Optimization suggested by Matthijs Kooijman.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / IPA / CallGraph.cpp
index 59fd1a2705c47c7a77c6768da3e16c4c3eab8948..1a65179c5aac56972a9a8cb0a42939d9a0c93f95 100644 (file)
 //===- CallGraph.cpp - Build a Module's call graph ------------------------===//
-// 
-//                     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.
-//
-// 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 will contain nodes where the function that they correspond to is
-// null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
-// represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
-// have edges to functions with the following properties:
-//   1. All functions in the module without internal linkage, since they could
-//      be called by functions outside of the our analysis capability.
-//   2. All functions whose address is used for something more than a direct
-//      call, for example being stored into a memory location.  Since they may
-//      be called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
 //
-// Similarly, 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.
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// 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.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
-// 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 is 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).
+// This file implements the CallGraph class and provides the BasicCallGraph
+// default implementation.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
 #include "llvm/Module.h"
-#include "llvm/iOther.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-
-static RegisterAnalysis<CallGraph> X("callgraph", "Call Graph Construction");
-
-static const char * const KnownExternalFunctions[] = {
-  // Low-level system calls
-  "open",
-  "read",
-  "write",
-  "writev",
-  "lseek",
-  "poll",
-  "ioctl",
-
-  // Low-level stdc library functions
-  "abort",
-  "getenv",
-  "putenv",
-  
-  // Standard IO functions
-  "printf",
-  "sprintf",
-  "fopen",
-  "freopen",
-  "fclose",
-  "fwrite",
-  "puts",
-  "fputs",
-  "getc",
-  "ungetc",
-  "putc",
-  "putchar",
-  "fread",
-  "fileno",
-  "ftell",
-  "fflush",
-  "fseek",
-  "fileno",
-  "ferror",
-  "feof",
-  "fdopen",
-  "__fxstat",
-  "setbuf",
-  "setbuffer",
-  "etlinebuf",
-  "setvbuf",
-
-  // Memory functions
-  "malloc",
-  "free",
-  "realloc",
-  "calloc",
-  "memalign",
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include <ostream>
+using namespace llvm;
+
+namespace {
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// BasicCallGraph class definition
+//
+class VISIBILITY_HIDDEN BasicCallGraph : public CallGraph, public ModulePass {
+  // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
+  // couldn't be found.
+  //
+  CallGraphNode *Root;
+
+  // ExternalCallingNode - This node has edges to all external functions and
+  // those internal functions that have their address taken.
+  CallGraphNode *ExternalCallingNode;
+
+  // CallsExternalNode - This node has edges to it from all functions making
+  // indirect calls or calling an external function.
+  CallGraphNode *CallsExternalNode;
+
+public:
+  static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
+  BasicCallGraph() : ModulePass(&ID), Root(0), 
+    ExternalCallingNode(0), CallsExternalNode(0) {}
+
+  // runOnModule - Compute the call graph for the specified module.
+  virtual bool runOnModule(Module &M) {
+    CallGraph::initialize(M);
+    
+    ExternalCallingNode = getOrInsertFunction(0);
+    CallsExternalNode = new CallGraphNode(0);
+    Root = 0;
   
-  // String functions
-  "atoi",
-  "memmove",
-  "memset",
-  "memchr",
-  "memcmp",
-  "strchr",
-  "strncpy",
-  "strncmp",
-  "strcmp",
-  "__strcoll_l",
-  "__strxfrm_l",
-  "__strftime_l",
-  "__strtol_l",
-  "__strtoul_l",
-  "__strtoll_l",
-  "__strtoull_l",
-  "__strtof_l",
-  "__strtod_l",
-  "__strtold_l",
-
-  // Locale functions
-  "__uselocale",
-  "__newlocale",
-  "__freelocale",
-  "__duplocale",
-  "__nl_langinfo_l",
-
-  // gettext functions used by libstdc++
-  "gettext",
-  "dgettext",
-  "dcgettext",
-  "textdomain",
-  "bindtextdomain",
+    // Add every function to the call graph...
+    for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
+      addToCallGraph(I);
   
