Changes For Bug 352
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- 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 interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
11 // useful tool for interprocedural optimization.
12 //
13 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
14 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
15 // corresponding to the node.
16 //
17 // A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
18 // null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
19 // represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
20 // builds one external node such that:
21 //   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
22 //      from this external node, indicating that they could be called by
23 //      functions outside of the module.
24 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
25 //      call, for example being stored into a memory location will also have an
26 //      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
27 //      caller later, they must be tracked as such.
28 //
29 // There is a second external node added for calls that leave this module.
30 // Functions have a call edge to the external node iff:
31 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
32 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
33 //   2. The function contains an indirect function call.
34 //
35 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
36 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
37 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
38 //
39 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
40 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
41 // transformations.
42 //
43 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
44 // CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
45 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
46 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
47 // be called into (which is common for libraries).
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
52 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
53
54 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
55 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
56 #include "llvm/Pass.h"
57
58 namespace llvm {
59
60 class Function;
61 class Module;
62 class CallGraphNode;
63
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65 // CallGraph class definition
66 //
67 class CallGraph : public Pass {
68   Module *Mod;              // The module this call graph represents
69
70   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
71   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
72
73   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
74   // couldn't be found.
75   //
76   CallGraphNode *Root;
77
78   // ExternalCallingNode - This node has edges to all external functions and
79   // those internal functions that have their address taken.
80   CallGraphNode *ExternalCallingNode;
81
82   // CallsExternalNode - This node has edges to it from all functions making
83   // indirect calls or calling an external function.
84   CallGraphNode *CallsExternalNode;
85
86 public:
87   //===---------------------------------------------------------------------
88   // Accessors...
89   //
90   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
91   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
92
93   CallGraphNode *getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
94   CallGraphNode *getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
95
96   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
97   // main cannot be found, the external node.
98   //
99         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
100   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
101
102   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
103   ///
104   Module &getModule() const { return *Mod; }
105
106   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
107   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
108   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
109   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
110
111
112   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
113   // function
114   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
115     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
116     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
117     return I->second;
118   }
119   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
120     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
121     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
122     return I->second;
123   }
124
125   //===---------------------------------------------------------------------
126   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
127   // modified
128   //
129   void addFunctionToModule(Function *F);
130
131
132   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
133   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
134   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
135   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
136   // is to dropAllReferences before calling this.
137   //
138   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
139   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
140     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
141   }
142
143
144   //===---------------------------------------------------------------------
145   // Pass infrastructure interface glue code...
146   //
147   CallGraph() : Root(0), CallsExternalNode(0) {}
148   ~CallGraph() { destroy(); }
149
150   // run - Compute the call graph for the specified module.
151   virtual bool run(Module &M);
152
153   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
154   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
155     AU.setPreservesAll();
156   }
157
158   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
159   virtual void releaseMemory() {
160     destroy();
161   }
162
163   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
164   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
165   /// symbol table from the module.
166   ///
167   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
168
169   /// dump - Print out this call graph.
170   ///
171   void dump() const;
172
173   // stub - dummy function, just ignore it
174   static void stub();
175 private:
176   //===---------------------------------------------------------------------
177   // Implementation of CallGraph construction
178   //
179
180   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
181   // does not already exist.
182   //
183   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
184
185   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
186   // of the functions that it calls.
187   //
188   void addToCallGraph(Function *F);
189
190   // destroy - Release memory for the call graph
191   void destroy();
192 };
193
194
195 //===----------------------------------------------------------------------===//
196 // CallGraphNode class definition
197 //
198 class CallGraphNode {
199   Function *F;
200   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
201
202   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
203 public:
204   //===---------------------------------------------------------------------
205   // Accessor methods...
206   //
207
208   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
209   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
210
211   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
212   Function *getFunction() const { return F; }
213
214   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
215   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
216   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
217   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
218   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
219
220   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
221   //
222   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
223
224   /// dump - Print out this call graph node.
225   ///
226   void dump() const;
227   void print(std::ostream &OS) const;
228
229   //===---------------------------------------------------------------------
230   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
231   // modified
232   //
233
234   void removeAllCalledFunctions() {
235     CalledFunctions.clear();
236   }
237
238   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
239   // one
240   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
241     CalledFunctions.push_back(M);
242   }
243
244   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
245
246 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
247   friend class CallGraph;
248
249   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
250   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
251 };
252
253
254
255 //===----------------------------------------------------------------------===//
256 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
257 // graphs by the generic graph algorithms...
258 //
259
260 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
261 // traversals.
262 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
263   typedef CallGraphNode NodeType;
264   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
265
266   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
267   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
268   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
269 };
270
271 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
272   typedef const CallGraphNode NodeType;
273   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
274
275   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
276   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
277   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
278 };
279
280 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
281   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
282     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
283   }
284   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
285   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
286
287   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
288   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
289   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
290     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
291   }
292   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
293     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
294   }
295
296   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
297                                        CallGraphNode*> P) {
298     return *P.second;
299   }
300 };
301 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
302   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
303   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
304     return CGN->getExternalCallingNode();
305   }
306   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
307   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
308   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
309   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
310 };
311
312 // Make sure that any clients of this file link in PostDominators.cpp
313 static IncludeFile
314 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
315
316 } // End llvm namespace
317
318 #endif