include/llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h

   1 //===- llvm/Analysis/MemoryDependenceAnalysis.h - Memory Deps  --*- 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 file defines the MemoryDependenceAnalysis analysis pass.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
  15 #define LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
  16
  17 #include "llvm/BasicBlock.h"
  18 #include "llvm/Pass.h"
  19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  20 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  21 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  22 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
  23
  24 namespace llvm {
  25   class Function;
  26   class FunctionPass;
  27   class Instruction;
  28   class CallSite;
  29   class AliasAnalysis;
  30   class TargetData;
  31   class MemoryDependenceAnalysis;
  32   class PredIteratorCache;
  33
  34   /// MemDepResult - A memory dependence query can return one of three different
  35   /// answers, described below.
  36   class MemDepResult {
  37     enum DepType {
  38       /// Invalid - Clients of MemDep never see this.
  39       Invalid = 0,
  40
  41       /// Clobber - This is a dependence on the specified instruction which
  42       /// clobbers the desired value.  The pointer member of the MemDepResult
  43       /// pair holds the instruction that clobbers the memory.  For example,
  44       /// this occurs when we see a may-aliased store to the memory location we
  45       /// care about.
  46       Clobber,
  47
  48       /// Def - This is a dependence on the specified instruction which
  49       /// defines/produces the desired memory location.  The pointer member of
  50       /// the MemDepResult pair holds the instruction that defines the memory.
  51       /// Cases of interest:
  52       ///   1. This could be a load or store for dependence queries on
  53       ///      load/store.  The value loaded or stored is the produced value.
  54       ///      Note that the pointer operand may be different than that of the
  55       ///      queried pointer due to must aliases and phi translation.  Note
  56       ///      that the def may not be the same type as the query, the pointers
  57       ///      may just be must aliases.
  58       ///   2. For loads and stores, this could be an allocation instruction. In
  59       ///      this case, the load is loading an undef value or a store is the
  60       ///      first store to (that part of) the allocation.
  61       ///   3. Dependence queries on calls return Def only when they are
  62       ///      readonly calls with identical callees and no intervening
  63       ///      clobbers.  No validation is done that the operands to the calls
  64       ///      are the same.
  65       Def,
  66
  67       /// NonLocal - This marker indicates that the query has no dependency in
  68       /// the specified block.  To find out more, the client should query other
  69       /// predecessor blocks.
  70       NonLocal
  71     };
  72     typedef PointerIntPair<Instruction*, 2, DepType> PairTy;
  73     PairTy Value;
  74     explicit MemDepResult(PairTy V) : Value(V) {}
  75   public:
  76     MemDepResult() : Value(0, Invalid) {}
  77
  78     /// get methods: These are static ctor methods for creating various
  79     /// MemDepResult kinds.
  80     static MemDepResult getDef(Instruction *Inst) {
  81       return MemDepResult(PairTy(Inst, Def));
  82     }
  83     static MemDepResult getClobber(Instruction *Inst) {
  84       return MemDepResult(PairTy(Inst, Clobber));
  85     }
  86     static MemDepResult getNonLocal() {
  87       return MemDepResult(PairTy(0, NonLocal));
  88     }
  89
  90     /// isClobber - Return true if this MemDepResult represents a query that is
  91     /// a instruction clobber dependency.
  92     bool isClobber() const { return Value.getInt() == Clobber; }
  93
  94     /// isDef - Return true if this MemDepResult represents a query that is
  95     /// a instruction definition dependency.
  96     bool isDef() const { return Value.getInt() == Def; }
  97
  98     /// isNonLocal - Return true if this MemDepResult represents an query that
  99     /// is transparent to the start of the block, but where a non-local hasn't
 100     /// been done.
 101     bool isNonLocal() const { return Value.getInt() == NonLocal; }
 102
 103     /// getInst() - If this is a normal dependency, return the instruction that
 104     /// is depended on.  Otherwise, return null.
