a6a25f9326a015f23fa39c95b1b75f29c288d5c9
[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/BasicAliasAnalysis.h"
17 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
18 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
20 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
21 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
22 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
23 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
24 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
25 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
26 #include "llvm/IR/Constants.h"
27 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
28 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
29 #include "llvm/IR/Dominators.h"
30 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
31 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
32 #include "llvm/IR/Instructions.h"
33 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
34 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
35 #include "llvm/IR/Operator.h"
36 #include "llvm/Pass.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include <algorithm>
39 using namespace llvm;
40
41 /// Enable analysis of recursive PHI nodes.
42 static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi", cl::Hidden,
43                                           cl::init(false));
44
45 /// SearchLimitReached / SearchTimes shows how often the limit of
46 /// to decompose GEPs is reached. It will affect the precision
47 /// of basic alias analysis.
48 #define DEBUG_TYPE "basicaa"
49 STATISTIC(SearchLimitReached, "Number of times the limit to "
50                               "decompose GEPs is reached");
51 STATISTIC(SearchTimes, "Number of times a GEP is decomposed");
52
53 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
54 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
55 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
56 /// cannot be involved in a cycle.
57 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
58
59 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
60 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
61 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
62 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
63
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65 // Useful predicates
66 //===----------------------------------------------------------------------===//
67
68 /// Returns true if the pointer is to a function-local object that never
69 /// escapes from the function.
70 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
71   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
72   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
73     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
74     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
75     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
76     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
77     // more precise.
78     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
79
80   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
81   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
82   // inside the function.
83   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
84     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
85       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
86       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
87       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
88       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
89
90   return false;
91 }
92
93 /// Returns true if the pointer is one which would have been considered an
94 /// escape by isNonEscapingLocalObject.
95 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
96   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
97     return true;
98
99   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
100   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
101   // to PointerMayBeCaptured).
102   if (isa<LoadInst>(V))
103     return true;
104
105   return false;
106 }
107
108 /// Returns the size of the object specified by V, or UnknownSize if unknown.
109 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
110                               const TargetLibraryInfo &TLI,
111                               bool RoundToAlign = false) {
112   uint64_t Size;
113   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, RoundToAlign))
114     return Size;
115   return MemoryLocation::UnknownSize;
116 }
117
118 /// Returns true if we can prove that the object specified by V is smaller than
119 /// Size.
120 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
121                                 const DataLayout &DL,
122                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
123   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
124   // following contexts:
125   //    c1: llvm::getObjectSize()
126   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
127   //    c3: isObjectSmallerThan()
128   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
129   // refers to the "entire object".
130   //
131   //  Consider this example:
132   //     char *p = (char*)malloc(100)
133   //     char *q = p+80;
134   //
135   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
136   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
137   //
138   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
139   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
140   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
141   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
142   // entire object, we should:
143   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
144   //      question (in this case rewind to p), or
145   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
146   //      to the base address the object.
147   //
148   // We go for 2nd option for simplicity.
149   if (!isIdentifiedObject(V))
150     return false;
151
152   // This function needs to use the aligned object size because we allow
153   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
154   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/ true);
155
156   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
157 }
158
159 /// Returns true if we can prove that the object specified by V has size Size.
160 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size, const DataLayout &DL,
161                          const TargetLibraryInfo &TLI) {
162   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
163   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
164 }
165
166 //===----------------------------------------------------------------------===//
167 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
168 //===----------------------------------------------------------------------===//
169
170 /// Analyzes the specified value as a linear expression: "A*V + B", where A and
171 /// B are constant integers.
172 ///
173 /// Returns the scale and offset values as APInts and return V as a Value*, and
174 /// return whether we looked through any sign or zero extends.  The incoming
175 /// Value is known to have IntegerType and it may already be sign or zero
176 /// extended.
177 ///
178 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
179 /// represented in the result.
180 /*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::GetLinearExpression(
181     const Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, unsigned &ZExtBits,
182     unsigned &SExtBits, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
183     AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT, bool &NSW, bool &NUW) {
184   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
185
186   // Limit our recursion depth.
187   if (Depth == 6) {
188     Scale = 1;
189     Offset = 0;
190     return V;
191   }
192
193   if (const ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
194     // if it's a constant, just convert it to an offset and remove the variable.
195     // If we've been called recursively the Offset bit width will be greater
196     // than the constant's (the Offset's always as wide as the outermost call),
197     // so we'll zext here and process any extension in the isa<SExtInst> &
198     // isa<ZExtInst> cases below.
199     Offset += Const->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
200     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
201     return V;
202   }
203
204   if (const BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
205     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
206
207       // If we've been called recursively then Offset and Scale will be wider
208       // that the BOp operands. We'll always zext it here as we'll process sign
209       // extensions below (see the isa<SExtInst> / isa<ZExtInst> cases).
