include/Support/SCCIterator.h

   1 //===-- Support/SCCIterator.h - SCC iterator --------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This builds on the Support/GraphTraits.h file to find the strongly connected
  11 // components (SCCs) of a graph in O(N+E) time using Tarjan's DFS algorithm.
  12 //
  13 // The SCC iterator has the important property that if a node in SCC S1 has an
  14 // edge to a node in SCC S2, then it visits S1 *after* S2.
  15 //
  16 // To visit S1 *before* S2, use the scc_iterator on the Inverse graph.
  17 // (NOTE: This requires some simple wrappers and is not supported yet.)
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #ifndef SUPPORT_SCCITERATOR_H
  22 #define SUPPORT_SCCITERATOR_H
  23
  24 #include "Support/GraphTraits.h"
  25 #include "Support/iterator"
  26 #include <vector>
  27 #include <map>
  28
  29 namespace llvm {
  30
  31 //===----------------------------------------------------------------------===//
  32 ///
  33 /// scc_iterator - Enumerate the SCCs of a directed graph, in
  34 /// reverse topological order of the SCC DAG.
  35 ///
  36 template<class GraphT, class GT = GraphTraits<GraphT> >
  37 class scc_iterator
  38   : public forward_iterator<std::vector<typename GT::NodeType>, ptrdiff_t> {
  39   typedef typename GT::NodeType          NodeType;
  40   typedef typename GT::ChildIteratorType ChildItTy;
  41   typedef std::vector<NodeType*> SccTy;
  42   typedef forward_iterator<SccTy, ptrdiff_t> super;
  43   typedef typename super::reference reference;
  44   typedef typename super::pointer pointer;
  45
  46   // The visit counters used to detect when a complete SCC is on the stack.
  47   // visitNum is the global counter.
  48   // nodeVisitNumbers are per-node visit numbers, also used as DFS flags.
  49   unsigned visitNum;
  50   std::map<NodeType *, unsigned> nodeVisitNumbers;
  51
  52   // SCCNodeStack - Stack holding nodes of the SCC.
  53   std::vector<NodeType *> SCCNodeStack;
  54
  55   // CurrentSCC - The current SCC, retrieved using operator*().
  56   SccTy CurrentSCC;
  57
  58   // VisitStack - Used to maintain the ordering.  Top = current block
  59   // First element is basic block pointer, second is the 'next child' to visit
  60   std::vector<std::pair<NodeType *, ChildItTy> > VisitStack;
  61
  62   // MinVistNumStack - Stack holding the "min" values for each node in the DFS.
  63   // This is used to track the minimum uplink values for all children of
  64   // the corresponding node on the VisitStack.
  65   std::vector<unsigned> MinVisitNumStack;
  66
  67   // A single "visit" within the non-recursive DFS traversal.
  68   void DFSVisitOne(NodeType* N) {
  69     ++visitNum;                         // Global counter for the visit order
  70     nodeVisitNumbers[N] = visitNum;
  71     SCCNodeStack.push_back(N);
  72     MinVisitNumStack.push_back(visitNum);
  73     VisitStack.push_back(std::make_pair(N, GT::child_begin(N)));
  74     //DEBUG(std::cerr << "TarjanSCC: Node " << N <<
  75     //      " : visitNum = " << visitNum << "\n");
  76   }
  77
  78   // The stack-based DFS traversal; defined below.
  79   void DFSVisitChildren() {
  80     assert(!VisitStack.empty());
  81     while (VisitStack.back().second != GT::child_end(VisitStack.back().first)) {
  82       // TOS has at least one more child so continue DFS
  83       NodeType *childN = *VisitStack.back().second++;
  84       if (!nodeVisitNumbers.count(childN)) {
  85         // this node has never been seen
  86         DFSVisitOne(childN);
  87       } else {
  88         unsigned childNum = nodeVisitNumbers[childN];
  89         if (MinVisitNumStack.back() > childNum)
  90           MinVisitNumStack.back() = childNum;
  91       }
  92     }
  93   }
  94
  95   // Compute the next SCC using the DFS traversal.
