Add CallGraph::getOrInsertFunction, to allow clients to update the callgraph
[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 {
68 protected:
69   Module *Mod;              // The module this call graph represents
70
71   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
72   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
73
74 public:
75   //===---------------------------------------------------------------------
76   // Accessors...
77   //
78   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
79   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
80
81   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
82   ///
83   Module &getModule() const { return *Mod; }
84
85   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
86   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
87   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
88   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
89
90   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
91   // function
92   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
93     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
94     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
95     return I->second;
96   }
97   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
98     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
99     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
100     return I->second;
101   }
102
103   //Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls 
104   // into the callgraph.  Override this if you want behavioural inheritance.
105   virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
106   
107   //Return the root/main method in the module, or some other root node, such
108   // as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioural 
109   // inheritance.
110   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
111   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
112   
113   //===---------------------------------------------------------------------
114   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
115   // modified.
116   //
117
118   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
119   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
120   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
121   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
122   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
123   ///
124   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
125   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
126     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
127   }
128
129   /// changeFunction - This method changes the function associated with this
130   /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
131   /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
132   /// old code over).
133   void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
134
135   /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
136   /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
137   /// not already exist.
138   CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
139   
140   //===---------------------------------------------------------------------
141   // Pass infrastructure interface glue code...
142   //
143 protected:
144   CallGraph() {}
145   
146 public:
147   virtual ~CallGraph() { destroy(); }
148
149   /// initialize - Call this method before calling other methods, 
150   /// re/initializes the state of the CallGraph.
151   ///
152   void initialize(Module &M);
153
154   virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
155   void dump() const;
156   
157   // stub - dummy function, just ignore it
158   static void stub();
159 protected:
160
161   // destroy - Release memory for the call graph
162   virtual void destroy();
163 };
164
165 //===----------------------------------------------------------------------===//
166 // CallGraphNode class definition
167 //
168 class CallGraphNode {
169   Function *F;
170   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
171
172   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
173 public:
174   //===---------------------------------------------------------------------
175   // Accessor methods...
176   //
177
178   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
179   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
180
181   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
182   Function *getFunction() const { return F; }
183
184   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
185   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
186   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
187   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
188   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
189
190   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
191   //
192   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
193
194   /// dump - Print out this call graph node.
195   ///
196   void dump() const;
197   void print(std::ostream &OS) const;
198
199   //===---------------------------------------------------------------------
200   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
201   // modified
202   //
203
204   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
205   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
206   void removeAllCalledFunctions() {
207     CalledFunctions.clear();
208   }
209
210   /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
211   /// one.
212   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
213     CalledFunctions.push_back(M);
214   }
215
216   /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
217   /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
218   /// used sparingly.
219   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
220
221   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
222   /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
223   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
224   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
225
226   friend class CallGraph;
227
228   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
229   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
230 };
231
232 //===----------------------------------------------------------------------===//
233 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
234 // graphs by the generic graph algorithms...
235 //
236
237 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
238 // traversals.
239 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
240   typedef CallGraphNode NodeType;
241   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
242
243   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
244   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
245   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
246 };
247
248 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
249   typedef const CallGraphNode NodeType;
250   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
251
252   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
253   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
254   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
255 };
256
257 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
258   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
259     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
260   }
261   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
262   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
263
264   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
265   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
266   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
267     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
268   }
269   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
270     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
271   }
272
273   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
274                                        CallGraphNode*> P) {
275     return *P.second;
276   }
277 };
278
279 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
280   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
281   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
282     return CGN->getExternalCallingNode();
283   }
284   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
285   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
286   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
287   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
288 };
289
290 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
291 static IncludeFile
292 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
293
294 extern void BasicCallGraphStub();
295 static IncludeFile HDR_INCLUDE_CALLGRAPH_CPP((void*)&BasicCallGraphStub);
296
297 } // End llvm namespace
298
299 #endif