210       APInt RHS = RHSC->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
211
212       switch (BOp->getOpcode()) {
213       default:
214         // We don't understand this instruction, so we can't decompose it any
215         // further.
216         Scale = 1;
217         Offset = 0;
218         return V;
219       case Instruction::Or:
220         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
221         // analyze it.
222         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
223                                BOp, DT)) {
224           Scale = 1;
225           Offset = 0;
226           return V;
227         }
228       // FALL THROUGH.
229       case Instruction::Add:
230         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
231                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
232         Offset += RHS;
233         break;
234       case Instruction::Sub:
235         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
236                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
237         Offset -= RHS;
238         break;
239       case Instruction::Mul:
240         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
241                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
242         Offset *= RHS;
243         Scale *= RHS;
244         break;
245       case Instruction::Shl:
246         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
247                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
248         Offset <<= RHS.getLimitedValue();
249         Scale <<= RHS.getLimitedValue();
250         // the semantics of nsw and nuw for left shifts don't match those of
251         // multiplications, so we won't propagate them.
252         NSW = NUW = false;
253         return V;
254       }
255
256       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(BOp)) {
257         NUW &= BOp->hasNoUnsignedWrap();
258         NSW &= BOp->hasNoSignedWrap();
259       }
260       return V;
261     }
262   }
263
264   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
265   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
266   // extensions have to be consistent though.
267   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V)) {
268     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
269     unsigned NewWidth = V->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
270     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
271     unsigned OldZExtBits = ZExtBits, OldSExtBits = SExtBits;
272     const Value *Result =
273         GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, ZExtBits, SExtBits, DL,
274                             Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
275
276     // zext(zext(%x)) == zext(%x), and similiarly for sext; we'll handle this
277     // by just incrementing the number of bits we've extended by.
278     unsigned ExtendedBy = NewWidth - SmallWidth;
279
280     if (isa<SExtInst>(V) && ZExtBits == 0) {
281       // sext(sext(%x, a), b) == sext(%x, a + b)
282
283       if (NSW) {
284         // We haven't sign-wrapped, so it's valid to decompose sext(%x + c)
285         // into sext(%x) + sext(c). We'll sext the Offset ourselves:
286         unsigned OldWidth = Offset.getBitWidth();
287         Offset = Offset.trunc(SmallWidth).sext(NewWidth).zextOrSelf(OldWidth);
288       } else {
289         // We may have signed-wrapped, so don't decompose sext(%x + c) into
290         // sext(%x) + sext(c)
291         Scale = 1;
292         Offset = 0;
293         Result = CastOp;
294         ZExtBits = OldZExtBits;
295         SExtBits = OldSExtBits;
296       }
297       SExtBits += ExtendedBy;
298     } else {
299       // sext(zext(%x, a), b) = zext(zext(%x, a), b) = zext(%x, a + b)
300
301       if (!NUW) {
302         // We may have unsigned-wrapped, so don't decompose zext(%x + c) into
303         // zext(%x) + zext(c)
304         Scale = 1;
305         Offset = 0;
306         Result = CastOp;
307         ZExtBits = OldZExtBits;
308         SExtBits = OldSExtBits;
309       }
310       ZExtBits += ExtendedBy;
311     }
312
313     return Result;
314   }
315
316   Scale = 1;
317   Offset = 0;
318   return V;
319 }
320
321 /// If V is a symbolic pointer expression, decompose it into a base pointer
322 /// with a constant offset and a number of scaled symbolic offsets.
323 ///
324 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale
325 /// in the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
326 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As
327 /// such, the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
328 ///
329 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
330 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
331 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
332 /// depth (MaxLookupSearchDepth). When DataLayout not is around, it just looks
333 /// through pointer casts.
334 /*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::DecomposeGEPExpression(
335     const Value *V, int64_t &BaseOffs,
336     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, bool &MaxLookupReached,
337     const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
338   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
339   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
340   MaxLookupReached = false;
341   SearchTimes++;
342
343   BaseOffs = 0;
344   do {
345     // See if this is a bitcast or GEP.
346     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
347     if (!Op) {
348       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
349       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
350         if (!GA->mayBeOverridden()) {
351           V = GA->getAliasee();
352           continue;
353         }
354       }
355       return V;
356     }
357
358     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
359         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
360       V = Op->getOperand(0);
361       continue;
362     }
363
364     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
365     if (!GEPOp) {
366       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
367       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
368       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
369         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
370         // (these are both now available in this function, but this should be
371         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
372         // provided also.
373         if (const Value *Simplified =
374                 SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
375           V = Simplified;
376           continue;
377         }
378
379       return V;
380     }
381
382     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
383     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
384       return V;
385
386     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
387     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
388     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
389     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin() + 1, E = GEPOp->op_end();
390          I != E; ++I) {
391       const Value *Index = *I;
392       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
393       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
394         // For a struct, add the member offset.
