add a dump method to CallGraph
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
index 3c6f7cc4660a9a951f22ad51b123d41ff465f810..e477be34f8ece49ed2bc9af2d8e72b3debbe2011 100644 (file)
-//===- llvm/Analysis/CallGraph.h - Build a Module's call graph ---*- C++ -*--=//
+//===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- C++ -*-===//
 //
-// This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very
 // useful tool for interprocedural optimization.
 //
-// This call graph represents a dynamic method invocation as a null method node.
-// A call graph may only have up to one null method node that represents all of
-// the dynamic method invocations.
+// Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
+// callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
+// corresponding to the node.
+//
+// A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
+// null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
+// represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
+// builds one external node such that:
+//   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
+//      from this external node, indicating that they could be called by
+//      functions outside of the module.
+//   2. All functions whose address is used for something more than a direct
+//      call, for example being stored into a memory location will also have an
+//      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
+//      caller later, they must be tracked as such.
+//
+// There is a second external node added for calls that leave this module.
+// Functions have a call edge to the external node iff:
+//   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
+//      anything without internal linkage or that has its address taken.
+//   2. The function contains an indirect function call.
+//
+// As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
+// function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
+// that an indirect call site can call only a specific set of functions.
+//
+// Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
+// of all of the caller-callee relationships, which is useful for
+// transformations.
+//
+// The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
+// CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
+// If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
+// node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
+// be called into (which is common for libraries).
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
 
-#include <map>
-#include <vector>
-class Method;
+#include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Pass.h"
+
+namespace llvm {
+
+class Function;
 class Module;
+class CallGraphNode;
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// CallGraph class definition
+//
+class CallGraph {
+protected:
+  Module *Mod;              // The module this call graph represents
+
+  typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
+  FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
+
+public:
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Accessors...
+  //
+  typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
+  typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
+
+  /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
+  ///
+  Module &getModule() const { return *Mod; }
+
+  inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
+  inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
+  inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
+  inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
+
+  // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
+  // function
+  inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
+    const_iterator I = FunctionMap.find(F);
+    assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
+    return I->second;
+  }
+  inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
+    const_iterator I = FunctionMap.find(F);
+    assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
+    return I->second;
+  }
+
+  //Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls 
+  // into the callgraph.  Override this if you want behavioural inheritance.
+  virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
+  
+  //Return the root/main method in the module, or some other root node, such
+  // as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioural 
+  // inheritance.
+  virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
+  virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
+  
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
+  // modified.
+  //
+
+  /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
+  /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
+  /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
+  /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
+  /// do this is to dropAllReferences before calling this.
+  ///
+  Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
+  Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
+    return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
+  }
+
+  /// changeFunction - This method changes the function associated with this
+  /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
+  /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
+  /// old code over).
+  void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
+
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Pass infrastructure interface glue code...
+  //
+protected:
+  CallGraph() {}
+  
+public:
+  virtual ~CallGraph() { destroy(); }
+
+  /// initialize - Call this method before calling other methods, 
+  /// re/initializes the state of the CallGraph.
+  ///
+  void initialize(Module &M);
 
-namespace cfg {
+  virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
+  void dump() const;
+  
+  // stub - dummy function, just ignore it
+  static void stub();
+protected:
+
+  // destroy - Release memory for the call graph
+  virtual void destroy();
+};
 
-class CallGraph;
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// CallGraphNode class definition
+//
 class CallGraphNode {
-  Method *Meth;
-  vector<CallGraphNode*> CalledMethods;
+  Function *F;
+  std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
 
   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
 public:
-  typedef vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
-  typedef vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Accessor methods...
+  //
+
+  typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
+  typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
 
-  // getMethod - Return the method that this call graph node represents...
-  Method *getMethod() const { return Meth; }
+  // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
+  Function *getFunction() const { return F; }
 
-  inline iterator begin() { return CalledMethods.begin(); }
-  inline iterator end()   { return CalledMethods.end();   }
-  inline const_iterator begin() const { return CalledMethods.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return CalledMethods.end();   }
-  inline unsigned size() const { return CalledMethods.size(); }
+  inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
+  inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
+  inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
+  inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
+  inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
 
-  inline CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledMethods[i];}
+  // Subscripting operator - Return the i'th called function...
+  //
+  CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
 
+  /// dump - Print out this call graph node.
+  ///
+  void dump() const;
+  void print(std::ostream &OS) const;
 
-private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
-  friend class CallGraph;
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
+  // modified
+  //
 
-  // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified method...
-  inline CallGraphNode(Method *M) : Meth(M) {}
-  
-  // addCalledMethod add a method to the list of methods called by this one
-  void addCalledMethod(CallGraphNode *M) {
-    CalledMethods.push_back(M);
+  /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
+  /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
+  void removeAllCalledFunctions() {
+    CalledFunctions.clear();
   }
+
+  /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
+  /// one.
+  void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
+    CalledFunctions.push_back(M);
+  }
+
+  /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
+  /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
+  /// used sparingly.
+  void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
+
+  /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
+  /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
+  /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
+  void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
+
+  friend class CallGraph;
+
+  // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
+  inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
 };
 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
+// graphs by the generic graph algorithms...
+//
 
-class CallGraph {
-  Module *Mod;
-  typedef map<const Method *, CallGraphNode *> MethodMapTy;
-  MethodMapTy MethodMap;
-public:
-  CallGraph(Module *TheModule);
+// Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
+// traversals.
+template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
+  typedef CallGraphNode NodeType;
+  typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
 
-  typedef MethodMapTy::iterator iterator;
-  typedef MethodMapTy::const_iterator const_iterator;
+  static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
+  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
+  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
+};
 
-  inline const_iterator begin() const { return MethodMap.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return MethodMap.end();   }
+template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+  typedef const CallGraphNode NodeType;
+  typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
 
-  inline const CallGraphNode *operator[](const Method *M) const {
-    const_iterator I = MethodMap.find(M);
-    assert(I != MethodMap.end() && "Method not in callgraph!");
-    return I->second;
+  static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
+  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
+  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
+};
+
+template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
+  static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
+    return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
   }
+  typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
+  typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
 
-private:   // Implementation of CallGraph construction
+  // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
+  typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
+  static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
+    return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
+  }
+  static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
+    return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
+  }
 
-  // getNodeFor - Return the node for the specified method or create one if it
-  // does not already exist.
-  //
-  CallGraphNode *getNodeFor(Method *M);
+  static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
+                                       CallGraphNode*> P) {
+    return *P.second;
+  }
+};
 
-  // addToCallGraph - Add a method to the call graph, and link the node to all
-  // of the methods that it calls.
-  //
-  void addToCallGraph(Method *M);
+template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
+  public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+  static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
+    return CGN->getExternalCallingNode();
+  }
+  // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
+  typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
+  static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
+  static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
 };
 
+// Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
+static IncludeFile
+CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
+
+extern void BasicCallGraphStub();
+static IncludeFile HDR_INCLUDE_CALLGRAPH_CPP((void*)&BasicCallGraphStub);
 
-}  // end namespace cfg
+} // End llvm namespace
 
 #endif