d4f006fd111e2f15ba49ddb8643e76728d9b16a9
[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 identifies memory regions with the Location class. The pointer
20 // component specifies the base memory address of the region. The Size specifies
21 // the maximum size (in address units) of the memory region, or UnknownSize if
22 // the size is not known. The TBAA tag identifies the "type" of the memory
23 // reference; see the TypeBasedAliasAnalysis class for details.
24 //
25 // Some non-obvious details include:
26 //  - Pointers that point to two completely different objects in memory never
27 //    alias, regardless of the value of the Size component.
28 //  - NoAlias doesn't imply inequal pointers. The most obvious example of this
29 //    is two pointers to constant memory. Even if they are equal, constant
30 //    memory is never stored to, so there will never be any dependencies.
31 //    In this and other situations, the pointers may be both NoAlias and
32 //    MustAlias at the same time. The current API can only return one result,
33 //    though this is rarely a problem in practice.
34 //
35 //===----------------------------------------------------------------------===//
36
37 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
38 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
39
40 #include "llvm/Support/CallSite.h"
41 #include <vector>
42
43 namespace llvm {
44
45 class LoadInst;
46 class StoreInst;
47 class VAArgInst;
48 class TargetData;
49 class Pass;
50 class AnalysisUsage;
51 class MemTransferInst;
52 class MemIntrinsic;
53
54 class AliasAnalysis {
55 protected:
56   const TargetData *TD;
57
58 private:
59   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
60
61 protected:
62   /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
63   /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
64   /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
65   /// called multiple times.
66   ///
67   void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
68
69   /// getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
70   /// directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
71   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
72
73 public:
74   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
75   AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
76   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
77
78   /// UnknownSize - This is a special value which can be used with the
79   /// size arguments in alias queries to indicate that the caller does not
80   /// know the sizes of the potential memory references.
81   static uint64_t const UnknownSize = ~UINT64_C(0);
82
83   /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
84   /// null if no TargetData object is available.
85   ///
86   const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
87
88   /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
89   /// if known, or a conservative value otherwise.
90   ///
91   uint64_t getTypeStoreSize(const Type *Ty);
92
93   //===--------------------------------------------------------------------===//
94   /// Alias Queries...
95   ///
96
97   /// Location - A description of a memory location.
98   struct Location {
99     /// Ptr - The address of the start of the location.
100     const Value *Ptr;
101     /// Size - The maximum size of the location, in address-units, or
102     /// UnknownSize if the size is not known.  Note that an unknown size does
103     /// not mean the pointer aliases the entire virtual address space, because
104     /// there are restrictions on stepping out of one object and into another.
105     /// See http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
106     uint64_t Size;
107     /// TBAATag - The metadata node which describes the TBAA type of
108     /// the location, or null if there is no known unique tag.
109     const MDNode *TBAATag;
110
111     explicit Location(const Value *P = 0,
112                       uint64_t S = UnknownSize,
113                       const MDNode *N = 0)
114       : Ptr(P), Size(S), TBAATag(N) {}
115
116     Location getWithNewPtr(const Value *NewPtr) const {
117       Location Copy(*this);
118       Copy.Ptr = NewPtr;
119       return Copy;
120     }
121
122     Location getWithNewSize(uint64_t NewSize) const {
123       Location Copy(*this);
124       Copy.Size = NewSize;
125       return Copy;
126     }
127
128     Location getWithoutTBAATag() const {
129       Location Copy(*this);
130       Copy.TBAATag = 0;
131       return Copy;
132     }
133   };
134
135   /// getLocation - Fill in Loc with information about the memory reference by
136   /// the given instruction.
137   Location getLocation(const LoadInst *LI);
138   Location getLocation(const StoreInst *SI);
139   Location getLocation(const VAArgInst *VI);
140   static Location getLocationForSource(const MemTransferInst *MTI);
141   static Location getLocationForDest(const MemIntrinsic *MI);
142
143   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
144   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
145   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
146   ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
147   /// to check to see if two pointers might alias.
148   ///
149   /// See docs/AliasAnalysis.html for more information on the specific meanings
150   /// of these values.
151   ///
152   enum AliasResult {
153     NoAlias = 0,        ///< No dependencies.
154     MayAlias = 1,       ///< Anything goes.
155     MustAlias = 2       ///< Pointers are equal.
156   };
157
158   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
159   /// Returns an AliasResult indicating whether the two pointers are aliased to
160   /// each other.  This is the interface that must be implemented by specific
161   /// alias analysis implementations.
162   virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
163
164   /// alias - A convenience wrapper.