-  // Random stuff
-  "__assert_fail",
-  "__errno_location",
-};
+    // If we didn't find a main function, use the external call graph node
+    if (Root == 0) Root = ExternalCallingNode;
+    
+    return false;
+  }
 
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
+  }
 
-/// ExternalFunctionDoesntCallIntoProgram - This hack is used to indicate to the
-/// call graph that the specified external function is _KNOWN_ to not call back
-/// into the program.  This is important, because otherwise functions which call
-/// "printf" for example, end up in a great big SCC that goes from the function
-/// through main.
-///
-static bool ExternalFunctionDoesntCallIntoProgram(const std::string &Name) {
-  static std::vector<std::string> Funcs;
-
-  // First time this is called?
-  if (Funcs.empty()) {
-    // Add a whole bunch of functions which are often used...
-    Funcs.insert(Funcs.end(), KnownExternalFunctions,
-                 KnownExternalFunctions+
-              sizeof(KnownExternalFunctions)/sizeof(KnownExternalFunctions[0]));
-    // Sort the list for efficient access
-    std::sort(Funcs.begin(), Funcs.end());
+  void print(std::ostream *o, const Module *M) const {
+    if (o) print(*o, M);
   }
 
-  // Binary search for the function name...
-  std::vector<std::string>::iterator I =
-    std::lower_bound(Funcs.begin(), Funcs.end(), Name);
+  virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const {
+    o << "CallGraph Root is: ";
+    if (Function *F = getRoot()->getFunction())
+      o << F->getName() << "\n";
+    else
+      o << "<<null function: 0x" << getRoot() << ">>\n";
+    
+    CallGraph::print(o, M);
+  }
 
-  // Found it?
-  return I != Funcs.end() && *I == Name;
-}
+  virtual void releaseMemory() {
+    destroy();
+  }
+  
+  /// dump - Print out this call graph.
+  ///
+  inline void dump() const {
+    print(cerr, Mod);
+  }
 
+  CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
+  CallGraphNode* getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
 
+  // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
+  // main cannot be found, the external node.
+  //
+  CallGraphNode *getRoot()             { return Root; }
+  const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
 
-// getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
-// does not already exist.
-//
-CallGraphNode *CallGraph::getNodeFor(Function *F) {
-  CallGraphNode *&CGN = FunctionMap[F];
-  if (CGN) return CGN;
+private:
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Implementation of CallGraph construction
+  //
 
-  assert((!F || F->getParent() == Mod) && "Function not in current module!");
-  return CGN = new CallGraphNode(F);
-}
+  // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
+  // of the functions that it calls.
+  //
+  void addToCallGraph(Function *F) {
+    CallGraphNode *Node = getOrInsertFunction(F);
+
+    // If this function has external linkage, anything could call it.
+    if (!F->hasInternalLinkage()) {
+      ExternalCallingNode->addCalledFunction(CallSite(), Node);
+
+      // Found the entry point?
+      if (F->getName() == "main") {
+        if (Root)    // Found multiple external mains?  Don't pick one.
+          Root = ExternalCallingNode;
+        else
+          Root = Node;          // Found a main, keep track of it!
+      }
+    }
 
-// addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
-// of the functions that it calls.
-//
-void CallGraph::addToCallGraph(Function *F) {
-  CallGraphNode *Node = getNodeFor(F);
-
-  // If this function has external linkage, anything could call it...
-  if (!F->hasInternalLinkage()) {
-    ExternalNode->addCalledFunction(Node);
-
-    // Found the entry point?
-    if (F->getName() == "main") {
-      if (Root)
-        Root = ExternalNode;  // Found multiple external mains?  Don't pick one.
-      else
-        Root = Node;          // Found a main, keep track of it!
+    // If this function is not defined in this translation unit, it could call
+    // anything.
+    if (F->isDeclaration() && !F->isIntrinsic())
+      Node->addCalledFunction(CallSite(), CallsExternalNode);
+
+    // Loop over all of the users of the function, looking for non-call uses.
+    bool isUsedExternally = false;
+    for (Value::use_iterator I = F->use_begin(), E = F->use_end();
+         I != E && !isUsedExternally; ++I) {
+      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
+        CallSite CS = CallSite::get(Inst);
+        // Not a call?  Or F being passed as a parameter not as the callee?
+        isUsedExternally = !CS.getInstruction() || I.getOperandNo();
+      } else {                        // User is not a direct call!
+        isUsedExternally = true;
+      }
     }
+    if (isUsedExternally)
+      ExternalCallingNode->addCalledFunction(CallSite(), Node);
+
+    // Look for calls by this function.
+    for (Function::iterator BB = F->begin(), BBE = F->end(); BB != BBE; ++BB)
+      for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), IE = BB->end();
+           II != IE; ++II) {
+        CallSite CS = CallSite::get(II);
+        if (CS.getInstruction()) {
+          const Function *Callee = CS.getCalledFunction();
+          if (Callee)
+            Node->addCalledFunction(CS, getOrInsertFunction(Callee));
+          else
+            Node->addCalledFunction(CS, CallsExternalNode);
+        }
+      }
   }
-  
-  // If this function is not defined in this translation unit, it could call
-  // anything.
-  if (F->isExternal() && !F->getIntrinsicID() && 
-      !ExternalFunctionDoesntCallIntoProgram(F->getName()))
-    Node->addCalledFunction(ExternalNode);
 
-  // Loop over all of the users of the function... looking for callers...
   //
-  for (Value::use_iterator I = F->use_begin(), E = F->use_end(); I != E; ++I) {
-    User *U = *I;
-    if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U))
-      getNodeFor(CI->getParent()->getParent())->addCalledFunction(Node);
-    else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U))
-      getNodeFor(II->getParent()->getParent())->addCalledFunction(Node);
-    else                         // Can't classify the user!
-      ExternalNode->addCalledFunction(Node);
+  // destroy - Release memory for the call graph
+  virtual void destroy() {
+    /// CallsExternalNode is not in the function map, delete it explicitly.
+    delete CallsExternalNode;
+    CallsExternalNode = 0;
+    CallGraph::destroy();
   }
+};
 
-  // Look for an indirect function call...
-  for (Function::iterator BB = F->begin(), BBE = F->end(); BB != BBE; ++BB)
-    for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), IE = BB->end(); II != IE; ++II){
-      Instruction &I = *II;
-
-      if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&I)) {
-        if (CI->getCalledFunction() == 0)
-          Node->addCalledFunction(ExternalNode);
-      } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(&I)) {
-        if (II->getCalledFunction() == 0)
-          Node->addCalledFunction(ExternalNode);
-      }
-    }
-}
-
-bool CallGraph::run(Module &M) {
-  destroy();
+} //End anonymous namespace
 
-  Mod = &M;
-  ExternalNode = getNodeFor(0);
-  Root = 0;
+static RegisterAnalysisGroup<CallGraph> X("Call Graph");
+static RegisterPass<BasicCallGraph>
+Y("basiccg", "Basic CallGraph Construction", false, true);
+static RegisterAnalysisGroup<CallGraph, true> Z(Y);
 
-  // Add every function to the call graph...
-  for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
-    addToCallGraph(I);
+char CallGraph::ID = 0;
+char BasicCallGraph::ID = 0;
 
-  // If we didn't find a main function, use the external call graph node
-  if (Root == 0) Root = ExternalNode;
-  
-  return false;
+void CallGraph::initialize(Module &M) {
+  Mod = &M;
 }
 
 void CallGraph::destroy() {
-  for (FunctionMapTy::iterator I = FunctionMap.begin(), E = FunctionMap.end();
-       I != E; ++I)
-    delete I->second;
-  FunctionMap.clear();
-}
-
-static void WriteToOutput(const CallGraphNode *CGN, std::ostream &o) {
-  if (CGN->getFunction())
-    o << "Call graph node for function: '"
-      << CGN->getFunction()->getName() <<"'\n";
-  else
-    o << "Call graph node <<null function: 0x" << CGN << ">>:\n";
-
-  for (unsigned i = 0; i < CGN->size(); ++i)
-    if ((*CGN)[i]->getFunction())
-      o << "  Calls function '" << (*CGN)[i]->getFunction()->getName() << "'\n";
-    else
-      o << "  Calls external node\n";
-  o << "\n";
+  if (!FunctionMap.empty()) {
+    for (FunctionMapTy::iterator I = FunctionMap.begin(), E = FunctionMap.end();
+        I != E; ++I)
+      delete I->second;
+    FunctionMap.clear();
+  }
 }
 