  96   void GetNextSCC() {
  97     assert(VisitStack.size() == MinVisitNumStack.size());
  98     CurrentSCC.clear();                 // Prepare to compute the next SCC
  99     while (!VisitStack.empty()) {
 100       DFSVisitChildren();
 101       assert(VisitStack.back().second ==GT::child_end(VisitStack.back().first));
 102       NodeType* visitingN = VisitStack.back().first;
 103       unsigned minVisitNum = MinVisitNumStack.back();
 104       VisitStack.pop_back();
 105       MinVisitNumStack.pop_back();
 106       if (!MinVisitNumStack.empty() && MinVisitNumStack.back() > minVisitNum)
 107         MinVisitNumStack.back() = minVisitNum;
 108
 109       //DEBUG(std::cerr << "TarjanSCC: Popped node " << visitingN <<
 110       //      " : minVisitNum = " << minVisitNum << "; Node visit num = " <<
 111       //      nodeVisitNumbers[visitingN] << "\n");
 112
 113       if (minVisitNum == nodeVisitNumbers[visitingN]) {
 114         // A full SCC is on the SCCNodeStack!  It includes all nodes below
 115           // visitingN on the stack.  Copy those nodes to CurrentSCC,
 116           // reset their minVisit values, and return (this suspends
 117           // the DFS traversal till the next ++).
 118           do {
 119             CurrentSCC.push_back(SCCNodeStack.back());
 120             SCCNodeStack.pop_back();
 121             nodeVisitNumbers[CurrentSCC.back()] = ~0UL;
 122           } while (CurrentSCC.back() != visitingN);
 123           return;
 124         }
 125     }
 126   }
 127
 128   inline scc_iterator(NodeType *entryN) : visitNum(0) {
 129     DFSVisitOne(entryN);
 130     GetNextSCC();
 131   }
 132   inline scc_iterator() { /* End is when DFS stack is empty */ }
 133
 134 public:
 135   typedef scc_iterator<GraphT, GT> _Self;
 136
 137   // Provide static "constructors"...
 138   static inline _Self begin(GraphT& G) { return _Self(GT::getEntryNode(G)); }
 139   static inline _Self end  (GraphT& G) { return _Self(); }
 140
 141   // Direct loop termination test (I.fini() is more efficient than I == end())
 142   inline bool fini() const {
 143     assert(!CurrentSCC.empty() || VisitStack.empty());
 144     return CurrentSCC.empty();
 145   }
 146
 147   inline bool operator==(const _Self& x) const {
 148     return VisitStack == x.VisitStack && CurrentSCC == x.CurrentSCC;
 149   }
 150   inline bool operator!=(const _Self& x) const { return !operator==(x); }
 151
 152   // Iterator traversal: forward iteration only
 153   inline _Self& operator++() {          // Preincrement
 154     GetNextSCC();
 155     return *this;
 156   }
 157   inline _Self operator++(int) {        // Postincrement
 158     _Self tmp = *this; ++*this; return tmp;
 159   }
 160
 161   // Retrieve a reference to the current SCC
 162   inline const SccTy &operator*() const {
 163     assert(!CurrentSCC.empty() && "Dereferencing END SCC iterator!");
 164     return CurrentSCC;
 165   }
 166   inline SccTy &operator*() {
 167     assert(!CurrentSCC.empty() && "Dereferencing END SCC iterator!");
 168     return CurrentSCC;
 169   }
 170
 171   // hasLoop() -- Test if the current SCC has a loop.  If it has more than one
 172   // node, this is trivially true.  If not, it may still contain a loop if the
 173   // node has an edge back to itself.
 174   bool hasLoop() const {
 175     assert(!CurrentSCC.empty() && "Dereferencing END SCC iterator!");
 176     if (CurrentSCC.size() > 1) return true;
 177     NodeType *N = CurrentSCC.front();
 178     for (ChildItTy CI = GT::child_begin(N), CE=GT::child_end(N); CI != CE; ++CI)
 179       if (*CI == N)
 180         return true;
 181     return false;
 182   }
 183 };
 184
 185
 186 // Global constructor for the SCC iterator.
 187 template <class T>
 188 scc_iterator<T> scc_begin(T G) {
 189   return scc_iterator<T>::begin(G);
 190 }
 191
 192 template <class T>
 193 scc_iterator<T> scc_end(T G) {
 194   return scc_iterator<T>::end(G);
 195 }
 196
 197 } // End llvm namespace
 198
 199 #endif