Begin adding static dependence information to passes, which will allow us to
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / AliasSetTracker.cpp
1 //===- AliasSetTracker.cpp - Alias Sets Tracker implementation-------------===//
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 implements the AliasSetTracker and AliasSet classes.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #include "llvm/Analysis/AliasSetTracker.h"
15 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
16 #include "llvm/Instructions.h"
17 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
18 #include "llvm/Pass.h"
19 #include "llvm/Type.h"
20 #include "llvm/Target/TargetData.h"
21 #include "llvm/Assembly/Writer.h"
22 #include "llvm/Support/Debug.h"
23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
24 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
26 using namespace llvm;
27
28 /// mergeSetIn - Merge the specified alias set into this alias set.
29 ///
30 void AliasSet::mergeSetIn(AliasSet &AS, AliasSetTracker &AST) {
31   assert(!AS.Forward && "Alias set is already forwarding!");
32   assert(!Forward && "This set is a forwarding set!!");
33
34   // Update the alias and access types of this set...
35   AccessTy |= AS.AccessTy;
36   AliasTy  |= AS.AliasTy;
37   Volatile |= AS.Volatile;
38
39   if (AliasTy == MustAlias) {
40     // Check that these two merged sets really are must aliases.  Since both
41     // used to be must-alias sets, we can just check any pointer from each set
42     // for aliasing.
43     AliasAnalysis &AA = AST.getAliasAnalysis();
44     PointerRec *L = getSomePointer();
45     PointerRec *R = AS.getSomePointer();
46
47     // If the pointers are not a must-alias pair, this set becomes a may alias.
48     if (AA.alias(L->getValue(), L->getSize(), R->getValue(), R->getSize())
49         != AliasAnalysis::MustAlias)
50       AliasTy = MayAlias;
51   }
52
53   if (CallSites.empty()) {            // Merge call sites...
54     if (!AS.CallSites.empty())
55       std::swap(CallSites, AS.CallSites);
56   } else if (!AS.CallSites.empty()) {
57     CallSites.insert(CallSites.end(), AS.CallSites.begin(), AS.CallSites.end());
58     AS.CallSites.clear();
59   }
60
61   AS.Forward = this;  // Forward across AS now...
62   addRef();           // AS is now pointing to us...
63
64   // Merge the list of constituent pointers...
65   if (AS.PtrList) {
66     *PtrListEnd = AS.PtrList;
67     AS.PtrList->setPrevInList(PtrListEnd);
68     PtrListEnd = AS.PtrListEnd;
69
70     AS.PtrList = 0;
71     AS.PtrListEnd = &AS.PtrList;
72     assert(*AS.PtrListEnd == 0 && "End of list is not null?");
73   }
74 }
75
76 void AliasSetTracker::removeAliasSet(AliasSet *AS) {
77   if (AliasSet *Fwd = AS->Forward) {
78     Fwd->dropRef(*this);
79     AS->Forward = 0;
80   }
81   AliasSets.erase(AS);
82 }
83
84 void AliasSet::removeFromTracker(AliasSetTracker &AST) {
85   assert(RefCount == 0 && "Cannot remove non-dead alias set from tracker!");
86   AST.removeAliasSet(this);
87 }
88
89 void AliasSet::addPointer(AliasSetTracker &AST, PointerRec &Entry,
90                           unsigned Size, bool KnownMustAlias) {
91   assert(!Entry.hasAliasSet() && "Entry already in set!");
92
93   // Check to see if we have to downgrade to _may_ alias.
94   if (isMustAlias() && !KnownMustAlias)
95     if (PointerRec *P = getSomePointer()) {
96       AliasAnalysis &AA = AST.getAliasAnalysis();
97       AliasAnalysis::AliasResult Result =
98         AA.alias(P->getValue(), P->getSize(), Entry.getValue(), Size);
99       if (Result == AliasAnalysis::MayAlias)
100         AliasTy = MayAlias;
101       else                  // First entry of must alias must have maximum size!
102         P->updateSize(Size);
103       assert(Result != AliasAnalysis::NoAlias && "Cannot be part of must set!");
104     }
105
106   Entry.setAliasSet(this);
107   Entry.updateSize(Size);
108
109   // Add it to the end of the list...
110   assert(*PtrListEnd == 0 && "End of list is not null?");
111   *PtrListEnd = &Entry;
112   PtrListEnd = Entry.setPrevInList(PtrListEnd);
113   assert(*PtrListEnd == 0 && "End of list is not null?");
114   addRef();               // Entry points to alias set.