-void CallGraph::print(std::ostream &o, const Module *M) const {
-  o << "CallGraph Root is: ";
-  if (getRoot()->getFunction())
-    o << getRoot()->getFunction()->getName() << "\n";
-  else
-    o << "<<null function: 0x" << getRoot() << ">>\n";
-  
+void CallGraph::print(std::ostream &OS, const Module *M) const {
   for (CallGraph::const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
-    WriteToOutput(I->second, o);
+    I->second->print(OS);
 }
 
+void CallGraph::dump() const {
+  print(cerr, 0);
+}
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Implementations of public modification methods
 //
 
-// Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
-// modified
-//
-void CallGraph::addFunctionToModule(Function *Meth) {
-  assert(0 && "not implemented");
-  abort();
-}
-
 // 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
@@ -316,3 +222,85 @@ Function *CallGraph::removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN) {
   return 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 CallGraph::changeFunction(Function *OldF, Function *NewF) {
+  iterator I = FunctionMap.find(OldF);
+  CallGraphNode *&New = FunctionMap[NewF];
+  assert(I != FunctionMap.end() && I->second && !New &&
+         "OldF didn't exist in CG or NewF already does!");
+  New = I->second;
+  New->F = NewF;
+  FunctionMap.erase(I);
+}
+
+// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
+// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
+// not already exist.
+CallGraphNode *CallGraph::getOrInsertFunction(const Function *F) {
+  CallGraphNode *&CGN = FunctionMap[F];
+  if (CGN) return CGN;
+  
+  assert((!F || F->getParent() == Mod) && "Function not in current module!");
+  return CGN = new CallGraphNode(const_cast<Function*>(F));
+}
+
+void CallGraphNode::print(std::ostream &OS) const {
+  if (Function *F = getFunction())
+    OS << "Call graph node for function: '" << F->getName() <<"'\n";
+  else
+    OS << "Call graph node <<null function: 0x" << this << ">>:\n";
+
+  for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
+    if (I->second->getFunction())
+      OS << "  Calls function '" << I->second->getFunction()->getName() <<"'\n";
+  else
+    OS << "  Calls external node\n";
+  OS << "\n";
+}
+
+void CallGraphNode::dump() const { print(cerr); }
+
+/// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
+/// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
+/// should be used sparingly.
+void CallGraphNode::removeCallEdgeFor(CallSite CS) {
+  for (unsigned i = CalledFunctions.size(); ; --i) {
+    assert(i && "Cannot find callsite to remove!");
+    if (CalledFunctions[i-1].first == CS) {
+      CalledFunctions.erase(CalledFunctions.begin()+i-1);
+      return;
+    }
+  }
+}
+
+
+// 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 CallGraphNode::removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee) {
+  for (unsigned i = 0, e = CalledFunctions.size(); i != e; ++i)
+    if (CalledFunctions[i].second == Callee) {
+      CalledFunctions[i] = CalledFunctions.back();
+      CalledFunctions.pop_back();
+      --i; --e;
+    }
+}
+
+/// replaceCallSite - Make the edge in the node for Old CallSite be for
+/// New CallSite instead.  Note that this method takes linear time, so it
+/// should be used sparingly.
+void CallGraphNode::replaceCallSite(CallSite Old, CallSite New) {
+  for (unsigned i = CalledFunctions.size(); ; --i) {
+    assert(i && "Cannot find callsite to replace!");
+    if (CalledFunctions[i-1].first == Old) {
+      CalledFunctions[i-1].first = New;
+      return;
+    }
+  }
+}
+
+// Enuse that users of CallGraph.h also link with this file
+DEFINING_FILE_FOR(CallGraph)