0b3199d234d25c7a788559f18df0455ceae00903
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / AliasAnalysis.h
1 //===- llvm/Analysis/AliasAnalysis.h - Alias Analysis Interface -*- C++ -*-===//
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 generic AliasAnalysis interface, which is used as the
11 // common interface used by all clients of alias analysis information, and
12 // implemented by all alias analysis implementations.  Mod/Ref information is
13 // also captured by this interface.
14 //
15 // Implementations of this interface must implement the various virtual methods,
16 // which automatically provides functionality for the entire suite of client
17 // APIs.
18 //
19 // This API represents memory as a (Pointer, Size) pair.  The Pointer component
20 // specifies the base memory address of the region, the Size specifies how large
21 // of an area is being queried.  If Size is 0, two pointers only alias if they
22 // are exactly equal.  If size is greater than zero, but small, the two pointers
23 // alias if the areas pointed to overlap.  If the size is very large (ie, ~0U),
24 // then the two pointers alias if they may be pointing to components of the same
25 // memory object.  Pointers that point to two completely different objects in
26 // memory never alias, regardless of the value of the Size component.
27 //
28 //===----------------------------------------------------------------------===//
29
30 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
31 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
32
33 #include "llvm/Support/CallSite.h"
34 #include "llvm/System/IncludeFile.h"
35 #include <vector>
36
37 namespace llvm {
38
39 class LoadInst;
40 class StoreInst;
41 class VAArgInst;
42 class TargetData;
43 class Pass;
44 class AnalysisUsage;
45
46 class AliasAnalysis {
47 protected:
48   const TargetData *TD;
49   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
50
51   /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
52   /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
53   /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
54   /// called multiple times.
55   ///
56   void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
57
58   /// getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
59   /// directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
60   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
61
62 public:
63   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
64   AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
65   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
66
67   /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
68   /// null if no TargetData object is available.
69   ///
70   const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
71
72   /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
73   /// if known, or a conservative value otherwise.
74   ///
75   unsigned getTypeStoreSize(const Type *Ty);
76
77   //===--------------------------------------------------------------------===//
78   /// Alias Queries...
79   ///
80
81   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
82   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
83   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
84   ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
85   /// to check to see if two pointers might alias.
86   ///
87   enum AliasResult { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
88
89   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
90   /// Returns a Result indicating whether the two pointers are aliased to each
91   /// other.  This is the interface that must be implemented by specific alias
92   /// analysis implementations.
93   ///
94   virtual AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
95                             const Value *V2, unsigned V2Size);
96
97   /// pointsToConstantMemory - If the specified pointer is known to point into
98   /// constant global memory, return true.  This allows disambiguation of store
99   /// instructions from constant pointers.
100   ///
101   virtual bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
102
103   //===--------------------------------------------------------------------===//
104   /// Simple mod/ref information...
105   ///
106
107   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
108   /// bits which may be or'd together.
109   ///
110   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
111
112
113   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
114   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
115   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
116   /// invocation without having to report it through these interfaces.
117   enum ModRefBehavior {
118     // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
119     // or stores to memory.
120     //
121     // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
122     DoesNotAccessMemory,
123
124     // AccessesArguments - This function accesses function arguments in well
125     // known (possibly volatile) ways, but does not access any other memory.
126     //
127     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
128     // information about how pointer arguments are used.
129     AccessesArguments,
130
131     // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
132     // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
133     // does not access any other memory.
134     //
135     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
136     // information about how pointer arguments are used.
137     AccessesArgumentsAndGlobals,
138
139     // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
140     // volatile loads, but may read from any memory location.
141     //
142     // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
143     OnlyReadsMemory,
144
145     // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
146     // classified into one of the behaviors above.
147     UnknownModRefBehavior
148   };
149
150   /// PointerAccessInfo - This struct is used to return results for pointers,
151   /// globals, and the return value of a function.
152   struct PointerAccessInfo {
153     /// V - The value this record corresponds to.  This may be an Argument for
154     /// the function, a GlobalVariable, or null, corresponding to the return
155     /// value for the function.
156     Value *V;
157
158     /// ModRefInfo - Whether the pointer is loaded or stored to/from.
159     ///
160     ModRefResult ModRefInfo;
161
162     /// AccessType - Specific fine-grained access information for the argument.
163     /// If none of these classifications is general enough, the
164     /// getModRefBehavior method should not return AccessesArguments*.  If a
165     /// record is not returned for a particular argument, the argument is never
166     /// dead and never dereferenced.