115 }
116
117 void AliasSet::addCallSite(CallSite CS, AliasAnalysis &AA) {
118   CallSites.push_back(CS.getInstruction());
119
120   AliasAnalysis::ModRefBehavior Behavior = AA.getModRefBehavior(CS);
121   if (Behavior == AliasAnalysis::DoesNotAccessMemory)
122     return;
123   else if (Behavior == AliasAnalysis::OnlyReadsMemory) {
124     AliasTy = MayAlias;
125     AccessTy |= Refs;
126     return;
127   }
128
129   // FIXME: This should use mod/ref information to make this not suck so bad
130   AliasTy = MayAlias;
131   AccessTy = ModRef;
132 }
133
134 /// aliasesPointer - Return true if the specified pointer "may" (or must)
135 /// alias one of the members in the set.
136 ///
137 bool AliasSet::aliasesPointer(const Value *Ptr, unsigned Size,
138                               AliasAnalysis &AA) const {
139   if (AliasTy == MustAlias) {
140     assert(CallSites.empty() && "Illegal must alias set!");
141
142     // If this is a set of MustAliases, only check to see if the pointer aliases
143     // SOME value in the set.
144     PointerRec *SomePtr = getSomePointer();
145     assert(SomePtr && "Empty must-alias set??");
146     return AA.alias(SomePtr->getValue(), SomePtr->getSize(), Ptr, Size);
147   }
148
149   // If this is a may-alias set, we have to check all of the pointers in the set
150   // to be sure it doesn't alias the set...
151   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
152     if (AA.alias(Ptr, Size, I.getPointer(), I.getSize()))
153       return true;
154
155   // Check the call sites list and invoke list...
156   if (!CallSites.empty()) {
157     for (unsigned i = 0, e = CallSites.size(); i != e; ++i)
158       if (AA.getModRefInfo(CallSites[i], Ptr, Size) != AliasAnalysis::NoModRef)
159         return true;
160   }
161
162   return false;
163 }
164
165 bool AliasSet::aliasesCallSite(CallSite CS, AliasAnalysis &AA) const {
166   if (AA.doesNotAccessMemory(CS))
167     return false;
168
169   for (unsigned i = 0, e = CallSites.size(); i != e; ++i) {
170     if (AA.getModRefInfo(getCallSite(i), CS) != AliasAnalysis::NoModRef ||
171         AA.getModRefInfo(CS, getCallSite(i)) != AliasAnalysis::NoModRef)
172       return true;
173   }
174
175   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
176     if (AA.getModRefInfo(CS, I.getPointer(), I.getSize()) !=
177            AliasAnalysis::NoModRef)
178       return true;
179
180   return false;
181 }
182
183 void AliasSetTracker::clear() {
184   // Delete all the PointerRec entries.
185   for (PointerMapType::iterator I = PointerMap.begin(), E = PointerMap.end();
186        I != E; ++I)
187     I->second->eraseFromList();
188   
189   PointerMap.clear();
190   
191   // The alias sets should all be clear now.
192   AliasSets.clear();
193 }
194
195
196 /// findAliasSetForPointer - Given a pointer, find the one alias set to put the
197 /// instruction referring to the pointer into.  If there are multiple alias sets
198 /// that may alias the pointer, merge them together and return the unified set.
199 ///
200 AliasSet *AliasSetTracker::findAliasSetForPointer(const Value *Ptr,
201                                                   unsigned Size) {
202   AliasSet *FoundSet = 0;
203   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
204     if (I->Forward || !I->aliasesPointer(Ptr, Size, AA)) continue;
205     
206     if (FoundSet == 0) {  // If this is the first alias set ptr can go into.
207       FoundSet = I;       // Remember it.
208     } else {              // Otherwise, we must merge the sets.
209       FoundSet->mergeSetIn(*I, *this);     // Merge in contents.
210     }
211   }
212
213   return FoundSet;
214 }
215
216 /// containsPointer - Return true if the specified location is represented by
217 /// this alias set, false otherwise.  This does not modify the AST object or
218 /// alias sets.
219 bool AliasSetTracker::containsPointer(Value *Ptr, unsigned Size) const {
220   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
221     if (!I->Forward && I->aliasesPointer(Ptr, Size, AA))
222       return true;
223   return false;
224 }
225
226
227
228 AliasSet *AliasSetTracker::findAliasSetForCallSite(CallSite CS) {
229   AliasSet *FoundSet = 0;
230   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
231     if (I->Forward || !I->aliasesCallSite(CS, AA))
232       continue;
233     
234     if (FoundSet == 0)        // If this is the first alias set ptr can go into.
235       FoundSet = I;           // Remember it.
236     else if (!I->Forward)     // Otherwise, we must merge the sets.
