include/llvm/Analysis/AliasSetTracker.h

   1 //===- llvm/Analysis/AliasSetTracker.h - Build Alias Sets -------*- 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 two classes: AliasSetTracker and AliasSet.  These interface
  11 // are used to classify a collection of pointer references into a maximal number
  12 // of disjoint sets.  Each AliasSet object constructed by the AliasSetTracker
  13 // object refers to memory disjoint from the other sets.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIASSETTRACKER_H
  18 #define LLVM_ANALYSIS_ALIASSETTRACKER_H
  19
  20 #include "llvm/Support/CallSite.h"
  21 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
  22 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  23 #include "llvm/ADT/ilist.h"
  24 #include "llvm/ADT/ilist_node.h"
  25 #include <vector>
  26
  27 namespace llvm {
  28
  29 class AliasAnalysis;
  30 class LoadInst;
  31 class StoreInst;
  32 class VAArgInst;
  33 class AliasSetTracker;
  34 class AliasSet;
  35
  36 class AliasSet : public ilist_node<AliasSet> {
  37   friend class AliasSetTracker;
  38
  39   class PointerRec {
  40     Value *Val;  // The pointer this record corresponds to.
  41     PointerRec **PrevInList, *NextInList;
  42     AliasSet *AS;
  43     uint64_t Size;
  44     const MDNode *TBAAInfo;
  45   public:
  46     PointerRec(Value *V)
  47       : Val(V), PrevInList(0), NextInList(0), AS(0), Size(0),
  48         TBAAInfo(DenseMapInfo<const MDNode *>::getEmptyKey()) {}
  49
  50     Value *getValue() const { return Val; }
  51
  52     PointerRec *getNext() const { return NextInList; }
  53     bool hasAliasSet() const { return AS != 0; }
  54
  55     PointerRec** setPrevInList(PointerRec **PIL) {
  56       PrevInList = PIL;
  57       return &NextInList;
  58     }
  59
  60     void updateSizeAndTBAAInfo(uint64_t NewSize, const MDNode *NewTBAAInfo) {
  61       if (NewSize > Size) Size = NewSize;
  62
  63       if (TBAAInfo == DenseMapInfo<const MDNode *>::getEmptyKey())
  64         // We don't have a TBAAInfo yet. Set it to NewTBAAInfo.
  65         TBAAInfo = NewTBAAInfo;
  66       else if (TBAAInfo != NewTBAAInfo)
  67         // NewTBAAInfo conflicts with TBAAInfo.
  68         TBAAInfo = DenseMapInfo<const MDNode *>::getTombstoneKey();
  69     }
  70
  71     uint64_t getSize() const { return Size; }
  72
  73     /// getTBAAInfo - Return the TBAAInfo, or null if there is no
  74     /// information or conflicting information.
  75     const MDNode *getTBAAInfo() const {
  76       // If we have missing or conflicting TBAAInfo, return null.
  77       if (TBAAInfo == DenseMapInfo<const MDNode *>::getEmptyKey() ||
  78           TBAAInfo == DenseMapInfo<const MDNode *>::getTombstoneKey())
  79         return 0;
  80       return TBAAInfo;
  81     }
  82
  83     AliasSet *getAliasSet(AliasSetTracker &AST) {
  84       assert(AS && "No AliasSet yet!");
  85       if (AS->Forward) {
  86         AliasSet *OldAS = AS;
  87         AS = OldAS->getForwardedTarget(AST);
  88         AS->addRef();
  89         OldAS->dropRef(AST);
  90       }
  91       return AS;
  92     }
  93
  94     void setAliasSet(AliasSet *as) {
  95       assert(AS == 0 && "Already have an alias set!");
  96       AS = as;
  97     }
  98
  99     void eraseFromList() {
 100       if (NextInList) NextInList->PrevInList = PrevInList;
 101       *PrevInList = NextInList;
 102       if (AS->PtrListEnd == &NextInList) {
 103         AS->PtrListEnd = PrevInList;
 104         assert(*AS->PtrListEnd == 0 && "List not terminated right!");
 105       }
 106       delete this;
 107     }
 108   };
 109
 110   PointerRec *PtrList, **PtrListEnd;  // Doubly linked list of nodes.
 111   AliasSet *Forward;             // Forwarding pointer.
 112   AliasSet *Next, *Prev;         // Doubly linked list of AliasSets.
 113
 114   // All instructions without a specific address in this alias set.
 115   std::vector<AssertingVH<Instruction> > UnknownInsts;
 116
 117   // RefCount - Number of nodes pointing to this AliasSet plus the number of
 118   // AliasSets forwarding to it.
