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[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph -----------------*- C++ -*--=//
2 //
3 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
4 // useful tool for interprocedural optimization.
5 //
6 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
7 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
8 // corresponding to the node.
9 //
10 // A call graph will contain nodes where the function that they correspond to is
11 // null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
12 // represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
13 // have edges to functions with the following properties:
14 //   1. All functions in the module without internal linkage, since they could
15 //      be called by functions outside of the our analysis capability.
16 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
17 //      call, for example being stored into a memory location.  Since they may
18 //      be called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
19 //
20 // Similarly, functions have a call edge to the external node iff:
21 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
22 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
23 //   2. The function contains an indirect function call.
24 //
25 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
26 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
27 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
28 //
29 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
30 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
31 // transformations.
32 //
33 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
34 // CallGraph is, which is currently does by looking for a function named 'main'.
35 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
36 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
37 // be called into (which is common for libraries).
38 //
39 //===----------------------------------------------------------------------===//
40
41 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
42 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
43
44 #include "Support/GraphTraits.h"
45 #include "llvm/Pass.h"
46 class Function;
47 class Module;
48 class CallGraphNode;
49
50 //===----------------------------------------------------------------------===//
51 // CallGraph class definition
52 //
53 class CallGraph : public Pass {
54   Module *Mod;              // The module this call graph represents
55
56   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
57   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
58
59   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
60   // couldn't be found.  ExternalNode is equivalent to (*this)[0].
61   //
62   CallGraphNode *Root, *ExternalNode;
63 public:
64
65   //===---------------------------------------------------------------------
66   // Accessors...
67   //
68   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
69   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
70
71   // getExternalNode - Return the node that points to all functions that are
72   // accessable from outside of the current program.
73   //
74         CallGraphNode *getExternalNode()       { return ExternalNode; }
75   const CallGraphNode *getExternalNode() const { return ExternalNode; }
76
77   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
78   // main cannot be found, the external node.
79   //
80         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
81   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
82
83   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
84   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
85   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
86   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
87
88
89   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
90   // function
91   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
92     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
93     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
94     return I->second;
95   }
96   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
97     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
98     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
99     return I->second;
100   }
101
102   //===---------------------------------------------------------------------
103   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
104   // modified
105   //
106   void addFunctionToModule(Function *Meth);
107
108
109   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
110   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
111   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
112   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
113   // is to dropAllReferences before calling this.
114   //
115   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
116   Function *removeFunctionFromModule(Function *Meth) {
117     return removeFunctionFromModule((*this)[Meth]);
118   }
119
120
121   //===---------------------------------------------------------------------
122   // Pass infrastructure interface glue code...
123   //
124   static AnalysisID ID;    // We are an analysis, we must have an ID
125
126   CallGraph() : Root(0) {}
127   ~CallGraph() { destroy(); }
128
129   // run - Compute the call graph for the specified module.
130   virtual bool run(Module &M);
131
132   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
133   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
134     AU.setPreservesAll();
135     AU.addProvided(ID);
136   }
137
138   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
139   virtual void releaseMemory() {
140     destroy();
141   }
142
143 private:
144   //===---------------------------------------------------------------------
145   // Implementation of CallGraph construction
146   //
147
148   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
149   // does not already exist.
150   //
151   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
152
153   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
154   // of the functions that it calls.
155   //
156   void addToCallGraph(Function *F);
157
158   // destroy - Release memory for the call graph
159   void destroy();
160 };
161
162
163 //===----------------------------------------------------------------------===//
164 // CallGraphNode class definition
165 //
166 class CallGraphNode {
167   Function *Meth;
168   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
169
170   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
171 public:
172   //===---------------------------------------------------------------------
173   // Accessor methods...
174   //
175
176   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
177   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
178
179   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
180   Function *getFunction() const { return Meth; }
181
182   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
183   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
184   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
185   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
186   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
187
188   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
189   //
190   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
191
192
193   //===---------------------------------------------------------------------
194   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
195   // modified
196   //
197
198   void removeAllCalledFunctions() {
199     CalledFunctions.clear();
200   }
201
202 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
203   friend class CallGraph;
204
205   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
206   inline CallGraphNode(Function *F) : Meth(F) {}
207   
208   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
209   // one
210   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
211     CalledFunctions.push_back(M);
212   }
213 };
214
215
216
217 //===----------------------------------------------------------------------===//
218 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
219 // graphs by the generic graph algorithms...
220 //
221
222 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
223 // traversals.
224 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
225   typedef CallGraphNode NodeType;
226   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
227
228   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
229   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
230   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
231 };
232
233 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
234   typedef const CallGraphNode NodeType;
235   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
236
237   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
238   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
239   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
240 };
241
242
243 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> :
244   public GraphTraits<CallGraphNode*> {
245   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
246     return CGN->getExternalNode();  // Start at the external node!
247   }
248 };
249 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
250   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
251   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
252     return CGN->getExternalNode();
253   }
254 };
255
256
257 //===----------------------------------------------------------------------===//
258 // Printing support for Call Graphs
259 //
260
261 // Stuff for printing out a callgraph...
262
263 void WriteToOutput(const CallGraph &, std::ostream &o);
264 inline std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const CallGraph &CG) {
265   WriteToOutput(CG, o); return o;
266 }
267   
268 void WriteToOutput(const CallGraphNode *, std::ostream &o);
269 inline std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const CallGraphNode *CGN) {
270   WriteToOutput(CGN, o); return o;
271 }
272
273 #endif