       }
640       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
641         Worklist.push_back(IncValue);
642       continue;
643     }
644
645     // Otherwise be conservative.
646     Visited.clear();
647     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
648
649   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
650
651   Visited.clear();
652   return Worklist.empty();
653 }
654
655 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
656 // some common utility location.
657 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
658                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
659   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
660       MS->getName() == "memset_pattern16") {
661     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
662     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
663         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
664         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
665         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
666       return true;
667   }
668
669   return false;
670 }
671
672 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
673 AliasAnalysis::ModRefBehavior
674 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
675   if (CS.doesNotAccessMemory())
676     // Can't do better than this.
677     return DoesNotAccessMemory;
678
679   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
680
681   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
682   // than that.
683   if (CS.onlyReadsMemory())
684     Min = OnlyReadsMemory;
685
686   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
687   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
688 }
689
690 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
691 /// For use when the call site is not known.
692 AliasAnalysis::ModRefBehavior
693 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
694   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
695   if (F->doesNotAccessMemory())
696     return DoesNotAccessMemory;
697
698   // For intrinsics, we can check the table.
699   if (Intrinsic::ID iid = F->getIntrinsicID()) {
700 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
701 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
702 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
703   }
704
705   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
706
707   // If the function declares it only reads memory, go with that.
708   if (F->onlyReadsMemory())
709     Min = OnlyReadsMemory;
710
711   const TargetLibraryInfo &TLI =
712       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
713   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
714     Min = OnlyAccessesArgumentPointees;
715
716   // Otherwise be conservative.
717   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
718 }
719
720 AliasAnalysis::ModRefResult
721 BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx) {
722   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
723     switch (II->getIntrinsicID()) {
724     default:
725       break;
726     case Intrinsic::memset:
727     case Intrinsic::memcpy:
728     case Intrinsic::memmove:
729       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
730              "Invalid argument index for memory intrinsic");
731       return ArgIdx ? Ref : Mod;
732     }
733
734   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
735   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
736   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
737   // whenever possible.
738   if (CS.getCalledFunction() &&
739       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
740     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
741            "Invalid argument index for memset_pattern16");
742     return ArgIdx ? Ref : Mod;
743   }
744   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
745
746   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
747 }
748
749 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
750   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
751   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
752     return true;
753
754   return false;
755 }
756
757 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
758   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
759   return true;
760 }
761
762 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
763 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
764 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
765 /// simple "address taken" analysis on local objects.
766 AliasAnalysis::ModRefResult
767 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
768                                   const Location &Loc) {
769   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
770          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
771
772   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
773
774   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
775   // the tail call cannot access or modify the local stack.
776   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
777   // the current function not to the current function, and a tail callee
778   // may reference them.
779   if (isa<AllocaInst>(Object))
780     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
781       if (CI->isTailCall())
782         return NoModRef;
783
784   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
785   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
786   // as an argument, and itself doesn't capture it.
787   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
788       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
789     bool PassedAsArg = false;
790     unsigned ArgNo = 0;
791     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
792          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
793       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
794       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
795       // couldn't be no-capture.
796       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
797           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
798         continue;
799
800       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
801       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
802       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
803       // escape.
804       if (!isNoAlias(Location(*CI), Location(Object))) {
805         PassedAsArg = true;
806         break;
807       }
808     }
809
810     if (!PassedAsArg)
811       return NoModRef;
812   }
813
814   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
815   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
816   // particular memory location.
817   if (isAssumeIntrinsic(CS))
818     return NoModRef;
819
820   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
821   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
822 }
823
824 AliasAnalysis::ModRefResult
825 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
826                                   ImmutableCallSite CS2) {
827   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
828   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
829   // particular memory location.
830   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
831     return NoModRef;
832
833   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
834   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
835 }
836
837 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
838 /// operators, both having the exact same pointer operand.
839 static AliasAnalysis::AliasResult
840 aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
841                          const GEPOperator *GEP2, uint64_t V2Size,
842                          const DataLayout &DL) {
843
844   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
845          "Expected GEPs with the same pointer operand");
846
847   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
848   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
849   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
850   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
851       GEP1->getNumIndices() < 2)
852     return AliasAnalysis::MayAlias;
853
854   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
855   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
856   if (V1Size == AliasAnalysis::UnknownSize ||
857       V2Size == AliasAnalysis::UnknownSize)
858     return AliasAnalysis::MayAlias;
859
860   ConstantInt *C1 =
861       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
862   ConstantInt *C2 =
863       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
864
865   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
866   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
867   // equal, so the GEPs can alias.
