[PM] Remove a failed attempt to port the CallGraph analysis to the new
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / BasicAliasAnalysis.cpp
1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
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 primary stateless implementation of the
11 // Alias Analysis interface that implements identities (two different
12 // globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
21 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
22 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
23 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
24 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
25 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
26 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
28 #include "llvm/IR/Constants.h"
29 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
30 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
31 #include "llvm/IR/Dominators.h"
32 #include "llvm/IR/Function.h"
33 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
34 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
35 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
36 #include "llvm/IR/Instructions.h"
37 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
38 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
39 #include "llvm/IR/Operator.h"
40 #include "llvm/Pass.h"
41 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
42 #include <algorithm>
43 using namespace llvm;
44
45 /// Enable analysis of recursive PHI nodes.
46 static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi",
47                                           cl::Hidden, cl::init(false));
48
49 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
50 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
51 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
52 /// cannot be involved in a cycle.
53 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
54
55 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
56 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
57 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
58 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
59
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61 // Useful predicates
62 //===----------------------------------------------------------------------===//
63
64 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
65 /// object that never escapes from the function.
66 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
67   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
68   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
69     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
70     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
71     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
72     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
73     // more precise.
74     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
75
76   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
77   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
78   // inside the function.
79   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
80     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
81       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
82       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
83       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
84       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
85
86   return false;
87 }
88
89 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
90 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
91 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
92   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
93     return true;
94
95   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
96   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
97   // to PointerMayBeCaptured).
98   if (isa<LoadInst>(V))
99     return true;
100
101   return false;
102 }
103
104 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
105 /// UnknownSize if unknown.
106 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
107                               const TargetLibraryInfo &TLI,
108                               bool RoundToAlign = false) {
109   uint64_t Size;
110   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
111     return Size;
112   return MemoryLocation::UnknownSize;
113 }
114
115 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
116 /// by V is smaller than Size.
117 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
118                                 const DataLayout &DL,
119                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
120   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
121   // following contexts:
122   //    c1: llvm::getObjectSize()
123   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
124   //    c3: isObjectSmallerThan()
125   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
126   // refers to the "entire object".
127   //
128   //  Consider this example:
129   //     char *p = (char*)malloc(100)
130   //     char *q = p+80;
131   //
132   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
133   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
134   //
135   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
136   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
137   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
138   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
139   // entire object, we should:
140   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
141   //      question (in this case rewind to p), or
142   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
143   //      to the base address the object.
144   //
145   // We go for 2nd option for simplicity.
146   if (!isIdentifiedObject(V))
147     return false;
148
149   // This function needs to use the aligned object size because we allow
150   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
151   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
152
153   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
154 }
155
156 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
157 /// by V has size Size.
158 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
159                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
160   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
161   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
162 }
163
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
166 //===----------------------------------------------------------------------===//
167
168 namespace {
169   enum ExtensionKind {
170     EK_NotExtended,
171     EK_SignExt,
172     EK_ZeroExt
173   };
174
175   struct VariableGEPIndex {
176     const Value *V;
177     ExtensionKind Extension;
178     int64_t Scale;
179
180     bool operator==(const VariableGEPIndex &Other) const {
181       return V == Other.V && Extension == Other.Extension &&
182         Scale == Other.Scale;
183     }
184
185     bool operator!=(const VariableGEPIndex &Other) const {
186       return !operator==(Other);
187     }
188   };
189 }
190
191
192 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
193 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
194 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
195 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
196 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
197 ///
198 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
199 /// represented in the result.
200 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
201                                   ExtensionKind &Extension,
202                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth,
203                                   AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
204   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
205
206   // Limit our recursion depth.
207   if (Depth == 6) {
208     Scale = 1;
209     Offset = 0;
210     return V;
211   }
212
213   if (ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
214     // if it's a constant, just convert it to an offset
215     // and remove the variable.
216     Offset += Const->getValue();
217     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
218     return V;
219   }
220
221   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
222     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
223       switch (BOp->getOpcode()) {
224       default: break;
225       case Instruction::Or:
226         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
227         // analyze it.
