Step #1 to giving Callgraph some sane invariants. The problems with callgraph
[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/System/IncludeFile.h"
59 #include <map>
60
61 namespace llvm {
62
63 class Function;
64 class Module;
65 class CallGraphNode;
66
67 //===----------------------------------------------------------------------===//
68 // CallGraph class definition
69 //
70 class CallGraph {
71 protected:
72   Module *Mod;              // The module this call graph represents
73
74   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
75   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
76
77 public:
78   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
79   //===---------------------------------------------------------------------
80   // Accessors.
81   //
82   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
83   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
84
85   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
86   ///
87   Module &getModule() const { return *Mod; }
88
89   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
90   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
91   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
92   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
93
94   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
95   // function
96   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
97     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
98     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
99     return I->second;
100   }
101   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
102     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
103     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
104     return I->second;
105   }
106
107   /// Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls
108   /// into the callgraph.  Override this if you want behavioral inheritance.
109   virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
110   virtual CallGraphNode* getCallsExternalNode()   const { return 0; }
111
112   /// Return the root/main method in the module, or some other root node, such
113   /// as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioral
114   /// inheritance.
115   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
116   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
117
118   //===---------------------------------------------------------------------
119   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
120   // modified.
121   //
122
123   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
124   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
125   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
126   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
127   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
128   ///
129   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
130   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
131     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
132   }
133
134   /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
135   /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
136   /// not already exist.
137   CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
138
139   //===---------------------------------------------------------------------
140   // Pass infrastructure interface glue code.
141   //
142 protected:
143   CallGraph() {}
144
145 public:
146   virtual ~CallGraph() { destroy(); }
147
148   /// initialize - Call this method before calling other methods,
149   /// re/initializes the state of the CallGraph.
150   ///
151   void initialize(Module &M);
152
153   void print(raw_ostream &o, Module *) const;
154   void dump() const;
155 protected:
156   // destroy - Release memory for the call graph
157   virtual void destroy();
158 };
159
160 //===----------------------------------------------------------------------===//
161 // CallGraphNode class definition
162 //
163 class CallGraphNode {
164   Function *F;
165   typedef std::pair<CallSite,CallGraphNode*> CallRecord;
166   std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
167   
168   /// NumReferences - This is the number of times that this CallGraphNode occurs
169   /// in the CalledFunctions array of this or other CallGraphNodes.
170   unsigned NumReferences;
171
172   CallGraphNode(const CallGraphNode &);            // DO NOT IMPLEMENT
173   void operator=(const CallGraphNode &);           // DO NOT IMPLEMENT
174   
175   void DropRef() { --NumReferences; }
176   void AddRef() { ++NumReferences; }
177 public:
178   typedef std::vector<CallRecord> CalledFunctionsVector;
179
180   
181   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
182   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f), NumReferences(0) {}
183   
184   //===---------------------------------------------------------------------
185   // Accessor methods.
186   //
187
188   typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
189   typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
190
191   // getFunction - Return the function that this call graph node represents.
192   Function *getFunction() const { return F; }
193
194   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
195   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
196   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
197   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
198   inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
199   inline unsigned size() const { return (unsigned)CalledFunctions.size(); }
200
201   /// getNumReferences - Return the number of other CallGraphNodes in this
202   /// CallGraph that reference this node in their callee list.
203   unsigned getNumReferences() const { return NumReferences; }
204   
205   // Subscripting operator - Return the i'th called function.
206   //
207   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
208     assert(i < CalledFunctions.size() && "Invalid index");
209     return CalledFunctions[i].second;
210   }
211
212   /// dump - Print out this call graph node.
213   ///
214   void dump() const;
215   void print(raw_ostream &OS) const;
216
217   //===---------------------------------------------------------------------
218   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
219   // modified
220   //
221
222   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
223   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
224   void removeAllCalledFunctions() {
225     while (!CalledFunctions.empty()) {
226       CalledFunctions.back().second->DropRef();
227       CalledFunctions.pop_back();
228     }
229   }
230   
231   /// stealCalledFunctionsFrom - Move all the callee information from N to this
232   /// node.
233   void stealCalledFunctionsFrom(CallGraphNode *N) {
234     assert(CalledFunctions.empty() &&
235            "Cannot steal callsite information if I already have some");
236     std::swap(CalledFunctions, N->CalledFunctions);
237   }
238   
239
240   /// addCalledFunction - Add a function to the list of functions called by this
241   /// one.
242   void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
243     CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS, M));
244     M->AddRef();
245   }
246
247   /// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
248   /// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
249   /// should be used sparingly.
250   void removeCallEdgeFor(CallSite CS);
251
252   // FIXME: REMOVE THIS WHEN HACK IS REMOVED FROM CGSCCPASSMGR.
253   void removeCallEdgeFor(Instruction *CS);
254
255   
256   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes all call edges from this node
257   /// to the specified callee function.  This takes more time to execute than
258   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
259   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
260
261   /// removeOneAbstractEdgeTo - Remove one edge associated with a null callsite
262   /// from this node to the specified callee function.
263   void removeOneAbstractEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
264
265   /// replaceCallSite - Make the edge in the node for Old CallSite be for
266   /// New CallSite instead.  Note that this method takes linear time, so it
267   /// should be used sparingly.
268   void replaceCallSite(CallSite Old, CallSite New, CallGraphNode *NewCallee);
269 };
270
271 //===----------------------------------------------------------------------===//
272 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
273 // graphs by the generic graph algorithms.
274 //
275
276 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
277 // traversals.
278 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
279   typedef CallGraphNode NodeType;
280
281   typedef std::pair<CallSite, CallGraphNode*> CGNPairTy;
282   typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
283
284   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
285
286   typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
287
288   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
289     return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
290   }
291   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
292     return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
293   }
294
295   static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
296     return P.second;
297   }
298
299 };
300
301 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
302   typedef const CallGraphNode NodeType;
303   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
304
305   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
306   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
307   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
308 };
309
310 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
311   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
312     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
313   }
314   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
315   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
316
317   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
318   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
319   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
320     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
321   }
322   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
323     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
324   }
325
326   static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
327     return *P.second;
328   }
329 };
330
331 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
332   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
333   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
334     return CGN->getExternalCallingNode();
335   }
336   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
337   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
338   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
339   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
340 };
341
342 } // End llvm namespace
343
344 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
345 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(CallGraph)
346
347 #endif