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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 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
111   /// Return the root/main method in the module, or some other root node, such
112   /// as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioral
113   /// inheritance.
114   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
115   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
116
117   //===---------------------------------------------------------------------
118   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
119   // modified.
120   //
121
122   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
123   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
124   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
125   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
126   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
127   ///
128   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
129   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
130     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
131   }
132
133   /// changeFunction - This method changes the function associated with this
134   /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
135   /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
136   /// old code over).
137   void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
138
139   /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
140   /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
141   /// not already exist.
142   CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
143
144   //===---------------------------------------------------------------------
145   // Pass infrastructure interface glue code...
146   //
147 protected:
148   CallGraph() {}
149
150 public:
151   virtual ~CallGraph() { destroy(); }
152
153   /// initialize - Call this method before calling other methods,
154   /// re/initializes the state of the CallGraph.
155   ///
156   void initialize(Module &M);
157
158   virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
159   void print(std::ostream *o, const Module *M) const { if (o) print(*o, M); }
160   void dump() const;
161
162 protected:
163   // destroy - Release memory for the call graph
164   virtual void destroy();
165 };
166
167 //===----------------------------------------------------------------------===//
168 // CallGraphNode class definition
169 //
170 class CallGraphNode {
171   Function *F;
172   typedef std::pair<CallSite,CallGraphNode*> CallRecord;
173   std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
174
175   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
176 public:
177   //===---------------------------------------------------------------------
178   // Accessor methods...
179   //
180
181   typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
182   typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
183
184   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
185   Function *getFunction() const { return F; }
186
187   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
188   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
189   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
190   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
191   inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
192   inline unsigned size() const { return (unsigned)CalledFunctions.size(); }
193
194   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
195   //
196   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
197     return CalledFunctions[i].second;
198   }
199
200   /// dump - Print out this call graph node.
201   ///
202   void dump() const;
203   void print(std::ostream &OS) const;
204   void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
205
206   //===---------------------------------------------------------------------
207   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
208   // modified
209   //
210
211   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
212   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
213   void removeAllCalledFunctions() {
214     CalledFunctions.clear();
215   }
216
217   /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
218   /// one.
219   void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
220     CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS, M));
221   }
222
223   /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
224   /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
225   /// used sparingly.
226   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
227
228   /// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
229   /// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
230   /// should be used sparingly.
231   void removeCallEdgeFor(CallSite CS);
232
233   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
234   /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
235   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
236   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
237
238   friend class CallGraph;
239
240   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
241   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
242 };
243
244 //===----------------------------------------------------------------------===//
245 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
246 // graphs by the generic graph algorithms.
247 //
248
249 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
250 // traversals.
251 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
252   typedef CallGraphNode NodeType;
253
254   typedef std::pair<CallSite, CallGraphNode*> CGNPairTy;
255   typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
256
257   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
258
259   typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
260
261   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
262     return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
263   }
264   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
265     return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
266   }
267
268   static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
269     return P.second;
270   }
271
272 };
273
274 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
275   typedef const CallGraphNode NodeType;
276   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
277
278   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
279   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
280   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
281 };
282
283 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
284   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
285     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
286   }
287   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
288   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
289
290   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
291   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
292   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
293     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
294   }
295   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
296     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
297   }
298
299   static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
300     return *P.second;
301   }
302 };
303
304 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
305   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
306   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
307     return CGN->getExternalCallingNode();
308   }
309   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
310   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
311   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
312   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
313 };
314
315 } // End llvm namespace
316
317 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
318 FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(CallGraph)
319
320 #endif