228         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
229                                BOp, DT))
230           break;
231         // FALL THROUGH.
232       case Instruction::Add:
233         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
234                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
235         Offset += RHSC->getValue();
236         return V;
237       case Instruction::Mul:
238         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
239                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
240         Offset *= RHSC->getValue();
241         Scale *= RHSC->getValue();
242         return V;
243       case Instruction::Shl:
244         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
245                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
246         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
247         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
248         return V;
249       }
250     }
251   }
252
253   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
254   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
255   // extensions have to be consistent though.
256   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
257       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
258     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
259     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
260     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
261     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
262     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
263     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
264
265     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension, DL,
266                                         Depth + 1, AC, DT);
267     Scale = Scale.zext(OldWidth);
268
269     // We have to sign-extend even if Extension == EK_ZeroExt as we can't
270     // decompose a sign extension (i.e. zext(x - 1) != zext(x) - zext(-1)).
271     Offset = Offset.sext(OldWidth);
272
273     return Result;
274   }
275
276   Scale = 1;
277   Offset = 0;
278   return V;
279 }
280
281 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
282 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
283 /// offsets.
284 ///
285 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
286 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
287 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
288 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
289 ///
290 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
291 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
292 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
293 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
294 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
295 ///
296 static const Value *
297 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
298                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
299                        bool &MaxLookupReached, const DataLayout &DL,
300                        AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
301   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
302   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
303   MaxLookupReached = false;
304
305   BaseOffs = 0;
306   do {
307     // See if this is a bitcast or GEP.
308     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
309     if (!Op) {
310       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
311       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
312         if (!GA->mayBeOverridden()) {
313           V = GA->getAliasee();
314           continue;
315         }
316       }
317       return V;
318     }
319
320     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
321         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
322       V = Op->getOperand(0);
323       continue;
324     }
325
326     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
327     if (!GEPOp) {
328       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
329       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
330       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
331         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
332         // (these are both now available in this function, but this should be
333         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
334         // provided also.
335         if (const Value *Simplified =
336               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
337           V = Simplified;
338           continue;
339         }
340
341       return V;
342     }
343
344     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
345     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
346       return V;
347
348     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
349     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
350     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
351     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
352          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
353       Value *Index = *I;
354       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
355       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
356         // For a struct, add the member offset.
357         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
358         if (FieldNo == 0) continue;
359
360         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
361         continue;
362       }
363
364       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
365       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
366         if (CIdx->isZero()) continue;
367         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
368         continue;
369       }
370
371       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
372       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
373
374       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
375       // sign extended to pointer size.
376       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
377       if (DL.getPointerSizeInBits(AS) > Width)
378         Extension = EK_SignExt;
379
380       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
381       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
382       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension, DL,
383                                   0, AC, DT);
384
385       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
386       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
387       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
388       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
389
390       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
391       // scale into it.  For example, we want to handle:
392       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
393       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
394       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
395         if (VarIndices[i].V == Index &&
396             VarIndices[i].Extension == Extension) {
397           Scale += VarIndices[i].Scale;
398           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
399           break;
400         }
401       }
402
403       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
404       // pointer size.
405       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
406         Scale <<= ShiftBits;
407         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
408       }
409
410       if (Scale) {
411         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
412                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
413         VarIndices.push_back(Entry);
414       }
415     }
416
417     // Analyze the base pointer next.
418     V = GEPOp->getOperand(0);
419   } while (--MaxLookup);
420
421   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
422   MaxLookupReached = true;
423   return V;
424 }
425
426 //===----------------------------------------------------------------------===//
427 // BasicAliasAnalysis Pass
428 //===----------------------------------------------------------------------===//
429
430 #ifndef NDEBUG
431 static const Function *getParent(const Value *V) {
432   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
433     return inst->getParent()->getParent();
434
435   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
436     return arg->getParent();
437
438   return nullptr;
439 }
440
441 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
442
443   const Function *F1 = getParent(O1);
444   const Function *F2 = getParent(O2);
445
446   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
447 }
448 #endif
449
450 namespace {
451   /// BasicAliasAnalysis - This is the primary alias analysis implementation.