237       FoundSet->mergeSetIn(*I, *this);     // Merge in contents.
238   }
239   return FoundSet;
240 }
241
242
243
244
245 /// getAliasSetForPointer - Return the alias set that the specified pointer
246 /// lives in.
247 AliasSet &AliasSetTracker::getAliasSetForPointer(Value *Pointer, unsigned Size,
248                                                  bool *New) {
249   AliasSet::PointerRec &Entry = getEntryFor(Pointer);
250
251   // Check to see if the pointer is already known.
252   if (Entry.hasAliasSet()) {
253     Entry.updateSize(Size);
254     // Return the set!
255     return *Entry.getAliasSet(*this)->getForwardedTarget(*this);
256   }
257   
258   if (AliasSet *AS = findAliasSetForPointer(Pointer, Size)) {
259     // Add it to the alias set it aliases.
260     AS->addPointer(*this, Entry, Size);
261     return *AS;
262   }
263   
264   if (New) *New = true;
265   // Otherwise create a new alias set to hold the loaded pointer.
266   AliasSets.push_back(new AliasSet());
267   AliasSets.back().addPointer(*this, Entry, Size);
268   return AliasSets.back();
269 }
270
271 bool AliasSetTracker::add(Value *Ptr, unsigned Size) {
272   bool NewPtr;
273   addPointer(Ptr, Size, AliasSet::NoModRef, NewPtr);
274   return NewPtr;
275 }
276
277
278 bool AliasSetTracker::add(LoadInst *LI) {
279   bool NewPtr;
280   AliasSet &AS = addPointer(LI->getOperand(0),
281                             AA.getTypeStoreSize(LI->getType()),
282                             AliasSet::Refs, NewPtr);
283   if (LI->isVolatile()) AS.setVolatile();
284   return NewPtr;
285 }
286
287 bool AliasSetTracker::add(StoreInst *SI) {
288   bool NewPtr;
289   Value *Val = SI->getOperand(0);
290   AliasSet &AS = addPointer(SI->getOperand(1),
291                             AA.getTypeStoreSize(Val->getType()),
292                             AliasSet::Mods, NewPtr);
293   if (SI->isVolatile()) AS.setVolatile();
294   return NewPtr;
295 }
296
297 bool AliasSetTracker::add(VAArgInst *VAAI) {
298   bool NewPtr;
299   addPointer(VAAI->getOperand(0), ~0, AliasSet::ModRef, NewPtr);
300   return NewPtr;
301 }
302
303
304 bool AliasSetTracker::add(CallSite CS) {
305   if (isa<DbgInfoIntrinsic>(CS.getInstruction())) 
306     return true; // Ignore DbgInfo Intrinsics.
307   if (AA.doesNotAccessMemory(CS))
308     return true; // doesn't alias anything
309
310   AliasSet *AS = findAliasSetForCallSite(CS);
311   if (AS) {
312     AS->addCallSite(CS, AA);
313     return false;
314   }
315   AliasSets.push_back(new AliasSet());
316   AS = &AliasSets.back();
317   AS->addCallSite(CS, AA);
318   return true;
319 }
320
321 bool AliasSetTracker::add(Instruction *I) {
322   // Dispatch to one of the other add methods.
323   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
324     return add(LI);
325   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
326     return add(SI);
327   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
328     return add(CI);
329   if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I))
330     return add(II);
331   if (VAArgInst *VAAI = dyn_cast<VAArgInst>(I))
332     return add(VAAI);
333   return true;
334 }
335
336 void AliasSetTracker::add(BasicBlock &BB) {
337   for (BasicBlock::iterator I = BB.begin(), E = BB.end(); I != E; ++I)
338     add(I);
339 }
340
341 void AliasSetTracker::add(const AliasSetTracker &AST) {
342   assert(&AA == &AST.AA &&
343          "Merging AliasSetTracker objects with different Alias Analyses!");
344
345   // Loop over all of the alias sets in AST, adding the pointers contained
346   // therein into the current alias sets.  This can cause alias sets to be
347   // merged together in the current AST.
348   for (const_iterator I = AST.begin(), E = AST.end(); I != E; ++I) {
349     if (I->Forward) continue;   // Ignore forwarding alias sets
350     
351     AliasSet &AS = const_cast<AliasSet&>(*I);
352
353     // If there are any call sites in the alias set, add them to this AST.
354     for (unsigned i = 0, e = AS.CallSites.size(); i != e; ++i)
355       add(AS.CallSites[i]);
356
357     // Loop over all of the pointers in this alias set.