868   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
869     return AliasAnalysis::MayAlias;
870
871   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
872   // you stripped the last index.
873   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
874   // than an array, different indices can lead to different final types.
875   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
876
877   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
878   // through it as it only drops the pointer indirection.
879   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
880   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
881
882   // Insert all the remaining indices but the last one.
883   // Also, check that they all index through arrays.
884   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
885     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
886             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
887       return AliasAnalysis::MayAlias;
888     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
889   }
890
891   StructType *LastIndexedStruct =
892       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
893           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
894
895   if (!LastIndexedStruct)
896     return AliasAnalysis::MayAlias;
897
898   // We know that:
899   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
900   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
901   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
902   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
903   //
904   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
905   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
906   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
907   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
908
909   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
910   // alias is that the fields are not overlapping.
911   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
912   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
913   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
914   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
915
916   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
917                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
918     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
919            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
920             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
921   };
922
923   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
924       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
925     return AliasAnalysis::NoAlias;
926
927   return AliasAnalysis::MayAlias;
928 }
929
930 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
931 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
932 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
933 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
934 ///
935 AliasAnalysis::AliasResult
936 BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
937                              const AAMDNodes &V1AAInfo,
938                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
939                              const AAMDNodes &V2AAInfo,
940                              const Value *UnderlyingV1,
941                              const Value *UnderlyingV2) {
942   int64_t GEP1BaseOffset;
943   bool GEP1MaxLookupReached;
944   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
945
946   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
947   // different functions.
948   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
949   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
950   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
951   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
952   // this isn't really a clean solution.
953   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
954   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
955   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
956     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
957         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
958   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
959     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
960         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
961
962   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
963       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
964   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
965
966   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
967   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
968   // derived pointer.
969   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
970     // Do the base pointers alias?
971     AliasResult BaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, AAMDNodes(),
972                                        UnderlyingV2, UnknownSize, AAMDNodes());
973
974     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
975     // identical.
976     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
977       // Do the base pointers alias assuming type and size.
978       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
979                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
980                                                 V2Size, V2AAInfo);
981       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
982         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
983         // relation of the resulting pointer.
984         int64_t GEP2BaseOffset;
985         bool GEP2MaxLookupReached;
986         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
987         const Value *GEP2BasePtr =
988             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
989                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
990         const Value *GEP1BasePtr =
991             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
992                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
993         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
994         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
995         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
996           assert(!DL &&
997                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
998           return MayAlias;
999         }
1000         // If the max search depth is reached the result is undefined
1001         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1002           return MayAlias;
1003
1004         // Same offsets.
1005         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1006             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
1007           return NoAlias;
1008         GEP1VariableIndices.clear();
1009       }
1010     }
1011
1012     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1013     // will improve this situation.
1014     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
1015
1016     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1017     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1018     // about the relation of the resulting pointer.
1019     const Value *GEP1BasePtr =
1020         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1021                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1022
1023     int64_t GEP2BaseOffset;
1024     bool GEP2MaxLookupReached;
1025     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1026     const Value *GEP2BasePtr =
1027         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1028                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
1029
1030     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1031     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1032     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1033       assert(!DL &&
1034              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1035       return MayAlias;
1036     }
1037
1038     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1039     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1040     // the resulting pointers.
1041     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
1042       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
1043       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1044       if (R != MayAlias)
1045         return R;
1046     }
1047
1048     // If the max search depth is reached the result is undefined
1049     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1050       return MayAlias;
1051
1052     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1053     // symbolic difference.
1054     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1055     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
1056
1057   } else {
1058     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1059     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1060     // pointer, we know they cannot alias.
1061
1062     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1063     if (V1Size == UnknownSize && V2Size == UnknownSize)
1064       return MayAlias;
1065
1066     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, AAMDNodes(),
1067                                V2, V2Size, V2AAInfo);
1068     if (R != MustAlias)
1069       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1070       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1071       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
1072       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
1073       // with the first operand of the getelementptr".
1074       return R;
1075
1076     const Value *GEP1BasePtr =
1077         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1078                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1079
1080     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1081     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1082     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
1083       assert(!DL &&
1084              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1085       return MayAlias;
1086     }
1087     // If the max search depth is reached the result is undefined
1088     if (GEP1MaxLookupReached)
1089       return MayAlias;
1090   }
1091
1092   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1093   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1094   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1095   //
1096   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1097   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1098   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1099     return MustAlias;
1100
1101   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1102   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1103   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1104   // greater, we know they do not overlap.
