Change the call graph class to have TWO external nodes, making call graph
[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 is 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 "Support/GraphTraits.h"
55 #include "Support/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   //===---------------------------------------------------------------------
89   // Accessors...
90   //
91   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
92   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
93
94   CallGraphNode *getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
95   CallGraphNode *getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
96
97   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
98   // main cannot be found, the external node.
99   //
100         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
101   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
102
103   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
104   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
105   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
106   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
107
108
109   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
110   // function
111   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
112     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
113     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
114     return I->second;
115   }
116   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
117     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
118     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
119     return I->second;
120   }
121
122   //===---------------------------------------------------------------------
123   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
124   // modified
125   //
126   void addFunctionToModule(Function *F);
127
128
129   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
130   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
131   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
132   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
133   // is to dropAllReferences before calling this.
134   //
135   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
136   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
137     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
138   }
139
140
141   //===---------------------------------------------------------------------
142   // Pass infrastructure interface glue code...
143   //
144   CallGraph() : Root(0) {}
145   ~CallGraph() { destroy(); }
146
147   // run - Compute the call graph for the specified module.
148   virtual bool run(Module &M);
149
150   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
151   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
152     AU.setPreservesAll();
153   }
154
155   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
156   virtual void releaseMemory() {
157     destroy();
158   }
159
160   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
161   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
162   /// symbol table from the module.
163   ///
164   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
165
166   // stub - dummy function, just ignore it
167   static void stub();
168 private:
169   //===---------------------------------------------------------------------
170   // Implementation of CallGraph construction
171   //
172
173   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
174   // does not already exist.
175   //
176   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
177
178   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
179   // of the functions that it calls.
180   //
181   void addToCallGraph(Function *F);
182
183   // destroy - Release memory for the call graph
184   void destroy();
185 };
186
187
188 //===----------------------------------------------------------------------===//
189 // CallGraphNode class definition
190 //
191 class CallGraphNode {
192   Function *F;
193   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
194
195   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
196 public:
197   //===---------------------------------------------------------------------
198   // Accessor methods...
199   //
200
201   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
202   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
203
204   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
205   Function *getFunction() const { return F; }
206
207   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
208   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
209   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
210   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
211   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
212
213   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
214   //
215   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
216
217
218   //===---------------------------------------------------------------------
219   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
220   // modified
221   //
222
223   void removeAllCalledFunctions() {
224     CalledFunctions.clear();
225   }
226
227   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
228   // one
229   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
230     CalledFunctions.push_back(M);
231   }
232
233   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
234
235 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
236   friend class CallGraph;
237
238   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
239   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
240 };
241
242
243
244 //===----------------------------------------------------------------------===//
245 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
246 // graphs by the generic graph algorithms...
247 //
248
249 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
250 // traversals.
251 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
252   typedef CallGraphNode NodeType;
253   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
254
255   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
256   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
257   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
258 };
259
260 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
261   typedef const CallGraphNode NodeType;
262   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
263
264   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
265   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
266   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
267 };
268
269 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
270   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
271     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
272   }
273   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
274   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
275
276   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
277   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
278   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
279     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
280   }
281   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
282     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
283   }
284
285   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
286                                        CallGraphNode*> P) {
287     return *P.second;
288   }
289 };
290 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
291   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
292   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
293     return CGN->getExternalCallingNode();
294   }
295   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
296   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
297   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
298   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
299 };
300
301 // Make sure that any clients of this file link in PostDominators.cpp
302 static IncludeFile
303 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
304
305 } // End llvm namespace
306
307 #endif