358     bool X;
359     for (AliasSet::iterator ASI = AS.begin(), E = AS.end(); ASI != E; ++ASI) {
360       AliasSet &NewAS = addPointer(ASI.getPointer(), ASI.getSize(),
361                                    (AliasSet::AccessType)AS.AccessTy, X);
362       if (AS.isVolatile()) NewAS.setVolatile();
363     }
364   }
365 }
366
367 /// remove - Remove the specified (potentially non-empty) alias set from the
368 /// tracker.
369 void AliasSetTracker::remove(AliasSet &AS) {
370   // Drop all call sites.
371   AS.CallSites.clear();
372   
373   // Clear the alias set.
374   unsigned NumRefs = 0;
375   while (!AS.empty()) {
376     AliasSet::PointerRec *P = AS.PtrList;
377
378     Value *ValToRemove = P->getValue();
379     
380     // Unlink and delete entry from the list of values.
381     P->eraseFromList();
382     
383     // Remember how many references need to be dropped.
384     ++NumRefs;
385
386     // Finally, remove the entry.
387     PointerMap.erase(ValToRemove);
388   }
389   
390   // Stop using the alias set, removing it.
391   AS.RefCount -= NumRefs;
392   if (AS.RefCount == 0)
393     AS.removeFromTracker(*this);
394 }
395
396 bool AliasSetTracker::remove(Value *Ptr, unsigned Size) {
397   AliasSet *AS = findAliasSetForPointer(Ptr, Size);
398   if (!AS) return false;
399   remove(*AS);
400   return true;
401 }
402
403 bool AliasSetTracker::remove(LoadInst *LI) {
404   unsigned Size = AA.getTypeStoreSize(LI->getType());
405   AliasSet *AS = findAliasSetForPointer(LI->getOperand(0), Size);
406   if (!AS) return false;
407   remove(*AS);
408   return true;
409 }
410
411 bool AliasSetTracker::remove(StoreInst *SI) {
412   unsigned Size = AA.getTypeStoreSize(SI->getOperand(0)->getType());
413   AliasSet *AS = findAliasSetForPointer(SI->getOperand(1), Size);
414   if (!AS) return false;
415   remove(*AS);
416   return true;
417 }
418
419 bool AliasSetTracker::remove(VAArgInst *VAAI) {
420   AliasSet *AS = findAliasSetForPointer(VAAI->getOperand(0), ~0);
421   if (!AS) return false;
422   remove(*AS);
423   return true;
424 }
425
426 bool AliasSetTracker::remove(CallSite CS) {
427   if (AA.doesNotAccessMemory(CS))
428     return false; // doesn't alias anything
429
430   AliasSet *AS = findAliasSetForCallSite(CS);
431   if (!AS) return false;
432   remove(*AS);
433   return true;
434 }
435
436 bool AliasSetTracker::remove(Instruction *I) {
437   // Dispatch to one of the other remove methods...
438   if (LoadInst *LI = dyn_cast<LoadInst>(I))
439     return remove(LI);
440   if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(I))
441     return remove(SI);
442   if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I))
443     return remove(CI);
444   if (VAArgInst *VAAI = dyn_cast<VAArgInst>(I))
445     return remove(VAAI);
446   return true;
447 }
448
449
450 // deleteValue method - This method is used to remove a pointer value from the
451 // AliasSetTracker entirely.  It should be used when an instruction is deleted
452 // from the program to update the AST.  If you don't use this, you would have
453 // dangling pointers to deleted instructions.
454 //
455 void AliasSetTracker::deleteValue(Value *PtrVal) {
456   // Notify the alias analysis implementation that this value is gone.
457   AA.deleteValue(PtrVal);
458
459   // If this is a call instruction, remove the callsite from the appropriate
460   // AliasSet (if present).
461   if (CallSite CS = PtrVal) {
462     if (!AA.doesNotAccessMemory(CS)) {
463       // Scan all the alias sets to see if this call site is contained.
464       for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
465         if (I->Forward) continue;
466         
467         I->removeCallSite(CS);
468       }
469     }
470   }
471
472   // First, look up the PointerRec for this pointer.
473   PointerMapType::iterator I = PointerMap.find(PtrVal);
474   if (I == PointerMap.end()) return;  // Noop
475
476   // If we found one, remove the pointer from the alias set it is in.
477   AliasSet::PointerRec *PtrValEnt = I->second;
478   AliasSet *AS = PtrValEnt->getAliasSet(*this);
479
480   // Unlink and delete from the list of values.
481   PtrValEnt->eraseFromList();
482   
483   // Stop using the alias set.
484   AS->dropRef(*this);
485   
486   PointerMap.erase(I);
487 }
488
489 // copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
490 // program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that it is ok for
491 // clients that use this method to introduce the same value multiple times: if
492 // the tracker already knows about a value, it will ignore the request.