1105   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1106     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1107       if (V2Size != UnknownSize) {
1108         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1109           return PartialAlias;
1110         return NoAlias;
1111       }
1112     } else {
1113       // We have the situation where:
1114       // +                +
1115       // | BaseOffset     |
1116       // ---------------->|
1117       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1118       // GEP1             V2
1119       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1120       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1121       if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize) {
1122         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1123           return PartialAlias;
1124         return NoAlias;
1125       }
1126     }
1127   }
1128
1129   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1130     uint64_t Modulo = 0;
1131     bool AllPositive = true;
1132     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
1133
1134       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1135       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1136       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1137       // be ^'ing Modulo with itself later.
1138       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
1139
1140       if (AllPositive) {
1141         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1142         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1143         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1144         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
1145
1146         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
1147         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
1148                        0, AC1, nullptr, DT);
1149
1150         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1151         // bit to zero.
1152         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].Extension == EK_ZeroExt;
1153         SignKnownZero |= IsZExt;
1154         SignKnownOne &= !IsZExt;
1155
1156         // If the variable begins with a zero then we know it's
1157         // positive, regardless of whether the value is signed or
1158         // unsigned.
1159         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
1160         AllPositive =
1161           (SignKnownZero && Scale >= 0) ||
1162           (SignKnownOne && Scale < 0);
1163       }
1164     }
1165
1166     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1167
1168     // We can compute the difference between the two addresses
1169     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1170     // two locations do not alias.
1171     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1172     if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize &&
1173         ModOffset >= V2Size && V1Size <= Modulo - ModOffset)
1174       return NoAlias;
1175
1176     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1177     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1178     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1179     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t) GEP1BaseOffset)
1180       return NoAlias;
1181   }
1182
1183   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1184   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1185   // little tricks above worked.
1186   //
1187   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1188   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1189   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1190   return PartialAlias;
1191 }
1192
1193 static AliasAnalysis::AliasResult
1194 MergeAliasResults(AliasAnalysis::AliasResult A, AliasAnalysis::AliasResult B) {
1195   // If the results agree, take it.
1196   if (A == B)
1197     return A;
1198   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1199   if ((A == AliasAnalysis::PartialAlias && B == AliasAnalysis::MustAlias) ||
1200       (B == AliasAnalysis::PartialAlias && A == AliasAnalysis::MustAlias))
1201     return AliasAnalysis::PartialAlias;
1202   // Otherwise, we don't know anything.
1203   return AliasAnalysis::MayAlias;
1204 }
1205
1206 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1207 /// instruction against another.
1208 AliasAnalysis::AliasResult
1209 BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
1210                                 const AAMDNodes &SIAAInfo,
1211                                 const Value *V2, uint64_t V2Size,
1212                                 const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1213   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1214   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1215   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1216     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1217       AliasResult Alias =
1218         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1219                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1220       if (Alias == MayAlias)
1221         return MayAlias;
1222       AliasResult ThisAlias =
1223         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1224                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1225       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1226     }
1227
1228   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1229   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1230   AliasResult Alias =
1231     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1232   if (Alias == MayAlias)
1233     return MayAlias;
1234
1235   AliasResult ThisAlias =
1236     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1237   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1238 }
1239
1240 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1241 // against another.
1242 AliasAnalysis::AliasResult
1243 BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1244                              const AAMDNodes &PNAAInfo,
1245                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
1246                              const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1247   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1248   // value equivalence.
1249   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1250
1251   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1252   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1253   // on corresponding edges.
1254   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1255     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1256       LocPair Locs(Location(PN, PNSize, PNAAInfo),
1257                    Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1258       if (PN > V2)
1259         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1260       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1261       // NoAlias.
1262       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1263       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1264       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1265       // that causes a MayAlias.
1266       // Pretend the phis do not alias.
1267       AliasResult Alias = NoAlias;
1268       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1269              "There must exist an entry for the phi node");
1270       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1271       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1272
1273       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1274         AliasResult ThisAlias =
1275           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1276                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1277                      V2Size, V2AAInfo);
1278         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1279         if (Alias == MayAlias)
1280           break;
1281       }
1282
1283       // Reset if speculation failed.
1284       if (Alias != NoAlias)
1285         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1286
1287       return Alias;
1288     }
1289
1290   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1291   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1292   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1293     if (isa<PHINode>(PV1))
1294       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1295       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1296       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1297       // and 'n' are the number of PHI sources.