 119   unsigned RefCount : 28;
 120
 121   /// AccessType - Keep track of whether this alias set merely refers to the
 122   /// locations of memory, whether it modifies the memory, or whether it does
 123   /// both.  The lattice goes from "NoModRef" to either Refs or Mods, then to
 124   /// ModRef as necessary.
 125   ///
 126   enum AccessType {
 127     NoModRef = 0, Refs = 1,         // Ref = bit 1
 128     Mods     = 2, ModRef = 3        // Mod = bit 2
 129   };
 130   unsigned AccessTy : 2;
 131
 132   /// AliasType - Keep track the relationships between the pointers in the set.
 133   /// Lattice goes from MustAlias to MayAlias.
 134   ///
 135   enum AliasType {
 136     MustAlias = 0, MayAlias = 1
 137   };
 138   unsigned AliasTy : 1;
 139
 140   // Volatile - True if this alias set contains volatile loads or stores.
 141   bool Volatile : 1;
 142
 143   void addRef() { ++RefCount; }
 144   void dropRef(AliasSetTracker &AST) {
 145     assert(RefCount >= 1 && "Invalid reference count detected!");
 146     if (--RefCount == 0)
 147       removeFromTracker(AST);
 148   }
 149
 150   Instruction *getUnknownInst(unsigned i) const {
 151     assert(i < UnknownInsts.size());
 152     return UnknownInsts[i];
 153   }
 154
 155 public:
 156   /// Accessors...
 157   bool isRef() const { return AccessTy & Refs; }
 158   bool isMod() const { return AccessTy & Mods; }
 159   bool isMustAlias() const { return AliasTy == MustAlias; }
 160   bool isMayAlias()  const { return AliasTy == MayAlias; }
 161
 162   // isVolatile - Return true if this alias set contains volatile loads or
 163   // stores.
 164   bool isVolatile() const { return Volatile; }
 165
 166   /// isForwardingAliasSet - Return true if this alias set should be ignored as
 167   /// part of the AliasSetTracker object.
 168   bool isForwardingAliasSet() const { return Forward; }
 169
 170   /// mergeSetIn - Merge the specified alias set into this alias set...
 171   ///
 172   void mergeSetIn(AliasSet &AS, AliasSetTracker &AST);
 173
 174   // Alias Set iteration - Allow access to all of the pointer which are part of
 175   // this alias set...
 176   class iterator;
 177   iterator begin() const { return iterator(PtrList); }
 178   iterator end()   const { return iterator(); }
 179   bool empty() const { return PtrList == 0; }
 180
 181   void print(raw_ostream &OS) const;
 182   void dump() const;
 183
 184   /// Define an iterator for alias sets... this is just a forward iterator.
 185   class iterator : public std::iterator<std::forward_iterator_tag,
 186                                         PointerRec, ptrdiff_t> {
 187     PointerRec *CurNode;
 188   public:
 189     explicit iterator(PointerRec *CN = 0) : CurNode(CN) {}
 190
 191     bool operator==(const iterator& x) const {
 192       return CurNode == x.CurNode;
 193     }
 194     bool operator!=(const iterator& x) const { return !operator==(x); }
 195
 196     const iterator &operator=(const iterator &I) {
 197       CurNode = I.CurNode;
 198       return *this;
 199     }
 200
 201     value_type &operator*() const {
 202       assert(CurNode && "Dereferencing AliasSet.end()!");
 203       return *CurNode;
 204     }
 205     value_type *operator->() const { return &operator*(); }
 206
 207     Value *getPointer() const { return CurNode->getValue(); }
 208     uint64_t getSize() const { return CurNode->getSize(); }
 209     const MDNode *getTBAAInfo() const { return CurNode->getTBAAInfo(); }
 210
 211     iterator& operator++() {                // Preincrement
 212       assert(CurNode && "Advancing past AliasSet.end()!");
 213       CurNode = CurNode->getNext();
 214       return *this;
 215     }
 216     iterator operator++(int) { // Postincrement
 217       iterator tmp = *this; ++*this; return tmp;
 218     }
 219   };
 220
 221 private:
 222   // Can only be created by AliasSetTracker. Also, ilist creates one
 223   // to serve as a sentinel.
 224   friend struct ilist_sentinel_traits<AliasSet>;
 225   AliasSet() : PtrList(0), PtrListEnd(&PtrList), Forward(0), RefCount(0),
 226                AccessTy(NoModRef), AliasTy(MustAlias), Volatile(false) {
 227   }
 228
 229   AliasSet(const AliasSet &AS);        // do not implement
 230   void operator=(const AliasSet &AS);  // do not implement
 231
 232   PointerRec *getSomePointer() const {
 233     return PtrList;
 234   }
 235
 236   /// getForwardedTarget - Return the real alias set this represents.  If this
 237   /// has been merged with another set and is forwarding, return the ultimate
 238   /// destination set.  This also implements the union-find collapsing as well.