165   AliasResult alias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
166                     const Value *V2, uint64_t V2Size) {
167     return alias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
168   }
169
170   /// alias - A convenience wrapper.
171   AliasResult alias(const Value *V1, const Value *V2) {
172     return alias(V1, UnknownSize, V2, UnknownSize);
173   }
174
175   /// isNoAlias - A trivial helper function to check to see if the specified
176   /// pointers are no-alias.
177   bool isNoAlias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
178     return alias(LocA, LocB) == NoAlias;
179   }
180
181   /// isNoAlias - A convenience wrapper.
182   bool isNoAlias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
183                  const Value *V2, uint64_t V2Size) {
184     return isNoAlias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
185   }
186
187   /// pointsToConstantMemory - If the specified memory location is
188   /// known to be constant, return true. If OrLocal is true and the
189   /// specified memory location is known to be "local" (derived from
190   /// an alloca), return true. Otherwise return false.
191   virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
192                                       bool OrLocal = false);
193
194   /// pointsToConstantMemory - A convenient wrapper.
195   bool pointsToConstantMemory(const Value *P, bool OrLocal = false) {
196     return pointsToConstantMemory(Location(P), OrLocal);
197   }
198
199   //===--------------------------------------------------------------------===//
200   /// Simple mod/ref information...
201   ///
202
203   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
204   /// bits which may be or'd together.
205   ///
206   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
207
208   /// These values define additional bits used to define the
209   /// ModRefBehavior values.
210   enum { Nowhere = 0, ArgumentPointees = 4, Anywhere = 8 | ArgumentPointees };
211
212   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
213   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
214   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
215   /// invocation without having to report it through these interfaces.
216   enum ModRefBehavior {
217     /// DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
218     /// or stores to memory.
219     ///
220     /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
221     /// This property corresponds to the LLVM IR 'readnone' attribute.
222     /// This property corresponds to the IntrNoMem LLVM intrinsic flag.
223     DoesNotAccessMemory = Nowhere | NoModRef,
224
225     /// OnlyReadsArgumentPointees - The only memory references in this function
226     /// (if it has any) are non-volatile loads from objects pointed to by its
227     /// pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
228     ///
229     /// This property corresponds to the IntrReadArgMem LLVM intrinsic flag.
230     OnlyReadsArgumentPointees = ArgumentPointees | Ref,
231
232     /// OnlyAccessesArgumentPointees - The only memory references in this
233     /// function (if it has any) are non-volatile loads and stores from objects
234     /// pointed to by its pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
235     ///
236     /// This property corresponds to the IntrReadWriteArgMem LLVM intrinsic flag.
237     OnlyAccessesArgumentPointees = ArgumentPointees | ModRef,
238
239     /// OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
240     /// volatile loads, but may read from any memory location.
241     ///
242     /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
243     /// This property corresponds to the LLVM IR 'readonly' attribute.
244     /// This property corresponds to the IntrReadMem LLVM intrinsic flag.
245     OnlyReadsMemory = Anywhere | Ref,
246
247     /// UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
248     /// classified into one of the behaviors above.
249     UnknownModRefBehavior = Anywhere | ModRef
250   };
251
252   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
253   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
254
255   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
256   /// For use when the call site is not known.
257   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
258
259   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
260   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
261   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
262   /// are legal for this predicate.
263   ///
264   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
265   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
266   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
267   ///
268   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
269   ///
270   bool doesNotAccessMemory(ImmutableCallSite CS) {
271     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
272   }
273
274   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
275   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
276   ///
277   bool doesNotAccessMemory(const Function *F) {
278     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
279   }
280
281   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
282   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
283   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
284   ///
285   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
286   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
287   ///
288   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
289   ///
290   bool onlyReadsMemory(ImmutableCallSite CS) {
291     return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(CS));
292   }
293
294   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
295   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
296   /// when the call site is not known.
297   ///
298   bool onlyReadsMemory(const Function *F) {
299     return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(F));
300   }
301
302   /// onlyReadsMemory - Return true if functions with the specified behavior are
303   /// known to only read from non-volatile memory (or not access memory at all).