452   struct BasicAliasAnalysis : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
453     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
454     BasicAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
455       initializeBasicAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
456     }
457
458     bool doInitialization(Module &M) override;
459
460     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
461       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
462       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
463       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
464     }
465
466     AliasResult alias(const MemoryLocation &LocA,
467                       const MemoryLocation &LocB) override {
468       assert(AliasCache.empty() && "AliasCache must be cleared after use!");
469       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
470              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
471       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags,
472                                      LocB.Ptr, LocB.Size, LocB.AATags);
473       // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
474       // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
475       // SmallDenseMap if it ever grows larger.
476       // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
477       AliasCache.shrink_and_clear();
478       VisitedPhiBBs.clear();
479       return Alias;
480     }
481
482     ModRefInfo getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
483                              const MemoryLocation &Loc) override;
484
485     ModRefInfo getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
486                              ImmutableCallSite CS2) override;
487
488     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
489     /// global) or not.
490     bool pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
491                                 bool OrLocal) override;
492
493     /// Get the location associated with a pointer argument of a callsite.
494     ModRefInfo getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx) override;
495
496     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
497     /// call site.
498     FunctionModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
499
500     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
501     /// For use when the call site is not known.
502     FunctionModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
503
504     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
505     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
506     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
507     /// specified pass info.
508     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
509       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
510         return (AliasAnalysis*)this;
511       return this;
512     }
513
514   private:
515     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
516     typedef std::pair<MemoryLocation, MemoryLocation> LocPair;
517     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
518     AliasCacheTy AliasCache;
519
520     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
521     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
522     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
523     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
524     /// pointer.
525     /// The following example shows the problem:
526     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
527     ///   %l = load %ptr
528     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
529     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
530     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
531     ///   store %l, ...
532     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
533
534     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
535     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
536
537     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
538     ///
539     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
540     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
541     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
542     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
543     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
544     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
545
546     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
547     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
548     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
549     /// difference between the two pointers.
550     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
551                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
552
553     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
554     // instruction against another.
555     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
556                          const AAMDNodes &V1AAInfo,
557                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
558                          const AAMDNodes &V2AAInfo,
559                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
560
561     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
562     // instruction against another.
563     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
564                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
565                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
566                          const AAMDNodes &V2AAInfo);
567
568     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
569     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
570                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
571                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
572                             const AAMDNodes &V2AAInfo);
573
574     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
575                            AAMDNodes V1AATag,
576                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
577                            AAMDNodes V2AATag);
578   };
579 }  // End of anonymous namespace
580
581 // Register this pass...
582 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
583 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
584                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
585                    false, true, false)
586 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
587 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
588 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
589                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
590                    false, true, false)
591
592
593 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
594   return new BasicAliasAnalysis();
595 }
596
597 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
598 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
599 /// considered local to all functions.
600 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
601                                                 bool OrLocal) {
602   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
603
604   unsigned MaxLookup = 8;
605   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
606   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
607   do {
608     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
609     if (!Visited.insert(V).second) {
610       Visited.clear();
611       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
612     }
613
614     // An alloca instruction defines local memory.
615     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
616       continue;
617
618     // A global constant counts as local memory for our purposes.
619     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
620       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
621       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
622       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
623       if (!GV->isConstant()) {
624         Visited.clear();
625         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
626       }
627       continue;
628     }
629
630     // If both select values point to local memory, then so does the select.
631     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
632       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
633       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
634       continue;
635     }
636
637     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
638     // the phi.
639     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
640       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
641       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
642         Visited.clear();
643         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
644       }
645       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
646         Worklist.push_back(IncValue);
647       continue;
648     }
649
650     // Otherwise be conservative.
651     Visited.clear();
652     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
653
654   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
655
656   Visited.clear();
657   return Worklist.empty();
658 }
659
660 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
661 // some common utility location.
