convert LoopInfo.h and GraphWriter.h to use raw_ostream
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / MemoryDependenceAnalysis.h
index d16295b87d0b6464a64c671fb3e441ce3acf4bda..205c34ab5c89eb4785679f7ee7b52d2ea0acf680 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// This file defines an analysis that determines, for a given memory operation,
-// what preceding memory operations it depends on.  It builds on alias analysis
-// information, and tries to provide a lazy, caching interface to a common kind
-// of alias information query.
+// This file defines the MemoryDependenceAnalysis analysis pass.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
 #define LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
 
+#include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Support/CallSite.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
-#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
+#include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
 
 namespace llvm {
+  class Function;
+  class FunctionPass;
+  class Instruction;
+  class CallSite;
+  class AliasAnalysis;
+  class TargetData;
+  class MemoryDependenceAnalysis;
+  class PredIteratorCache;
+  
+  /// MemDepResult - A memory dependence query can return one of three different
+  /// answers, described below.
+  class MemDepResult {
+    enum DepType {
+      /// Invalid - Clients of MemDep never see this.
+      Invalid = 0,
+      
+      /// Clobber - This is a dependence on the specified instruction which
+      /// clobbers the desired value.  The pointer member of the MemDepResult
+      /// pair holds the instruction that clobbers the memory.  For example,
+      /// this occurs when we see a may-aliased store to the memory location we
+      /// care about.
+      Clobber,
 
-class Function;
-class FunctionPass;
-class Instruction;
+      /// Def - This is a dependence on the specified instruction which
+      /// defines/produces the desired memory location.  The pointer member of
+      /// the MemDepResult pair holds the instruction that defines the memory.
+      /// Cases of interest:
+      ///   1. This could be a load or store for dependence queries on
+      ///      load/store.  The value loaded or stored is the produced value.
+      ///      Note that the pointer operand may be different than that of the
+      ///      queried pointer due to must aliases and phi translation.  Note
+      ///      that the def may not be the same type as the query, the pointers
+      ///      may just be must aliases.
+      ///   2. For loads and stores, this could be an allocation instruction. In
+      ///      this case, the load is loading an undef value or a store is the
+      ///      first store to (that part of) the allocation.
+      ///   3. Dependence queries on calls return Def only when they are
+      ///      readonly calls with identical callees and no intervening
+      ///      clobbers.  No validation is done that the operands to the calls
+      ///      are the same.
+      Def,
+      
+      /// NonLocal - This marker indicates that the query has no dependency in
+      /// the specified block.  To find out more, the client should query other
+      /// predecessor blocks.
+      NonLocal
+    };
+    typedef PointerIntPair<Instruction*, 2, DepType> PairTy;
+    PairTy Value;
+    explicit MemDepResult(PairTy V) : Value(V) {}
+  public:
+    MemDepResult() : Value(0, Invalid) {}
+    
+    /// get methods: These are static ctor methods for creating various
+    /// MemDepResult kinds.
+    static MemDepResult getDef(Instruction *Inst) {
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Def));
+    }
+    static MemDepResult getClobber(Instruction *Inst) {
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Clobber));
+    }
+    static MemDepResult getNonLocal() {
+      return MemDepResult(PairTy(0, NonLocal));
+    }
 
-class MemoryDependenceAnalysis : public FunctionPass {
-  private:
-    // A map from instructions to their dependency, with a boolean
-    // flags for whether this mapping is confirmed or not
-    typedef DenseMap<Instruction*, std::pair<Instruction*, bool> > 
-            depMapType;
-    depMapType depGraphLocal;
+    /// isClobber - Return true if this MemDepResult represents a query that is
+    /// a instruction clobber dependency.
+    bool isClobber() const { return Value.getInt() == Clobber; }
 
-    // A map from instructions to their non-local dependencies.
-    typedef DenseMap<Instruction*, DenseMap<BasicBlock*, Value*> >
-            nonLocalDepMapType;
-    nonLocalDepMapType depGraphNonLocal;
+    /// isDef - Return true if this MemDepResult represents a query that is
+    /// a instruction definition dependency.
+    bool isDef() const { return Value.getInt() == Def; }
     
-    // A reverse mapping form dependencies to the dependees.  This is
-    // used when removing instructions to keep the cache coherent.
-    typedef DenseMap<Value*, SmallPtrSet<Instruction*, 4> >
-            reverseDepMapType;
-    reverseDepMapType reverseDep;
+    /// isNonLocal - Return true if this MemDepResult represents a query that
+    /// is transparent to the start of the block, but where a non-local hasn't
+    /// been done.
+    bool isNonLocal() const { return Value.getInt() == NonLocal; }
     