167     enum AccessType {
168       /// ScalarAccess - The pointer is dereferenced.
169       ///
170       ScalarAccess,
171
172       /// ArrayAccess - The pointer is indexed through as an array of elements.
173       ///
174       ArrayAccess,
175
176       /// ElementAccess ?? P->F only?
177
178       /// CallsThrough - Indirect calls are made through the specified function
179       /// pointer.
180       CallsThrough
181     };
182   };
183
184   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
185   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(CallSite CS,
186                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
187
188   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
189   /// For use when the call site is not known.
190   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(Function *F,
191                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
192
193   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
194   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
195   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
196   /// are legal for this predicate.
197   ///
198   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
199   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
200   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
201   ///
202   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
203   ///
204   bool doesNotAccessMemory(CallSite CS) {
205     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
206   }
207
208   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
209   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
210   ///
211   bool doesNotAccessMemory(Function *F) {
212     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
213   }
214
215   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
216   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
217   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
218   ///
219   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
220   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
221   ///
222   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
223   ///
224   bool onlyReadsMemory(CallSite CS) {
225     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
226     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
227   }
228
229   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
230   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
231   /// when the call site is not known.
232   ///
233   bool onlyReadsMemory(Function *F) {
234     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
235     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
236   }
237
238
239   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
240   /// read or write memory specified by the pointer operand.  An instruction
241   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
242
243   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
244   /// a particular call site modifies or reads the memory specified by the
245   /// pointer.
246   ///
247   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size);
248
249   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
250   /// to the same set of memory locations.  This function returns NoModRef if
251   /// the two calls refer to disjoint memory locations, Ref if CS1 reads memory
252   /// written by CS2, Mod if CS1 writes to memory read or written by CS2, or
253   /// ModRef if CS1 might read or write memory accessed by CS2.
254   ///
255   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2);
256
257 public:
258   /// Convenience functions...
259   ModRefResult getModRefInfo(LoadInst *L, Value *P, unsigned Size);
260   ModRefResult getModRefInfo(StoreInst *S, Value *P, unsigned Size);
261   ModRefResult getModRefInfo(CallInst *C, Value *P, unsigned Size) {
262     return getModRefInfo(CallSite(C), P, Size);
263   }
264   ModRefResult getModRefInfo(InvokeInst *I, Value *P, unsigned Size) {
265     return getModRefInfo(CallSite(I), P, Size);
266   }
267   ModRefResult getModRefInfo(VAArgInst* I, Value* P, unsigned Size) {
268     return AliasAnalysis::ModRef;
269   }
270   ModRefResult getModRefInfo(Instruction *I, Value *P, unsigned Size) {
271     switch (I->getOpcode()) {
272     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((VAArgInst*)I, P, Size);
273     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((LoadInst*)I, P, Size);
274     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((StoreInst*)I, P, Size);
275     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((CallInst*)I, P, Size);
276     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((InvokeInst*)I, P, Size);
277     default:                  return NoModRef;
278     }
279   }
280
281   //===--------------------------------------------------------------------===//
282   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
283   ///
284
285   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
286   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
287   ///
288   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, unsigned Size);
289
290   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
291   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
292   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
293   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
294   ///
295   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
296                                  const Value *Ptr, unsigned Size);
297
298   //===--------------------------------------------------------------------===//
299   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
300   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
301   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
302   /// they have pointer-analysis implications.
303   ///
304
305   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
306   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
307   /// redundant and is eliminated.
308   ///
309   virtual void deleteValue(Value *V);
310
311   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
312   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
313   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
314   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
315   /// value, it should ignore the request.
316   ///
317   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
318
319   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
320   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
321   ///
322   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
323     copyValue(Old, New);
324     deleteValue(Old);
325   }
326 };
327
328 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
329 /// function.
330 bool isNoAliasCall(const Value *V);
331
332 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
333 /// identifiable object.  This returns true for:
334 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
335 ///    Allocas and Mallocs
336 ///    ByVal and NoAlias Arguments
337 ///    NoAlias returns
338 ///
339 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
340
341 } // End llvm namespace
342
343 // Because of the way .a files work, we must force the BasicAA implementation to
344 // be pulled in if the AliasAnalysis header is included.  Otherwise we run
345 // the risk of AliasAnalysis being used, but the default implementation not
346 // being linked into the tool that uses it.
347 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(AliasAnalysis)
348 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(BasicAliasAnalysis)
349
350 #endif