662 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
663                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
664   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
665       MS->getName() == "memset_pattern16") {
666     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
667     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
668         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
669         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
670         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
671       return true;
672   }
673
674   return false;
675 }
676
677 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
678 FunctionModRefBehavior
679 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
680   if (CS.doesNotAccessMemory())
681     // Can't do better than this.
682     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
683
684   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
685
686   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
687   // than that.
688   if (CS.onlyReadsMemory())
689     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
690
691   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
692     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
693
694   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
695   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
696 }
697
698 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
699 /// For use when the call site is not known.
700 FunctionModRefBehavior
701 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
702   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
703   if (F->doesNotAccessMemory())
704     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
705
706   // For intrinsics, we can check the table.
707   if (Intrinsic::ID iid = F->getIntrinsicID()) {
708 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
709 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
710 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
711   }
712
713   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
714
715   // If the function declares it only reads memory, go with that.
716   if (F->onlyReadsMemory())
717     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
718
719   if (F->onlyAccessesArgMemory())
720     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
721
722   const TargetLibraryInfo &TLI =
723       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
724   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
725     Min = FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees;
726
727   // Otherwise be conservative.
728   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
729 }
730
731 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
732                                                 unsigned ArgIdx) {
733   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
734     switch (II->getIntrinsicID()) {
735     default:
736       break;
737     case Intrinsic::memset:
738     case Intrinsic::memcpy:
739     case Intrinsic::memmove:
740       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
741              "Invalid argument index for memory intrinsic");
742       return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
743     }
744
745   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
746   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
747   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
748   // whenever possible.
749   if (CS.getCalledFunction() &&
750       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
751     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
752            "Invalid argument index for memset_pattern16");
753     return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
754   }
755   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
756
757   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
758 }
759
760 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
761   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
762   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
763     return true;
764
765   return false;
766 }
767
768 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
769   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
770   return true;
771 }
772
773 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
774 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
775 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
776 /// simple "address taken" analysis on local objects.
777 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
778                                              const MemoryLocation &Loc) {
779   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
780          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
781
782   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
783
784   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
785   // the tail call cannot access or modify the local stack.
786   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
787   // the current function not to the current function, and a tail callee
788   // may reference them.
789   if (isa<AllocaInst>(Object))
790     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
791       if (CI->isTailCall())
792         return MRI_NoModRef;
793
794   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
795   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
796   // as an argument, and itself doesn't capture it.
797   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
798       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
799     bool PassedAsArg = false;
800     unsigned ArgNo = 0;
801     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
802          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
803       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
804       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
805       // couldn't be no-capture.
806       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
807           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
808         continue;
809
810       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
811       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
812       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
813       // escape.
814       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
815         PassedAsArg = true;
816         break;
817       }
818     }
819
820     if (!PassedAsArg)
821       return MRI_NoModRef;
822   }
823
824   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
825   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
826   // particular memory location.
827   if (isAssumeIntrinsic(CS))
828     return MRI_NoModRef;
829
830   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
831   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
832 }
833
834 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
835                                              ImmutableCallSite CS2) {
836   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
837   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
838   // particular memory location.
839   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
840     return MRI_NoModRef;
841
842   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
843   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
844 }
845
846 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
847 /// operators, both having the exact same pointer operand.
848 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
849                                             uint64_t V1Size,
850                                             const GEPOperator *GEP2,
851                                             uint64_t V2Size,
852                                             const DataLayout &DL) {
853
854   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
855          "Expected GEPs with the same pointer operand");
856
857   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
858   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
859   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
860   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
861       GEP1->getNumIndices() < 2)
862     return MayAlias;
863
864   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
865   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
866   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
867       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
868     return MayAlias;
869
870   ConstantInt *C1 =
871       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
872   ConstantInt *C2 =
873       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
874
875   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
876   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
877   // equal, so the GEPs can alias.
878   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
879     return MayAlias;
880
881   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
882   // you stripped the last index.
883   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
884   // than an array, different indices can lead to different final types.
885   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
886
887   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
888   // through it as it only drops the pointer indirection.