 239   AliasSet *getForwardedTarget(AliasSetTracker &AST) {
 240     if (!Forward) return this;
 241
 242     AliasSet *Dest = Forward->getForwardedTarget(AST);
 243     if (Dest != Forward) {
 244       Dest->addRef();
 245       Forward->dropRef(AST);
 246       Forward = Dest;
 247     }
 248     return Dest;
 249   }
 250
 251   void removeFromTracker(AliasSetTracker &AST);
 252
 253   void addPointer(AliasSetTracker &AST, PointerRec &Entry, uint64_t Size,
 254                   const MDNode *TBAAInfo,
 255                   bool KnownMustAlias = false);
 256   void addUnknownInst(Instruction *I, AliasAnalysis &AA);
 257   void removeUnknownInst(Instruction *I) {
 258     for (size_t i = 0, e = UnknownInsts.size(); i != e; ++i)
 259       if (UnknownInsts[i] == I) {
 260         UnknownInsts[i] = UnknownInsts.back();
 261         UnknownInsts.pop_back();
 262         --i; --e;  // Revisit the moved entry.
 263       }
 264   }
 265   void setVolatile() { Volatile = true; }
 266
 267 public:
 268   /// aliasesPointer - Return true if the specified pointer "may" (or must)
 269   /// alias one of the members in the set.
 270   ///
 271   bool aliasesPointer(const Value *Ptr, uint64_t Size, const MDNode *TBAAInfo,
 272                       AliasAnalysis &AA) const;
 273   bool aliasesUnknownInst(Instruction *Inst, AliasAnalysis &AA) const;
 274 };
 275
 276 inline raw_ostream& operator<<(raw_ostream &OS, const AliasSet &AS) {
 277   AS.print(OS);
 278   return OS;
 279 }
 280
 281
 282 class AliasSetTracker {
 283   /// CallbackVH - A CallbackVH to arrange for AliasSetTracker to be
 284   /// notified whenever a Value is deleted.
 285   class ASTCallbackVH : public CallbackVH {
 286     AliasSetTracker *AST;
 287     virtual void deleted();
 288     virtual void allUsesReplacedWith(Value *);
 289   public:
 290     ASTCallbackVH(Value *V, AliasSetTracker *AST = 0);
 291     ASTCallbackVH &operator=(Value *V);
 292   };
 293   /// ASTCallbackVHDenseMapInfo - Traits to tell DenseMap that tell us how to
 294   /// compare and hash the value handle.
 295   struct ASTCallbackVHDenseMapInfo : public DenseMapInfo<Value *> {};
 296
 297   AliasAnalysis &AA;
 298   ilist<AliasSet> AliasSets;
 299
 300   typedef DenseMap<ASTCallbackVH, AliasSet::PointerRec*,
 301                    ASTCallbackVHDenseMapInfo>
 302     PointerMapType;
 303
 304   // Map from pointers to their node
 305   PointerMapType PointerMap;
 306
 307 public:
 308   /// AliasSetTracker ctor - Create an empty collection of AliasSets, and use
 309   /// the specified alias analysis object to disambiguate load and store
 310   /// addresses.
 311   explicit AliasSetTracker(AliasAnalysis &aa) : AA(aa) {}
 312   ~AliasSetTracker() { clear(); }
 313
 314   /// add methods - These methods are used to add different types of
 315   /// instructions to the alias sets.  Adding a new instruction can result in
 316   /// one of three actions happening:
 317   ///
 318   ///   1. If the instruction doesn't alias any other sets, create a new set.
 319   ///   2. If the instruction aliases exactly one set, add it to the set
 320   ///   3. If the instruction aliases multiple sets, merge the sets, and add
 321   ///      the instruction to the result.
 322   ///
 323   /// These methods return true if inserting the instruction resulted in the
 324   /// addition of a new alias set (i.e., the pointer did not alias anything).
 325   ///
 326   bool add(Value *Ptr, uint64_t Size, const MDNode *TBAAInfo); // Add a location
 327   bool add(LoadInst *LI);
 328   bool add(StoreInst *SI);
 329   bool add(VAArgInst *VAAI);
 330   bool add(Instruction *I);       // Dispatch to one of the other add methods...