-    // A reverse mapping form dependencies to the non-local dependees.
-    reverseDepMapType reverseDepNonLocal;
+    /// getInst() - If this is a normal dependency, return the instruction that
+    /// is depended on.  Otherwise, return null.
+    Instruction *getInst() const { return Value.getPointer(); }
+    
+    bool operator==(const MemDepResult &M) const { return Value == M.Value; }
+    bool operator!=(const MemDepResult &M) const { return Value != M.Value; }
+    bool operator<(const MemDepResult &M) const { return Value < M.Value; }
+    bool operator>(const MemDepResult &M) const { return Value > M.Value; }
+  private:
+    friend class MemoryDependenceAnalysis;
+    /// Dirty - Entries with this marker occur in a LocalDeps map or
+    /// NonLocalDeps map when the instruction they previously referenced was
+    /// removed from MemDep.  In either case, the entry may include an
+    /// instruction pointer.  If so, the pointer is an instruction in the
+    /// block where scanning can start from, saving some work.
+    ///
+    /// In a default-constructed MemDepResult object, the type will be Dirty
+    /// and the instruction pointer will be null.
+    ///
+         
+    /// isDirty - Return true if this is a MemDepResult in its dirty/invalid.
+    /// state.
+    bool isDirty() const { return Value.getInt() == Invalid; }
     
+    static MemDepResult getDirty(Instruction *Inst) {
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Invalid));
+    }
+  };
+
+  /// MemoryDependenceAnalysis - This is an analysis that determines, for a
+  /// given memory operation, what preceding memory operations it depends on.
+  /// It builds on alias analysis information, and tries to provide a lazy,
+  /// caching interface to a common kind of alias information query.
+  ///
+  /// The dependency information returned is somewhat unusual, but is pragmatic.
+  /// If queried about a store or call that might modify memory, the analysis
+  /// will return the instruction[s] that may either load from that memory or
+  /// store to it.  If queried with a load or call that can never modify memory,
+  /// the analysis will return calls and stores that might modify the pointer,
+  /// but generally does not return loads unless a) they are volatile, or
+  /// b) they load from *must-aliased* pointers.  Returning a dependence on
+  /// must-alias'd pointers instead of all pointers interacts well with the
+  /// internal caching mechanism.
+  ///
+  class MemoryDependenceAnalysis : public FunctionPass {
+    // A map from instructions to their dependency.
+    typedef DenseMap<Instruction*, MemDepResult> LocalDepMapType;
+    LocalDepMapType LocalDeps;
+
   public:
-    void ping(Instruction* D);
+    typedef std::pair<BasicBlock*, MemDepResult> NonLocalDepEntry;
+    typedef std::vector<NonLocalDepEntry> NonLocalDepInfo;
+  private:
+    /// ValueIsLoadPair - This is a pair<Value*, bool> where the bool is true if
+    /// the dependence is a read only dependence, false if read/write.
+    typedef PointerIntPair<Value*, 1, bool> ValueIsLoadPair;
+
+    /// BBSkipFirstBlockPair - This pair is used when caching information for a
+    /// block.  If the pointer is null, the cache value is not a full query that
+    /// starts at the specified block.  If non-null, the bool indicates whether
+    /// or not the contents of the block was skipped.
+    typedef PointerIntPair<BasicBlock*, 1, bool> BBSkipFirstBlockPair;
+
+    /// CachedNonLocalPointerInfo - This map stores the cached results of doing
+    /// a pointer lookup at the bottom of a block.  The key of this map is the
+    /// pointer+isload bit, the value is a list of <bb->result> mappings.
+    typedef DenseMap<ValueIsLoadPair, std::pair<BBSkipFirstBlockPair, 
+                  NonLocalDepInfo> > CachedNonLocalPointerInfo;
+    CachedNonLocalPointerInfo NonLocalPointerDeps;
+
+    // A map from instructions to their non-local pointer dependencies.
+    typedef DenseMap<Instruction*, 
+                     SmallPtrSet<ValueIsLoadPair, 4> > ReverseNonLocalPtrDepTy;
+    ReverseNonLocalPtrDepTy ReverseNonLocalPtrDeps;
 
-    // Special marker indicating that the query has no dependency
-    // in the specified block.
-    static Instruction* const NonLocal;
     
-    // Special marker indicating that the query has no dependency at all
-    static Instruction* const None;
+    /// PerInstNLInfo - This is the instruction we keep for each cached access
+    /// that we have for an instruction.  The pointer is an owning pointer and
+    /// the bool indicates whether we have any dirty bits in the set.
+    typedef std::pair<NonLocalDepInfo, bool> PerInstNLInfo;
     
+    // A map from instructions to their non-local dependencies.
+    typedef DenseMap<Instruction*, PerInstNLInfo> NonLocalDepMapType;
+      
+    NonLocalDepMapType NonLocalDeps;
     
-    // Special marker indicating a dirty cache entry
-    static Instruction* const Dirty;
+    // A reverse mapping from dependencies to the dependees.  This is
+    // used when removing instructions to keep the cache coherent.
+    typedef DenseMap<Instruction*,
+                     SmallPtrSet<Instruction*, 4> > ReverseDepMapType;
+    ReverseDepMapType ReverseLocalDeps;
     
