Add a convenient form of AliasAnalysis::alias for the case where the sizes
[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   /// alias - A convenience wrapper for the case where the sizes are unknown.
98   AliasResult alias(const Value *V1, const Value *V2) {
99     return alias(V1, ~0u, V2, ~0u);
100   }
101
102   /// isNoAlias - A trivial helper function to check to see if the specified
103   /// pointers are no-alias.
104   bool isNoAlias(const Value *V1, unsigned V1Size,
105                  const Value *V2, unsigned V2Size) {
106     return alias(V1, V1Size, V2, V2Size) == NoAlias;
107   }
108
109   /// pointsToConstantMemory - If the specified pointer is known to point into
110   /// constant global memory, return true.  This allows disambiguation of store
111   /// instructions from constant pointers.
112   ///
113   virtual bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
114
115   //===--------------------------------------------------------------------===//
116   /// Simple mod/ref information...
117   ///
118
119   /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
120   /// bits which may be or'd together.
121   ///
122   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
123
124
125   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
126   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
127   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
128   /// invocation without having to report it through these interfaces.
129   enum ModRefBehavior {
130     // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
131     // or stores to memory.
132     //
133     // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
134     DoesNotAccessMemory,
135
136     // AccessesArguments - This function accesses function arguments in well
137     // known (possibly volatile) ways, but does not access any other memory.
138     //
139     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
140     // information about how pointer arguments are used.
141     AccessesArguments,
142
143     // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
144     // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
145     // does not access any other memory.
146     //
147     // Clients may use the Info parameter of getModRefBehavior to get specific
148     // information about how pointer arguments are used.
149     AccessesArgumentsAndGlobals,
150
151     // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
152     // volatile loads, but may read from any memory location.
153     //
154     // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
155     OnlyReadsMemory,
156
157     // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
158     // classified into one of the behaviors above.
159     UnknownModRefBehavior
160   };
161
162   /// PointerAccessInfo - This struct is used to return results for pointers,
163   /// globals, and the return value of a function.
164   struct PointerAccessInfo {
165     /// V - The value this record corresponds to.  This may be an Argument for
166     /// the function, a GlobalVariable, or null, corresponding to the return
167     /// value for the function.
168     Value *V;
169
170     /// ModRefInfo - Whether the pointer is loaded or stored to/from.
171     ///
172     ModRefResult ModRefInfo;
173   };
174
175   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
176   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(CallSite CS,
177                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
178
179   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
180   /// For use when the call site is not known.
181   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(Function *F,
182                                    std::vector<PointerAccessInfo> *Info = 0);
183
184   /// getModRefBehavior - Return the modref behavior of the intrinsic with the
185   /// given id.
186   static ModRefBehavior getModRefBehavior(unsigned iid);
187
188   /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
189   /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
190   /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
191   /// are legal for this predicate.
192   ///
193   /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
194   /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
195   /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
196   ///
197   /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
198   ///
199   bool doesNotAccessMemory(CallSite CS) {
200     return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
201   }
202
203   /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
204   /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
205   ///
206   bool doesNotAccessMemory(Function *F) {
207     return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
208   }
209
210   /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
211   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
212   /// that unwind the stack are legal for this predicate.
213   ///
214   /// This property allows many common optimizations to be performed in the
215   /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
216   ///
217   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
218   ///
219   bool onlyReadsMemory(CallSite CS) {
220     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
221     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
222   }
223
224   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
225   /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
226   /// when the call site is not known.
227   ///
228   bool onlyReadsMemory(Function *F) {
229     ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
230     return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
231   }
232
233
234   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
235   /// read or write memory specified by the pointer operand.  An instruction
236   /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
237
238   /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
239   /// a particular call site modifies or reads the memory specified by the
240   /// pointer.
241   ///
242   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size);
243
244   /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
245   /// to the same set of memory locations.  This function returns NoModRef if
246   /// the two calls refer to disjoint memory locations, Ref if CS1 reads memory
247   /// written by CS2, Mod if CS1 writes to memory read or written by CS2, or
248   /// ModRef if CS1 might read or write memory accessed by CS2.
249   ///
250   virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2);
251
252 public:
253   /// Convenience functions...
254   ModRefResult getModRefInfo(LoadInst *L, Value *P, unsigned Size);
255   ModRefResult getModRefInfo(StoreInst *S, Value *P, unsigned Size);
256   ModRefResult getModRefInfo(CallInst *C, Value *P, unsigned Size) {
257     return getModRefInfo(CallSite(C), P, Size);
258   }
259   ModRefResult getModRefInfo(InvokeInst *I, Value *P, unsigned Size) {
260     return getModRefInfo(CallSite(I), P, Size);
261   }
262   ModRefResult getModRefInfo(VAArgInst* I, Value* P, unsigned Size) {
263     return AliasAnalysis::ModRef;
264   }
265   ModRefResult getModRefInfo(Instruction *I, Value *P, unsigned Size) {
266     switch (I->getOpcode()) {
267     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((VAArgInst*)I, P, Size);
268     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((LoadInst*)I, P, Size);
269     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((StoreInst*)I, P, Size);
270     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((CallInst*)I, P, Size);
271     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((InvokeInst*)I, P, Size);
272     default:                  return NoModRef;
273     }
274   }
275
276   //===--------------------------------------------------------------------===//
277   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
278   ///
279
280   /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
281   /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
282   ///
283   bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, unsigned Size);
284
285   /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
286   /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
287   /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
288   /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
289   ///
290   bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
291                                  const Value *Ptr, unsigned Size);
292
293   //===--------------------------------------------------------------------===//
294   /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
295   /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
296   /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
297   /// they have pointer-analysis implications.
298   ///
299
300   /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
301   /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
302   /// redundant and is eliminated.
303   ///
304   virtual void deleteValue(Value *V);
305
306   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
307   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
308   /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
309   /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
310   /// value, it should ignore the request.
311   ///
312   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
313
314   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
315   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
316   ///
317   void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
318     copyValue(Old, New);
319     deleteValue(Old);
320   }
321 };
322
323 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
324 /// function.
325 bool isNoAliasCall(const Value *V);
326
327 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
328 /// identifiable object.  This returns true for:
329 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
330 ///    Allocas and Mallocs
331 ///    ByVal and NoAlias Arguments
332 ///    NoAlias returns
333 ///
334 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
335
336 } // End llvm namespace
337
338 // Because of the way .a files work, we must force the BasicAA implementation to
339 // be pulled in if the AliasAnalysis header is included.  Otherwise we run
340 // the risk of AliasAnalysis being used, but the default implementation not
341 // being linked into the tool that uses it.
342 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(AliasAnalysis)
343 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(BasicAliasAnalysis)
344
345 #endif