493 //
494 void AliasSetTracker::copyValue(Value *From, Value *To) {
495   // Notify the alias analysis implementation that this value is copied.
496   AA.copyValue(From, To);
497
498   // First, look up the PointerRec for this pointer.
499   PointerMapType::iterator I = PointerMap.find(From);
500   if (I == PointerMap.end())
501     return;  // Noop
502   assert(I->second->hasAliasSet() && "Dead entry?");
503
504   AliasSet::PointerRec &Entry = getEntryFor(To);
505   if (Entry.hasAliasSet()) return;    // Already in the tracker!
506
507   // Add it to the alias set it aliases...
508   I = PointerMap.find(From);
509   AliasSet *AS = I->second->getAliasSet(*this);
510   AS->addPointer(*this, Entry, I->second->getSize(), true);
511 }
512
513
514
515 //===----------------------------------------------------------------------===//
516 //               AliasSet/AliasSetTracker Printing Support
517 //===----------------------------------------------------------------------===//
518
519 void AliasSet::print(raw_ostream &OS) const {
520   OS << "  AliasSet[" << (void*)this << ", " << RefCount << "] ";
521   OS << (AliasTy == MustAlias ? "must" : "may") << " alias, ";
522   switch (AccessTy) {
523   case NoModRef: OS << "No access "; break;
524   case Refs    : OS << "Ref       "; break;
525   case Mods    : OS << "Mod       "; break;
526   case ModRef  : OS << "Mod/Ref   "; break;
527   default: llvm_unreachable("Bad value for AccessTy!");
528   }
529   if (isVolatile()) OS << "[volatile] ";
530   if (Forward)
531     OS << " forwarding to " << (void*)Forward;
532
533
534   if (!empty()) {
535     OS << "Pointers: ";
536     for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
537       if (I != begin()) OS << ", ";
538       WriteAsOperand(OS << "(", I.getPointer());
539       OS << ", " << I.getSize() << ")";
540     }
541   }
542   if (!CallSites.empty()) {
543     OS << "\n    " << CallSites.size() << " Call Sites: ";
544     for (unsigned i = 0, e = CallSites.size(); i != e; ++i) {
545       if (i) OS << ", ";
546       WriteAsOperand(OS, CallSites[i]);
547     }
548   }
549   OS << "\n";
550 }
551
552 void AliasSetTracker::print(raw_ostream &OS) const {
553   OS << "Alias Set Tracker: " << AliasSets.size() << " alias sets for "
554      << PointerMap.size() << " pointer values.\n";
555   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
556     I->print(OS);
557   OS << "\n";
558 }
559
560 void AliasSet::dump() const { print(dbgs()); }
561 void AliasSetTracker::dump() const { print(dbgs()); }
562
563 //===----------------------------------------------------------------------===//
564 //                     ASTCallbackVH Class Implementation
565 //===----------------------------------------------------------------------===//
566
567 void AliasSetTracker::ASTCallbackVH::deleted() {
568   assert(AST && "ASTCallbackVH called with a null AliasSetTracker!");
569   AST->deleteValue(getValPtr());
570   // this now dangles!
571 }
572
573 AliasSetTracker::ASTCallbackVH::ASTCallbackVH(Value *V, AliasSetTracker *ast)
574   : CallbackVH(V), AST(ast) {}
575
576 AliasSetTracker::ASTCallbackVH &
577 AliasSetTracker::ASTCallbackVH::operator=(Value *V) {
578   return *this = ASTCallbackVH(V, AST);
579 }
580
581 //===----------------------------------------------------------------------===//
582 //                            AliasSetPrinter Pass
583 //===----------------------------------------------------------------------===//
584
585 namespace {
586   class AliasSetPrinter : public FunctionPass {
587     AliasSetTracker *Tracker;
588   public:
589     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
590     AliasSetPrinter() : FunctionPass(ID) {}
591
592     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
593       AU.setPreservesAll();
594       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
595     }
596
597     virtual bool runOnFunction(Function &F) {
598       Tracker = new AliasSetTracker(getAnalysis<AliasAnalysis>());
599
600       for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
601         Tracker->add(&*I);
602       Tracker->print(errs());
603       delete Tracker;
604       return false;
605     }
606   };
607 }
608
609 char AliasSetPrinter::ID = 0;
610 INITIALIZE_PASS_BEGIN(AliasSetPrinter, "print-alias-sets",
611                 "Alias Set Printer", false, true)
612 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
613 INITIALIZE_PASS_END(AliasSetPrinter, "print-alias-sets",
614                 "Alias Set Printer", false, true)