1298       return MayAlias;
1299     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1300       V1Srcs.push_back(PV1);
1301   }
1302
1303   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1304                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1305   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1306   // Other results are not possible.
1307   if (Alias == MayAlias)
1308     return MayAlias;
1309
1310   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1311   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1312   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1313     Value *V = V1Srcs[i];
1314
1315     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1316                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1317     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1318     if (Alias == MayAlias)
1319       break;
1320   }
1321
1322   return Alias;
1323 }
1324
1325 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1326 // such as array references.
1327 //
1328 AliasAnalysis::AliasResult
1329 BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1330                                AAMDNodes V1AAInfo,
1331                                const Value *V2, uint64_t V2Size,
1332                                AAMDNodes V2AAInfo) {
1333   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1334   // pointer values are.
1335   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1336     return NoAlias;
1337
1338   // Strip off any casts if they exist.
1339   V1 = V1->stripPointerCasts();
1340   V2 = V2->stripPointerCasts();
1341
1342   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1343   // value for undef that aliases nothing in the program.
1344   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1345     return NoAlias;
1346
1347   // Are we checking for alias of the same value?
1348   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1349   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1350   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1351   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1352   // reach the value.
1353   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1354     return MustAlias;
1355
1356   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1357     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1358
1359   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1360   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1361   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1362
1363   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1364   // don't alias any other pointer.
1365   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1366     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1367       return NoAlias;
1368   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1369     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1370       return NoAlias;
1371
1372   if (O1 != O2) {
1373     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1374     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1375       return NoAlias;
1376
1377     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1378     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1379         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1380       return NoAlias;
1381
1382     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1383     // unambigously identified at the function level.
1384     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1385         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1386       return NoAlias;
1387
1388     // Most objects can't alias null.
1389     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1390         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1391       return NoAlias;
1392
1393     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1394     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1395     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1396     //
1397     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1398     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1399     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1400     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1401     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1402     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1403       return NoAlias;
1404     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1405       return NoAlias;
1406   }
1407
1408   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1409   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1410   if (DL)
1411     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1412         (V2Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1413       return NoAlias;
1414
1415   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1416   // otherwise infinitely recursive queries.
1417   LocPair Locs(Location(V1, V1Size, V1AAInfo),
1418                Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1419   if (V1 > V2)
1420     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1421   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1422     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1423   if (!Pair.second)
1424     return Pair.first->second;
1425
1426   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1427   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1428   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1429     std::swap(V1, V2);
1430     std::swap(V1Size, V2Size);
1431     std::swap(O1, O2);
1432     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1433   }
1434   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1435     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1436     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1437   }
1438
1439   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1440     std::swap(V1, V2);
1441     std::swap(V1Size, V2Size);
1442     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1443   }
1444   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1445     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1446                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1447     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1448   }
1449
1450   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1451     std::swap(V1, V2);
1452     std::swap(V1Size, V2Size);
1453     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1454   }
1455   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1456     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1457                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1458     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1459   }
1460
1461   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1462   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1463   // overlap in some way.
1464   if (DL && O1 == O2)
1465     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1466         (V2Size != UnknownSize && isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1467       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1468
1469   AliasResult Result =
1470     AliasAnalysis::alias(Location(V1, V1Size, V1AAInfo),
1471                          Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1472   return AliasCache[Locs] = Result;
1473 }
1474
1475 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1476                                                        const Value *V2) {
1477   if (V != V2)
1478     return false;
1479
1480   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1481   if (!Inst)
1482     return true;
1483
1484   if (VisitedPhiBBs.empty())
1485     return true;
1486
1487   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1488     return false;
1489
1490   // Use dominance or loop info if available.
1491   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1492       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1493   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1494   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1495   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1496
1497   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1498   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1499   // phi nodes could be involved in.
1500   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1501     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1502       return false;
1503
1504   return true;
1505 }
1506
1507 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1508 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1509 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1510 /// difference between the two pointers.
1511 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1512     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1513     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1514   if (Src.empty())
1515     return;
1516
1517   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1518     const Value *V = Src[i].V;
1519     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1520     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1521
1522     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1523     // than a few variable indexes.
1524     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1525       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1526           Dest[j].Extension != Extension)
1527         continue;
1528
1529       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1530       // goes to zero, remove the entry.
1531       if (Dest[j].Scale != Scale)
1532         Dest[j].Scale -= Scale;
1533       else
1534         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1535       Scale = 0;
1536       break;
1537     }
1538
1539     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1540     if (Scale) {
1541       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1542       Dest.push_back(Entry);
1543     }
1544   }
1545 }