 331   void add(BasicBlock &BB);       // Add all instructions in basic block
 332   void add(const AliasSetTracker &AST); // Add alias relations from another AST
 333   bool addUnknown(Instruction *I);
 334
 335   /// remove methods - These methods are used to remove all entries that might
 336   /// be aliased by the specified instruction.  These methods return true if any
 337   /// alias sets were eliminated.
 338   // Remove a location
 339   bool remove(Value *Ptr, uint64_t Size, const MDNode *TBAAInfo);
 340   bool remove(LoadInst *LI);
 341   bool remove(StoreInst *SI);
 342   bool remove(VAArgInst *VAAI);
 343   bool remove(Instruction *I);
 344   void remove(AliasSet &AS);
 345   bool removeUnknown(Instruction *I);
 346
 347   void clear();
 348
 349   /// getAliasSets - Return the alias sets that are active.
 350   ///
 351   const ilist<AliasSet> &getAliasSets() const { return AliasSets; }
 352
 353   /// getAliasSetForPointer - Return the alias set that the specified pointer
 354   /// lives in.  If the New argument is non-null, this method sets the value to
 355   /// true if a new alias set is created to contain the pointer (because the
 356   /// pointer didn't alias anything).
 357   AliasSet &getAliasSetForPointer(Value *P, uint64_t Size,
 358                                   const MDNode *TBAAInfo,
 359                                   bool *New = 0);
 360
 361   /// getAliasSetForPointerIfExists - Return the alias set containing the
 362   /// location specified if one exists, otherwise return null.
 363   AliasSet *getAliasSetForPointerIfExists(Value *P, uint64_t Size,
 364                                           const MDNode *TBAAInfo) {
 365     return findAliasSetForPointer(P, Size, TBAAInfo);
 366   }
 367
 368   /// containsPointer - Return true if the specified location is represented by
 369   /// this alias set, false otherwise.  This does not modify the AST object or
 370   /// alias sets.
 371   bool containsPointer(Value *P, uint64_t Size, const MDNode *TBAAInfo) const;
 372
 373   /// getAliasAnalysis - Return the underlying alias analysis object used by
 374   /// this tracker.
 375   AliasAnalysis &getAliasAnalysis() const { return AA; }
 376
 377   /// deleteValue method - This method is used to remove a pointer value from
 378   /// the AliasSetTracker entirely.  It should be used when an instruction is
 379   /// deleted from the program to update the AST.  If you don't use this, you
 380   /// would have dangling pointers to deleted instructions.
 381   ///
 382   void deleteValue(Value *PtrVal);
 383
 384   /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
 385   /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that it is ok
 386   /// for clients that use this method to introduce the same value multiple
 387   /// times: if the tracker already knows about a value, it will ignore the
 388   /// request.
 389   ///
 390   void copyValue(Value *From, Value *To);
 391
 392
 393   typedef ilist<AliasSet>::iterator iterator;
 394   typedef ilist<AliasSet>::const_iterator const_iterator;
 395
 396   const_iterator begin() const { return AliasSets.begin(); }
 397   const_iterator end()   const { return AliasSets.end(); }
 398
 399   iterator begin() { return AliasSets.begin(); }
 400   iterator end()   { return AliasSets.end(); }
 401
 402   void print(raw_ostream &OS) const;
 403   void dump() const;
 404
 405 private:
 406   friend class AliasSet;
 407   void removeAliasSet(AliasSet *AS);
 408
 409   // getEntryFor - Just like operator[] on the map, except that it creates an
 410   // entry for the pointer if it doesn't already exist.
 411   AliasSet::PointerRec &getEntryFor(Value *V) {
 412     AliasSet::PointerRec *&Entry = PointerMap[ASTCallbackVH(V, this)];
 413     if (Entry == 0)
 414       Entry = new AliasSet::PointerRec(V);
 415     return *Entry;
 416   }
 417
 418   AliasSet &addPointer(Value *P, uint64_t Size, const MDNode *TBAAInfo,
 419                        AliasSet::AccessType E,
 420                        bool &NewSet) {
 421     NewSet = false;
 422     AliasSet &AS = getAliasSetForPointer(P, Size, TBAAInfo, &NewSet);
 423     AS.AccessTy |= E;
 424     return AS;
 425   }
 426   AliasSet *findAliasSetForPointer(const Value *Ptr, uint64_t Size,
 427                                    const MDNode *TBAAInfo);
 428
 429   AliasSet *findAliasSetForUnknownInst(Instruction *Inst);
 430 };
 431
 432 inline raw_ostream& operator<<(raw_ostream &OS, const AliasSetTracker &AST) {
 433   AST.print(OS);
 434   return OS;
 435 }
 436
 437 } // End llvm namespace
 438
 439 #endif