add a new CallGraphNode::replaceCallEdge method and use it from
[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 is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // 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 #include "llvm/Support/CallSite.h"
58 #include "llvm/Support/ValueHandle.h"
59 #include "llvm/System/IncludeFile.h"
60 #include <map>
61
62 namespace llvm {
63
64 class Function;
65 class Module;
66 class CallGraphNode;
67
68 //===----------------------------------------------------------------------===//
69 // CallGraph class definition
70 //
71 class CallGraph {
72 protected:
73   Module *Mod;              // The module this call graph represents
74
75   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
76   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
77
78 public:
79   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
80   //===---------------------------------------------------------------------
81   // Accessors.
82   //
83   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
84   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
85
86   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
87   ///
88   Module &getModule() const { return *Mod; }
89
90   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
91   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
92   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
93   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
94
95   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
96   // function
97   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
98     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
99     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
100     return I->second;
101   }
102   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
103     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
104     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
105     return I->second;
106   }
107
108   /// Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls
109   /// into the callgraph.  Override this if you want behavioral inheritance.
110   virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
111   virtual CallGraphNode* getCallsExternalNode()   const { return 0; }
112
113   /// Return the root/main method in the module, or some other root node, such
114   /// as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioral
115   /// inheritance.
116   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
117   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
118
119   //===---------------------------------------------------------------------
120   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
121   // modified.
122   //
123
124   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
125   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
126   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
127   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
128   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
129   ///
130   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
131   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
132     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
133   }
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   void print(raw_ostream &o, Module *) const;
155   void dump() const;
156 protected:
157   // destroy - Release memory for the call graph
158   virtual void destroy();
159 };
160
161 //===----------------------------------------------------------------------===//
162 // CallGraphNode class definition.
163 //
164 class CallGraphNode {
165   AssertingVH<Function> F;
166   
167   // CallRecord - This is a pair of the calling instruction (a call or invoke)
168   // and the callgraph node being called.
169 public:
170   typedef std::pair<WeakVH, CallGraphNode*> CallRecord;
171 private:
172   std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
173   
174   /// NumReferences - This is the number of times that this CallGraphNode occurs
175   /// in the CalledFunctions array of this or other CallGraphNodes.
176   unsigned NumReferences;
177
178   CallGraphNode(const CallGraphNode &);            // DO NOT IMPLEMENT
179   void operator=(const CallGraphNode &);           // DO NOT IMPLEMENT
180   
181   void DropRef() { --NumReferences; }
182   void AddRef() { ++NumReferences; }
183 public:
184   typedef std::vector<CallRecord> CalledFunctionsVector;
185
186   
187   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
188   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f), NumReferences(0) {}
189   
190   //===---------------------------------------------------------------------
191   // Accessor methods.
192   //
193
194   typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
195   typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
196
197   // getFunction - Return the function that this call graph node represents.
198   Function *getFunction() const { return F; }
199
200   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
201   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
202   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
203   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
204   inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
205   inline unsigned size() const { return (unsigned)CalledFunctions.size(); }
206
207   /// getNumReferences - Return the number of other CallGraphNodes in this
208   /// CallGraph that reference this node in their callee list.
209   unsigned getNumReferences() const { return NumReferences; }
210   
211   // Subscripting operator - Return the i'th called function.
212   //
213   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
214     assert(i < CalledFunctions.size() && "Invalid index");
215     return CalledFunctions[i].second;
216   }
217
218   /// dump - Print out this call graph node.
219   ///
220   void dump() const;
221   void print(raw_ostream &OS) const;
222
223   //===---------------------------------------------------------------------
224   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
225   // modified
226   //
227
228   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
229   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
230   void removeAllCalledFunctions() {
231     while (!CalledFunctions.empty()) {
232       CalledFunctions.back().second->DropRef();
233       CalledFunctions.pop_back();
234     }
235   }
236   
237   /// stealCalledFunctionsFrom - Move all the callee information from N to this
238   /// node.
239   void stealCalledFunctionsFrom(CallGraphNode *N) {
240     assert(CalledFunctions.empty() &&
241            "Cannot steal callsite information if I already have some");
242     std::swap(CalledFunctions, N->CalledFunctions);
243   }
244   
245
246   /// addCalledFunction - Add a function to the list of functions called by this
247   /// one.
248   void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
249     CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS.getInstruction(), M));
250     M->AddRef();
251   }
252
253   void removeCallEdge(iterator I) {
254     I->second->DropRef();
255     *I = CalledFunctions.back();
256     CalledFunctions.pop_back();
257   }
258   
259   
260   /// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
261   /// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
262   /// should be used sparingly.
263   void removeCallEdgeFor(CallSite CS);
264
265   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes all call edges from this node
266   /// to the specified callee function.  This takes more time to execute than
267   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
268   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
269
270   /// removeOneAbstractEdgeTo - Remove one edge associated with a null callsite
271   /// from this node to the specified callee function.
272   void removeOneAbstractEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
273   
274   /// replaceCallEdge - This method replaces the edge in the node for the
275   /// specified call site with a new one.  Note that this method takes linear
276   /// time, so it should be used sparingly.
277   void replaceCallEdge(CallSite CS, CallSite NewCS, CallGraphNode *NewNode);
278   
279 };
280
281 //===----------------------------------------------------------------------===//
282 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
283 // graphs by the generic graph algorithms.
284 //
285
286 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
287 // traversals.
288 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
289   typedef CallGraphNode NodeType;
290
291   typedef CallGraphNode::CallRecord CGNPairTy;
292   typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
293
294   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
295
296   typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
297
298   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
299     return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
300   }
301   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
302     return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
303   }
304
305   static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
306     return P.second;
307   }
308
309 };
310
311 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
312   typedef const CallGraphNode NodeType;
313   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
314
315   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
316   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
317   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
318 };
319
320 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
321   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
322     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
323   }
324   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
325   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
326
327   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
328   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
329   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
330     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
331   }
332   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
333     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
334   }
335
336   static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
337     return *P.second;
338   }
339 };
340
341 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
342   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
343   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
344     return CGN->getExternalCallingNode();
345   }
346   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
347   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
348   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
349   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
350 };
351
352 } // End llvm namespace
353
354 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
355 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(CallGraph)
356
357 #endif