 105     Instruction *getInst() const { return Value.getPointer(); }
 106
 107     bool operator==(const MemDepResult &M) const { return M.Value == Value; }
 108     bool operator!=(const MemDepResult &M) const { return M.Value != Value; }
 109     bool operator<(const MemDepResult &M) const { return M.Value < Value; }
 110     bool operator>(const MemDepResult &M) const { return M.Value > Value; }
 111   private:
 112     friend class MemoryDependenceAnalysis;
 113     /// Dirty - Entries with this marker occur in a LocalDeps map or
 114     /// NonLocalDeps map when the instruction they previously referenced was
 115     /// removed from MemDep.  In either case, the entry may include an
 116     /// instruction pointer.  If so, the pointer is an instruction in the
 117     /// block where scanning can start from, saving some work.
 118     ///
 119     /// In a default-constructed MemDepResult object, the type will be Dirty
 120     /// and the instruction pointer will be null.
 121     ///
 122
 123     /// isDirty - Return true if this is a MemDepResult in its dirty/invalid.
 124     /// state.
 125     bool isDirty() const { return Value.getInt() == Invalid; }
 126
 127     static MemDepResult getDirty(Instruction *Inst) {
 128       return MemDepResult(PairTy(Inst, Invalid));
 129     }
 130   };
 131
 132   /// MemoryDependenceAnalysis - This is an analysis that determines, for a
 133   /// given memory operation, what preceding memory operations it depends on.
 134   /// It builds on alias analysis information, and tries to provide a lazy,
 135   /// caching interface to a common kind of alias information query.
 136   ///
 137   /// The dependency information returned is somewhat unusual, but is pragmatic.
 138   /// If queried about a store or call that might modify memory, the analysis
 139   /// will return the instruction[s] that may either load from that memory or
 140   /// store to it.  If queried with a load or call that can never modify memory,
 141   /// the analysis will return calls and stores that might modify the pointer,
 142   /// but generally does not return loads unless a) they are volatile, or
 143   /// b) they load from *must-aliased* pointers.  Returning a dependence on
 144   /// must-alias'd pointers instead of all pointers interacts well with the
 145   /// internal caching mechanism.
 146   ///
 147   class MemoryDependenceAnalysis : public FunctionPass {
 148     // A map from instructions to their dependency.
 149     typedef DenseMap<Instruction*, MemDepResult> LocalDepMapType;
 150     LocalDepMapType LocalDeps;
 151
 152   public:
 153     typedef std::pair<BasicBlock*, MemDepResult> NonLocalDepEntry;
 154     typedef std::vector<NonLocalDepEntry> NonLocalDepInfo;
 155   private:
 156     /// ValueIsLoadPair - This is a pair<Value*, bool> where the bool is true if
 157     /// the dependence is a read only dependence, false if read/write.
 158     typedef PointerIntPair<Value*, 1, bool> ValueIsLoadPair;
 159
 160     /// CachedNonLocalPointerInfo - This map stores the cached results of doing
 161     /// a pointer lookup at the bottom of a block.  The key of this map is the
 162     /// pointer+isload bit, the value is a list of <bb->result> mappings.
 163     typedef DenseMap<ValueIsLoadPair,
 164       std::pair<BasicBlock*, NonLocalDepInfo> > CachedNonLocalPointerInfo;
 165     CachedNonLocalPointerInfo NonLocalPointerDeps;
 166
 167     // A map from instructions to their non-local pointer dependencies.
 168     // The elements of the SmallPtrSet are ValueIsLoadPair's.
 169     typedef DenseMap<Instruction*,
 170                      SmallPtrSet<void*, 4> > ReverseNonLocalPtrDepTy;
 171     ReverseNonLocalPtrDepTy ReverseNonLocalPtrDeps;
 172
 173
 174     /// PerInstNLInfo - This is the instruction we keep for each cached access
 175     /// that we have for an instruction.  The pointer is an owning pointer and
 176     /// the bool indicates whether we have any dirty bits in the set.
 177     typedef std::pair<NonLocalDepInfo, bool> PerInstNLInfo;
 178
 179     // A map from instructions to their non-local dependencies.
