Add new optional getPassName() virtual function that a Pass can override
[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 method in a module is represented as a node in the call graph.  The
7 // callgraph node keeps track of which methods the are called by the method
8 // corresponding to the node.
9 //
10 // A call graph will contain nodes where the method 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 methods with the following properties:
14 //   1. All methods in the module without internal linkage, since they could
15 //      be called by methods outside of the our analysis capability.
16 //   2. All methods whose address is used for something more than a direct call,
17 //      for example being stored into a memory location.  Since they may be
18 //      called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
19 //
20 // Similarly, methods have a call edge to the external node iff:
21 //   1. The method is external, reflecting the fact that they could call
22 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
23 //   2. The method contains an indirect method call.
24 //
25 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
26 // method.  These will be used when we can prove (through pointer analysis) that
27 // an indirect call site can call only a specific set of methods.
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 method named 'main'.
35 // If no method named 'main' is found, the external node is used as the entry
36 // node, reflecting the fact that any method 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 *> MethodMapTy;
57   MethodMapTy MethodMap;    // Map from a method 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 MethodMapTy::iterator iterator;
69   typedef MethodMapTy::const_iterator const_iterator;
70
71   inline       CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
72   inline const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
73   inline       iterator begin()       { return MethodMap.begin(); }
74   inline       iterator end()         { return MethodMap.end();   }
75   inline const_iterator begin() const { return MethodMap.begin(); }
76   inline const_iterator end()   const { return MethodMap.end();   }
77
78
79   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided method
80   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
81     const_iterator I = MethodMap.find(F);
82     assert(I != MethodMap.end() && "Method not in callgraph!");
83     return I->second;
84   }
85   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
86     const_iterator I = MethodMap.find(F);
87     assert(I != MethodMap.end() && "Method not in callgraph!");
88     return I->second;
89   }
90
91   //===---------------------------------------------------------------------
92   // Methods to keep a call graph up to date with a method that has been
93   // modified
94   //
95   void addMethodToModule(Function *Meth);
96
97
98   // removeMethodFromModule - Unlink the method from this module, returning it.
99   // Because this removes the method from the module, the call graph node is
100   // destroyed.  This is only valid if the method does not call any other
101   // methods (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
102   // is to dropAllReferences before calling this.
103   //
104   Function *removeMethodFromModule(CallGraphNode *CGN);
105   Function *removeMethodFromModule(Function *Meth) {
106     return removeMethodFromModule((*this)[Meth]);
107   }
108
109
110   //===---------------------------------------------------------------------
111   // Pass infrastructure interface glue code...
112   //
113   static AnalysisID ID;    // We are an analysis, we must have an ID
114
115   CallGraph(AnalysisID AID) : Root(0) { assert(AID == ID); }
116   ~CallGraph() { destroy(); }
117
118   virtual const char *getPassName() const { return "Call Graph Construction"; }
119
120   // run - Compute the call graph for the specified module.
121   virtual bool run(Module *TheModule);
122
123   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
124   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
125     AU.setPreservesAll();
126     AU.addProvided(ID);
127   }
128
129   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory agressively.
130   virtual void releaseMemory() {
131     destroy();
132   }
133
134 private:
135   //===---------------------------------------------------------------------
136   // Implementation of CallGraph construction
137   //
138
139   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
140   // does not already exist.
141   //
142   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
143
144   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
145   // of the methods that it calls.
146   //
147   void addToCallGraph(Function *F);
148
149   // destroy - Release memory for the call graph
150   void destroy();
151 };
152
153
154 //===----------------------------------------------------------------------===//
155 // CallGraphNode class definition
156 //
157 class CallGraphNode {
158   Function *Meth;
159   std::vector<CallGraphNode*> CalledMethods;
160
161   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
162 public:
163   //===---------------------------------------------------------------------
164   // Accessor methods...
165   //
166
167   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
168   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
169
170   // getMethod - Return the method that this call graph node represents...
171   Function *getMethod() const { return Meth; }
172
173   inline iterator begin() { return CalledMethods.begin(); }
174   inline iterator end()   { return CalledMethods.end();   }
175   inline const_iterator begin() const { return CalledMethods.begin(); }
176   inline const_iterator end()   const { return CalledMethods.end();   }
177   inline unsigned size() const { return CalledMethods.size(); }
178
179   // Subscripting operator - Return the i'th called method...
180   //
181   inline CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledMethods[i];}
182
183
184   //===---------------------------------------------------------------------
185   // Methods to keep a call graph up to date with a method that has been
186   // modified
187   //
188
189   void removeAllCalledMethods() {
190     CalledMethods.clear();
191   }
192
193 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
194   friend class CallGraph;
195
196   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified method...
197   inline CallGraphNode(Function *F) : Meth(F) {}
198   
199   // addCalledMethod add a method to the list of methods called by this one
200   void addCalledMethod(CallGraphNode *M) {
201     CalledMethods.push_back(M);
202   }
203 };
204
205
206
207 //===----------------------------------------------------------------------===//
208 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
209 // graphs by the generic graph algorithms...
210 //
211
212 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
213 // traversals.
214 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
215   typedef CallGraphNode NodeType;
216   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
217
218   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
219   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
220   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
221 };
222
223 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
224   typedef const CallGraphNode NodeType;
225   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
226
227   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
228   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
229   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
230 };
231
232
233 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> :
234   public GraphTraits<CallGraphNode*> {
235   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
236     return CGN->getRoot();
237   }
238 };
239 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
240   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
241   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
242     return CGN->getRoot();
243   }
244 };
245
246
247 //===----------------------------------------------------------------------===//
248 // Printing support for Call Graphs
249 //
250
251 // Stuff for printing out a callgraph...
252
253 void WriteToOutput(const CallGraph &, std::ostream &o);
254 inline std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const CallGraph &CG) {
255   WriteToOutput(CG, o); return o;
256 }
257   
258 void WriteToOutput(const CallGraphNode *, std::ostream &o);
259 inline std::ostream &operator <<(std::ostream &o, const CallGraphNode *CGN) {
260   WriteToOutput(CGN, o); return o;
261 }
262
263 #endif