889   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
890   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
891
892   // Insert all the remaining indices but the last one.
893   // Also, check that they all index through arrays.
894   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
895     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
896             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
897       return MayAlias;
898     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
899   }
900
901   StructType *LastIndexedStruct =
902       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
903           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
904
905   if (!LastIndexedStruct)
906     return MayAlias;
907
908   // We know that:
909   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
910   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
911   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
912   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
913   //
914   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
915   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
916   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
917   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
918
919   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
920   // alias is that the fields are not overlapping.
921   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
922   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
923   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
924   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
925
926   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
927                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
928     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
929            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
930             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
931   };
932
933   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
934       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
935     return NoAlias;
936
937   return MayAlias;
938 }
939
940 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
941 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
942 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
943 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
944 ///
945 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
946     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
947     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
948     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
949   int64_t GEP1BaseOffset;
950   bool GEP1MaxLookupReached;
951   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
952
953   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
954   // different functions.
955   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
956   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
957   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
958   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
959   // this isn't really a clean solution.
960   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
961   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
962   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
963     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
964         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
965   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
966     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
967         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
968
969   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
970       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
971   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
972
973   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
974   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
975   // derived pointer.
976   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
977     // Do the base pointers alias?
978     AliasResult BaseAlias =
979         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
980                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
981
982     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
983     // identical.
984     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
985       // Do the base pointers alias assuming type and size.
986       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
987                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
988                                                 V2Size, V2AAInfo);
989       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
990         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
991         // relation of the resulting pointer.
992         int64_t GEP2BaseOffset;
993         bool GEP2MaxLookupReached;
994         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
995         const Value *GEP2BasePtr =
996             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
997                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
998         const Value *GEP1BasePtr =
999             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1000                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1001         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1002         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1003         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1004           assert(!DL &&
1005                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1006           return MayAlias;
1007         }
1008         // If the max search depth is reached the result is undefined
1009         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1010           return MayAlias;
1011
1012         // Same offsets.
1013         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1014             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
1015           return NoAlias;
1016         GEP1VariableIndices.clear();
1017       }
1018     }
1019
1020     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1021     // will improve this situation.
1022     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
1023
1024     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1025     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1026     // about the relation of the resulting pointer.
1027     const Value *GEP1BasePtr =
1028         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1029                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1030
1031     int64_t GEP2BaseOffset;
1032     bool GEP2MaxLookupReached;
1033     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1034     const Value *GEP2BasePtr =
1035         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1036                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
1037
1038     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1039     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1040     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1041       assert(!DL &&
1042              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1043       return MayAlias;
1044     }
1045
1046     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1047     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1048     // the resulting pointers.
1049     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
1050       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
1051       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1052       if (R != MayAlias)
1053         return R;
1054     }
1055
1056     // If the max search depth is reached the result is undefined
1057     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1058       return MayAlias;
1059
1060     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1061     // symbolic difference.
1062     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1063     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
1064
1065   } else {
1066     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1067     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1068     // pointer, we know they cannot alias.
1069
1070     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1071     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
1072         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1073       return MayAlias;
1074
1075     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
1076                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
1077     if (R != MustAlias)
1078       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1079       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1080       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
1081       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
1082       // with the first operand of the getelementptr".
1083       return R;
1084
1085     const Value *GEP1BasePtr =
1086         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1087                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1088
1089     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1090     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1091     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
1092       assert(!DL &&
1093              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1094       return MayAlias;
1095     }
1096     // If the max search depth is reached the result is undefined
1097     if (GEP1MaxLookupReached)
1098       return MayAlias;
1099   }
1100
1101   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1102   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1103   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1104   //
1105   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1106   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1107   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1108     return MustAlias;
1109
1110   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1111   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1112   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1113   // greater, we know they do not overlap.