-    static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-    MemoryDependenceAnalysis() : FunctionPass((intptr_t)&ID) {}
-
-    /// isAnalysis - Return true if this pass is  implementing an analysis pass.
-    virtual bool isAnalysis() const { return true; }
+    // A reverse mapping form dependencies to the non-local dependees.
+    ReverseDepMapType ReverseNonLocalDeps;
+    
+    /// Current AA implementation, just a cache.
+    AliasAnalysis *AA;
+    TargetData *TD;
+    OwningPtr<PredIteratorCache> PredCache;
+  public:
+    MemoryDependenceAnalysis();
+    ~MemoryDependenceAnalysis();
+    static char ID;
 
-    /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis.
-    ///
-    bool runOnFunction(Function &) {return false; }
+    /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis eagerly.
+    bool runOnFunction(Function &);
     
     /// Clean up memory in between runs
-    void releaseMemory() {
-      depGraphLocal.clear();
-      depGraphNonLocal.clear();
-      reverseDep.clear();
-      reverseDepNonLocal.clear();
-    }
-
+    void releaseMemory();
+    
     /// getAnalysisUsage - Does not modify anything.  It uses Value Numbering
     /// and Alias Analysis.
     ///
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
     
     /// getDependency - Return the instruction on which a memory operation
-    /// depends, starting with start.
-    Instruction* getDependency(Instruction* query, Instruction* start = 0,
-                               BasicBlock* block = 0);
+    /// depends.  See the class comment for more details.  It is illegal to call
+    /// this on non-memory instructions.
+    MemDepResult getDependency(Instruction *QueryInst);
+
+    /// getNonLocalCallDependency - Perform a full dependency query for the
+    /// specified call, returning the set of blocks that the value is
+    /// potentially live across.  The returned set of results will include a
+    /// "NonLocal" result for all blocks where the value is live across.
+    ///
+    /// This method assumes the instruction returns a "NonLocal" dependency
+    /// within its own block.
+    ///
+    /// This returns a reference to an internal data structure that may be
+    /// invalidated on the next non-local query or when an instruction is
+    /// removed.  Clients must copy this data if they want it around longer than
+    /// that.
+    const NonLocalDepInfo &getNonLocalCallDependency(CallSite QueryCS);
     
-    /// getNonLocalDependency - Fills the passed-in map with the non-local 
-    /// dependencies of the queries.  The map will contain NonLocal for
-    /// blocks between the query and its dependencies.
-    void getNonLocalDependency(Instruction* query,
-                               DenseMap<BasicBlock*, Value*>& resp);
+    
+    /// getNonLocalPointerDependency - Perform a full dependency query for an
+    /// access to the specified (non-volatile) memory location, returning the
+    /// set of instructions that either define or clobber the value.
+    ///
+    /// This method assumes the pointer has a "NonLocal" dependency within BB.
+    void getNonLocalPointerDependency(Value *Pointer, bool isLoad,
+                                      BasicBlock *BB,
+                                     SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result);
     
     /// removeInstruction - Remove an instruction from the dependence analysis,
     /// updating the dependence of instructions that previously depended on it.
-    void removeInstruction(Instruction* rem);
+    void removeInstruction(Instruction *InstToRemove);
     
-    /// dropInstruction - Remove an instruction from the analysis, making 
-    /// absolutely conservative assumptions when updating the cache.  This is
-    /// useful, for example when an instruction is changed rather than removed.
-    void dropInstruction(Instruction* drop);
+    /// invalidateCachedPointerInfo - This method is used to invalidate cached
+    /// information about the specified pointer, because it may be too
+    /// conservative in memdep.  This is an optional call that can be used when
+    /// the client detects an equivalence between the pointer and some other
+    /// value and replaces the other value with ptr. This can make Ptr available
+    /// in more places that cached info does not necessarily keep.
+    void invalidateCachedPointerInfo(Value *Ptr);
     
   private:
-    Instruction* getCallSiteDependency(CallSite C, Instruction* start,
-                                       BasicBlock* block);
-    void nonLocalHelper(Instruction* query, BasicBlock* block,
-                        DenseMap<BasicBlock*, Value*>& resp);
+    MemDepResult getPointerDependencyFrom(Value *Pointer, uint64_t MemSize,
+                                          bool isLoad, 
+                                          BasicBlock::iterator ScanIt,
+                                          BasicBlock *BB);
+    MemDepResult getCallSiteDependencyFrom(CallSite C, bool isReadOnlyCall,
+                                           BasicBlock::iterator ScanIt,
+                                           BasicBlock *BB);
+    bool getNonLocalPointerDepFromBB(Value *Pointer, uint64_t Size,
+                                     bool isLoad, BasicBlock *BB,
+                                     SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result,
+                                     DenseMap<BasicBlock*, Value*> &Visited,
+                                     bool SkipFirstBlock = false);
+    MemDepResult GetNonLocalInfoForBlock(Value *Pointer, uint64_t PointeeSize,
+                                         bool isLoad, BasicBlock *BB,
+                                         NonLocalDepInfo *Cache,
+                                         unsigned NumSortedEntries);
+
+    void RemoveCachedNonLocalPointerDependencies(ValueIsLoadPair P);
+    
+    /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur
+    /// in our internal data structures.
+    void verifyRemoved(Instruction *Inst) const;
+    
   };
 
 } // End llvm namespace