 180     typedef DenseMap<Instruction*, PerInstNLInfo> NonLocalDepMapType;
 181
 182     NonLocalDepMapType NonLocalDeps;
 183
 184     // A reverse mapping from dependencies to the dependees.  This is
 185     // used when removing instructions to keep the cache coherent.
 186     typedef DenseMap<Instruction*,
 187                      SmallPtrSet<Instruction*, 4> > ReverseDepMapType;
 188     ReverseDepMapType ReverseLocalDeps;
 189
 190     // A reverse mapping form dependencies to the non-local dependees.
 191     ReverseDepMapType ReverseNonLocalDeps;
 192
 193     /// Current AA implementation, just a cache.
 194     AliasAnalysis *AA;
 195     TargetData *TD;
 196     OwningPtr<PredIteratorCache> PredCache;
 197   public:
 198     MemoryDependenceAnalysis();
 199     ~MemoryDependenceAnalysis();
 200     static char ID;
 201
 202     /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis eagerly.
 203     bool runOnFunction(Function &);
 204
 205     /// Clean up memory in between runs
 206     void releaseMemory();
 207
 208     /// getAnalysisUsage - Does not modify anything.  It uses Value Numbering
 209     /// and Alias Analysis.
 210     ///
 211     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
 212
 213     /// getDependency - Return the instruction on which a memory operation
 214     /// depends.  See the class comment for more details.  It is illegal to call
 215     /// this on non-memory instructions.
 216     MemDepResult getDependency(Instruction *QueryInst);
 217
 218     /// getNonLocalCallDependency - Perform a full dependency query for the
 219     /// specified call, returning the set of blocks that the value is
 220     /// potentially live across.  The returned set of results will include a
 221     /// "NonLocal" result for all blocks where the value is live across.
 222     ///
 223     /// This method assumes the instruction returns a "NonLocal" dependency
 224     /// within its own block.
 225     ///
 226     /// This returns a reference to an internal data structure that may be
 227     /// invalidated on the next non-local query or when an instruction is
 228     /// removed.  Clients must copy this data if they want it around longer than
 229     /// that.
 230     const NonLocalDepInfo &getNonLocalCallDependency(CallSite QueryCS);
 231
 232
 233     /// getNonLocalPointerDependency - Perform a full dependency query for an
 234     /// access to the specified (non-volatile) memory location, returning the
 235     /// set of instructions that either define or clobber the value.
 236     ///
 237     /// This method assumes the pointer has a "NonLocal" dependency within BB.
 238     void getNonLocalPointerDependency(Value *Pointer, bool isLoad,
 239                                       BasicBlock *BB,
 240                                      SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result);
 241
 242     /// removeInstruction - Remove an instruction from the dependence analysis,
 243     /// updating the dependence of instructions that previously depended on it.
 244     void removeInstruction(Instruction *InstToRemove);
 245
 246   private:
 247     MemDepResult getPointerDependencyFrom(Value *Pointer, uint64_t MemSize,
 248                                           bool isLoad,
 249                                           BasicBlock::iterator ScanIt,
 250                                           BasicBlock *BB);
 251     MemDepResult getCallSiteDependencyFrom(CallSite C, bool isReadOnlyCall,
 252                                            BasicBlock::iterator ScanIt,
 253                                            BasicBlock *BB);
 254     void getNonLocalPointerDepFromBB(Value *Pointer, uint64_t Size,
 255                                      bool isLoad, BasicBlock *BB,
 256                                      SmallVectorImpl<NonLocalDepEntry> &Result,
 257                                      SmallPtrSet<BasicBlock*, 64> &Visited);
 258     MemDepResult GetNonLocalInfoForBlock(Value *Pointer, uint64_t PointeeSize,
 259                                          bool isLoad, BasicBlock *BB,
 260                                          NonLocalDepInfo *Cache,
 261                                          unsigned NumSortedEntries);
 262
 263
 264     void RemoveCachedNonLocalPointerDependencies(ValueIsLoadPair P);
 265
 266     /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur
 267     /// in our internal data structures.
 268     void verifyRemoved(Instruction *Inst) const;
 269
 270   };
 271
 272 } // End llvm namespace
 273
 274 #endif