1114   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1115     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1116       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1117         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1118           return PartialAlias;
1119         return NoAlias;
1120       }
1121     } else {
1122       // We have the situation where:
1123       // +                +
1124       // | BaseOffset     |
1125       // ---------------->|
1126       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1127       // GEP1             V2
1128       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1129       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1130       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1131           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1132         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1133           return PartialAlias;
1134         return NoAlias;
1135       }
1136     }
1137   }
1138
1139   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1140     uint64_t Modulo = 0;
1141     bool AllPositive = true;
1142     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
1143
1144       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1145       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1146       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1147       // be ^'ing Modulo with itself later.
1148       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
1149
1150       if (AllPositive) {
1151         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1152         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1153         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1154         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
1155
1156         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
1157         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
1158                        0, AC1, nullptr, DT);
1159
1160         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1161         // bit to zero.
1162         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].Extension == EK_ZeroExt;
1163         SignKnownZero |= IsZExt;
1164         SignKnownOne &= !IsZExt;
1165
1166         // If the variable begins with a zero then we know it's
1167         // positive, regardless of whether the value is signed or
1168         // unsigned.
1169         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
1170         AllPositive =
1171           (SignKnownZero && Scale >= 0) ||
1172           (SignKnownOne && Scale < 0);
1173       }
1174     }
1175
1176     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1177
1178     // We can compute the difference between the two addresses
1179     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1180     // two locations do not alias.
1181     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1182     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1183         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1184         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1185       return NoAlias;
1186
1187     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1188     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1189     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1190     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t) GEP1BaseOffset)
1191       return NoAlias;
1192   }
1193
1194   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1195   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1196   // little tricks above worked.
1197   //
1198   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1199   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1200   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1201   return PartialAlias;
1202 }
1203
1204 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1205   // If the results agree, take it.
1206   if (A == B)
1207     return A;
1208   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1209   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1210       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1211     return PartialAlias;
1212   // Otherwise, we don't know anything.
1213   return MayAlias;
1214 }
1215
1216 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1217 /// instruction against another.
1218 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1219                                             uint64_t SISize,
1220                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
1221                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
1222                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1223   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1224   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1225   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1226     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1227       AliasResult Alias =
1228         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1229                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1230       if (Alias == MayAlias)
1231         return MayAlias;
1232       AliasResult ThisAlias =
1233         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1234                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1235       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1236     }
1237
1238   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1239   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1240   AliasResult Alias =
1241     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1242   if (Alias == MayAlias)
1243     return MayAlias;
1244
1245   AliasResult ThisAlias =
1246     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1247   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1248 }
1249
1250 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1251 // against another.
1252 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1253                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1254                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1255                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1256   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1257   // value equivalence.
1258   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1259
1260   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1261   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1262   // on corresponding edges.
1263   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1264     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1265       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1266                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1267       if (PN > V2)
1268         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1269       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1270       // NoAlias.
1271       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1272       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1273       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1274       // that causes a MayAlias.
1275       // Pretend the phis do not alias.
1276       AliasResult Alias = NoAlias;
1277       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1278              "There must exist an entry for the phi node");
1279       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1280       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1281
1282       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1283         AliasResult ThisAlias =
1284           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1285                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1286                      V2Size, V2AAInfo);
1287         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1288         if (Alias == MayAlias)
1289           break;
1290       }
1291
1292       // Reset if speculation failed.
1293       if (Alias != NoAlias)
1294         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1295
1296       return Alias;
1297     }
1298
1299   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1300   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1301   bool isRecursive = false;
1302   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1303     if (isa<PHINode>(PV1))
1304       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1305       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1306       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1307       // and 'n' are the number of PHI sources.
1308       return MayAlias;
1309
1310     if (EnableRecPhiAnalysis)
1311       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1312         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1313         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1314         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1315         // below.
1316         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1317             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1318           isRecursive = true;
1319           continue;
1320         }
1321       }
1322
1323     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1324       V1Srcs.push_back(PV1);
1325   }
1326
1327   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1328   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1329   // pointer to.
1330   if (isRecursive)
1331     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1332
1333   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1334                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1335
1336   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1337   // Other results are not possible.
