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