304   ///
305   static bool onlyReadsMemory(ModRefBehavior MRB) {
306     return !(MRB & Mod);
307   }
308
309   /// onlyAccessesArgPointees - Return true if functions with the specified
310   /// behavior are known to read and write at most from objects pointed to by
311   /// their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
312   ///
313   static bool onlyAccessesArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
314     return !(MRB & Anywhere & ~ArgumentPointees);
315   }
316
317   /// doesAccessArgPointees - Return true if functions with the specified
318   /// behavior are known to potentially read or write  from objects pointed
319   /// to be their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
320   ///
321   static bool doesAccessArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
322     return (MRB & ModRef) && (MRB & ArgumentPointees);
323   }
324
325   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
326   /// read or write the specified memory location.  An instruction
327   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
328   ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
329                              const Location &Loc) {
330     switch (I->getOpcode()) {
331     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((const VAArgInst*)I, Loc);
332     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((const LoadInst*)I,  Loc);
333     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((const StoreInst*)I, Loc);
334     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((const CallInst*)I,  Loc);
335     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((const InvokeInst*)I,Loc);
336     default:                  return NoModRef;
337     }
338   }
339
340   /// getModRefInfo - A convenience wrapper.
341   ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
342                              const Value *P, uint64_t Size) {
343     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
344   }
345
346   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
347   /// a particular call site modifies or reads the specified memory location.
348   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
349                                      const Location &Loc);
350
351   /// getModRefInfo (for call sites) - A convenience wrapper.
352   ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
353                              const Value *P, uint64_t Size) {
354     return getModRefInfo(CS, Location(P, Size));
355   }
356
357   /// getModRefInfo (for calls) - Return whether information about whether
358   /// a particular call modifies or reads the specified memory location.
359   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Location &Loc) {
360     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(C), Loc);
361   }
362
363   /// getModRefInfo (for calls) - A convenience wrapper.
364   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Value *P, uint64_t Size) {
365     return getModRefInfo(C, Location(P, Size));
366   }
367
368   /// getModRefInfo (for invokes) - Return whether information about whether
369   /// a particular invoke modifies or reads the specified memory location.
370   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
371                              const Location &Loc) {
372     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(I), Loc);
373   }
374
375   /// getModRefInfo (for invokes) - A convenience wrapper.
376   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
377                              const Value *P, uint64_t Size) {
378     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
379   }
380
381   /// getModRefInfo (for loads) - Return whether information about whether
382   /// a particular load modifies or reads the specified memory location.
383   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Location &Loc);
384
385   /// getModRefInfo (for loads) - A convenience wrapper.
386   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Value *P, uint64_t Size) {
387     return getModRefInfo(L, Location(P, Size));
388   }
389
390   /// getModRefInfo (for stores) - Return whether information about whether
391   /// a particular store modifies or reads the specified memory location.
392   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Location &Loc);
393
394   /// getModRefInfo (for stores) - A convenience wrapper.
395   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, uint64_t Size) {
396     return getModRefInfo(S, Location(P, Size));
397   }
398
399   /// getModRefInfo (for va_args) - Return whether information about whether
400   /// a particular va_arg modifies or reads the specified memory location.
401   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Location &Loc);
402
403   /// getModRefInfo (for va_args) - A convenience wrapper.
404   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Value* P, uint64_t Size) {
405     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
406   }
407
408   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
409   /// to the same set of memory locations.  See 
410   ///   http://llvm.org/docs/AliasAnalysis.html#ModRefInfo
411   /// for details.
412   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
413                                      ImmutableCallSite CS2);
414
415   //===--------------------------------------------------------------------===//
416   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
417   ///
418
419   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
420   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
421   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Location &Loc);
422
423   /// canBasicBlockModify - A convenience wrapper.
424   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, uint64_t Size){
425     return canBasicBlockModify(BB, Location(P, Size));
426   }
427
428   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
429   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
430   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
431   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
432   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
433                                  const Location &Loc);
434
435   /// canInstructionRangeModify - A convenience wrapper.
436   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
437                                  const Value *Ptr, uint64_t Size) {
438     return canInstructionRangeModify(I1, I2, Location(Ptr, Size));
439   }
440
441   //===--------------------------------------------------------------------===//
442   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
443   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
444   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
445   /// they have pointer-analysis implications.
446   ///
447
448   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
449   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
450   /// redundant and is eliminated.
451   ///
452   virtual void deleteValue(Value *V);
453
454   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
455   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
456   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
457   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
458   /// value, it should ignore the request.
459   ///
460   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
461
462   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
463   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
464   ///
465   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
466     copyValue(Old, New);
467     deleteValue(Old);
468   }
469 };
470
471 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
472 /// function.
473 bool isNoAliasCall(const Value *V);
474
475 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
476 /// identifiable object.  This returns true for:
477 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
478 ///    Allocas and Mallocs
479 ///    ByVal and NoAlias Arguments
480 ///    NoAlias returns
481 ///
482 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
483
484 } // End llvm namespace
485
486 #endif