1338   if (Alias == MayAlias)
1339     return MayAlias;
1340
1341   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1342   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1343   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1344     Value *V = V1Srcs[i];
1345
1346     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1347                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1348     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1349     if (Alias == MayAlias)
1350       break;
1351   }
1352
1353   return Alias;
1354 }
1355
1356 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1357 // such as array references.
1358 //
1359 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1360                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1361                                            uint64_t V2Size,
1362                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1363   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1364   // pointer values are.
1365   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1366     return NoAlias;
1367
1368   // Strip off any casts if they exist.
1369   V1 = V1->stripPointerCasts();
1370   V2 = V2->stripPointerCasts();
1371
1372   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1373   // value for undef that aliases nothing in the program.
1374   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1375     return NoAlias;
1376
1377   // Are we checking for alias of the same value?
1378   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1379   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1380   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1381   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1382   // reach the value.
1383   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1384     return MustAlias;
1385
1386   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1387     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1388
1389   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1390   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1391   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1392
1393   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1394   // don't alias any other pointer.
1395   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1396     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1397       return NoAlias;
1398   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1399     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1400       return NoAlias;
1401
1402   if (O1 != O2) {
1403     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1404     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1405       return NoAlias;
1406
1407     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1408     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1409         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1410       return NoAlias;
1411
1412     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1413     // unambigously identified at the function level.
1414     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1415         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1416       return NoAlias;
1417
1418     // Most objects can't alias null.
1419     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1420         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1421       return NoAlias;
1422
1423     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1424     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1425     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1426     //
1427     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1428     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1429     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1430     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1431     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1432     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1433       return NoAlias;
1434     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1435       return NoAlias;
1436   }
1437
1438   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1439   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1440   if (DL)
1441     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1442          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1443         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1444          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1445       return NoAlias;
1446
1447   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1448   // otherwise infinitely recursive queries.
1449   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1450                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1451   if (V1 > V2)
1452     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1453   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1454     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1455   if (!Pair.second)
1456     return Pair.first->second;
1457
1458   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1459   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1460   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1461     std::swap(V1, V2);
1462     std::swap(V1Size, V2Size);
1463     std::swap(O1, O2);
1464     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1465   }
1466   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1467     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1468     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1469   }
1470
1471   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1472     std::swap(V1, V2);
1473     std::swap(V1Size, V2Size);
1474     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1475   }
1476   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1477     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1478                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1479     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1480   }
1481
1482   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1483     std::swap(V1, V2);
1484     std::swap(V1Size, V2Size);
1485     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1486   }
1487   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1488     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1489                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1490     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1491   }
1492
1493   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1494   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1495   // overlap in some way.
1496   if (DL && O1 == O2)
1497     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1498          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1499         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1500          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1501       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1502
1503   AliasResult Result =
1504       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1505                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1506   return AliasCache[Locs] = Result;
1507 }
1508
1509 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1510                                                        const Value *V2) {
1511   if (V != V2)
1512     return false;
1513
1514   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1515   if (!Inst)
1516     return true;
1517
1518   if (VisitedPhiBBs.empty())
1519     return true;
1520
1521   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1522     return false;
1523
1524   // Use dominance or loop info if available.
1525   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1526       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1527   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1528   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1529   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1530
1531   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1532   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1533   // phi nodes could be involved in.
1534   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1535     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1536       return false;
1537
1538   return true;
1539 }
1540
1541 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1542 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1543 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1544 /// difference between the two pointers.
1545 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1546     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1547     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1548   if (Src.empty())
1549     return;
1550
1551   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1552     const Value *V = Src[i].V;
1553     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1554     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1555
1556     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1557     // than a few variable indexes.
1558     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1559       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1560           Dest[j].Extension != Extension)
1561         continue;
1562
1563       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1564       // goes to zero, remove the entry.
1565       if (Dest[j].Scale != Scale)
1566         Dest[j].Scale -= Scale;
1567       else
1568         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1569       Scale = 0;
1570       break;
1571     }
1572
1573     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1574     if (Scale) {
1575       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1576       Dest.push_back(Entry);
1577     }
1578   }
1579 }