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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 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 : public ModulePass {
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   // Accessors...
89   //
90   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
91   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
92
93   CallGraphNode *getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
94   CallGraphNode *getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
95
96   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
97   // main cannot be found, the external node.
98   //
99         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
100   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
101
102   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
103   ///
104   Module &getModule() const { return *Mod; }
105
106   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
107   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
108   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
109   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
110
111
112   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
113   // function
114   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
115     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
116     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
117     return I->second;
118   }
119   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
120     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
121     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
122     return I->second;
123   }
124
125   //===---------------------------------------------------------------------
126   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
127   // modified.
128   //
129
130   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
131   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
132   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
133   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
134   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
135   ///
136   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
137   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
138     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
139   }
140
141   /// changeFunction - This method changes the function associated with this
142   /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
143   /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
144   /// old code over).
145   void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
146
147   //===---------------------------------------------------------------------
148   // Pass infrastructure interface glue code...
149   //
150   CallGraph() : Root(0), CallsExternalNode(0) {}
151   ~CallGraph() { destroy(); }
152
153   // runOnModule - Compute the call graph for the specified module.
154   virtual bool runOnModule(Module &M);
155
156   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
157   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
158     AU.setPreservesAll();
159   }
160
161   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
162   virtual void releaseMemory() {
163     destroy();
164   }
165
166   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
167   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
168   /// symbol table from the module.
169   ///
170   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
171
172   /// dump - Print out this call graph.
173   ///
174   void dump() const;
175
176   // stub - dummy function, just ignore it
177   static void stub();
178 private:
179   //===---------------------------------------------------------------------
180   // Implementation of CallGraph construction
181   //
182
183   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
184   // does not already exist.
185   //
186   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
187
188   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
189   // of the functions that it calls.
190   //
191   void addToCallGraph(Function *F);
192
193   // destroy - Release memory for the call graph
194   void destroy();
195 };
196
197
198 //===----------------------------------------------------------------------===//
199 // CallGraphNode class definition
200 //
201 class CallGraphNode {
202   Function *F;
203   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
204
205   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
206 public:
207   //===---------------------------------------------------------------------
208   // Accessor methods...
209   //
210
211   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
212   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
213
214   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
215   Function *getFunction() const { return F; }
216
217   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
218   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
219   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
220   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
221   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
222
223   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
224   //
225   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
226
227   /// dump - Print out this call graph node.
228   ///
229   void dump() const;
230   void print(std::ostream &OS) const;
231
232   //===---------------------------------------------------------------------
233   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
234   // modified
235   //
236
237   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
238   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
239   void removeAllCalledFunctions() {
240     CalledFunctions.clear();
241   }
242
243   /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
244   /// one.
245   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
246     CalledFunctions.push_back(M);
247   }
248
249   /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
250   /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
251   /// used sparingly.
252   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
253
254   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
255   /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
256   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
257   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
258
259 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
260   friend class CallGraph;
261
262   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
263   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
264 };
265
266
267
268 //===----------------------------------------------------------------------===//
269 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
270 // graphs by the generic graph algorithms...
271 //
272
273 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
274 // traversals.
275 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
276   typedef CallGraphNode NodeType;
277   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
278
279   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
280   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
281   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
282 };
283
284 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
285   typedef const CallGraphNode NodeType;
286   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
287
288   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
289   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
290   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
291 };
292
293 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
294   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
295     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
296   }
297   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
298   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
299
300   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
301   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
302   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
303     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
304   }
305   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
306     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
307   }
308
309   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
310                                        CallGraphNode*> P) {
311     return *P.second;
312   }
313 };
314 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
315   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
316   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
317     return CGN->getExternalCallingNode();
318   }
319   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
320   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
321   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
322   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
323 };
324
325 // Make sure that any clients of this file link in PostDominators.cpp
326 static IncludeFile
327 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
328
329 } // End llvm namespace
330
331 #endif