395         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
396         if (FieldNo == 0)
397           continue;
398
399         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
400         continue;
401       }
402
403       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
404       if (const ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
405         if (CIdx->isZero())
406           continue;
407         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
408         continue;
409       }
410
411       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
412       unsigned ZExtBits = 0, SExtBits = 0;
413
414       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
415       // sign extended to pointer size.
416       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
417       unsigned PointerSize = DL.getPointerSizeInBits(AS);
418       if (PointerSize > Width)
419         SExtBits += PointerSize - Width;
420
421       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
422       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
423       bool NSW = true, NUW = true;
424       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, ZExtBits,
425                                   SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
426
427       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
428       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
429       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue() * Scale;
430       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
431
432       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
433       // scale into it.  For example, we want to handle:
434       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
435       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
436       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
437         if (VarIndices[i].V == Index && VarIndices[i].ZExtBits == ZExtBits &&
438             VarIndices[i].SExtBits == SExtBits) {
439           Scale += VarIndices[i].Scale;
440           VarIndices.erase(VarIndices.begin() + i);
441           break;
442         }
443       }
444
445       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
446       // pointer size.
447       if (unsigned ShiftBits = 64 - PointerSize) {
448         Scale <<= ShiftBits;
449         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
450       }
451
452       if (Scale) {
453         VariableGEPIndex Entry = {Index, ZExtBits, SExtBits,
454                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
455         VarIndices.push_back(Entry);
456       }
457     }
458
459     // Analyze the base pointer next.
460     V = GEPOp->getOperand(0);
461   } while (--MaxLookup);
462
463   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
464   MaxLookupReached = true;
465   SearchLimitReached++;
466   return V;
467 }
468
469 //===----------------------------------------------------------------------===//
470 // BasicAliasAnalysis Pass
471 //===----------------------------------------------------------------------===//
472
473 // Register the pass...
474 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
475 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
476                          "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false,
477                          true, false)
478 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
479 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
480 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
481                        "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false, true,
482                        false)
483
484 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
485   return new BasicAliasAnalysis();
486 }
487
488 /// Returns whether the given pointer value points to memory that is local to
489 /// the function, with global constants being considered local to all
490 /// functions.
491 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
492                                                 bool OrLocal) {
493   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
494
495   unsigned MaxLookup = 8;
496   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
497   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
498   do {
499     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
500     if (!Visited.insert(V).second) {
501       Visited.clear();
502       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
503     }
504
505     // An alloca instruction defines local memory.
506     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
507       continue;
508
509     // A global constant counts as local memory for our purposes.
510     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
511       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
512       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
513       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
514       if (!GV->isConstant()) {
515         Visited.clear();
516         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
517       }
518       continue;
519     }
520
521     // If both select values point to local memory, then so does the select.
522     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
523       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
524       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
525       continue;
526     }
527
528     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
529     // the phi.
530     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
531       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
532       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
533         Visited.clear();
534         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
535       }
536       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
537         Worklist.push_back(IncValue);
538       continue;
539     }
540
541     // Otherwise be conservative.
542     Visited.clear();
543     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
544
545   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
546
547   Visited.clear();
548   return Worklist.empty();
549 }
550
551 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
552 // some common utility location.
553 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
554                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
555   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
556       MS->getName() == "memset_pattern16") {
557     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
558     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
559         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
560         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
561         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
562       return true;
563   }
564
565   return false;
566 }
567
568 /// Returns the behavior when calling the given call site.
569 FunctionModRefBehavior
570 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
571   if (CS.doesNotAccessMemory())
572     // Can't do better than this.
573     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
574
575   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
576
577   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
578   // than that.
579   if (CS.onlyReadsMemory())
580     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
581
582   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
583     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
584
585   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
586   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
587 }
588
589 /// Returns the behavior when calling the given function. For use when the call
590 /// site is not known.
591 FunctionModRefBehavior
592 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
593   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
594   if (F->doesNotAccessMemory())
595     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
596
597   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
598
599   // If the function declares it only reads memory, go with that.
600   if (F->onlyReadsMemory())
601     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
602
603   if (F->onlyAccessesArgMemory())
604     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
605
606   const TargetLibraryInfo &TLI =
607       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
608   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
609     Min = FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees;
610
611   // Otherwise be conservative.
612   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
613 }
614
615 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
616                                                 unsigned ArgIdx) {
617   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
618     switch (II->getIntrinsicID()) {
619     default:
620       break;
621     case Intrinsic::memset:
622     case Intrinsic::memcpy:
623     case Intrinsic::memmove:
624       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
625              "Invalid argument index for memory intrinsic");
626       return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
627     }
628
629   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
630   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
631   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
632   // whenever possible.
633   if (CS.getCalledFunction() &&
634       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
635     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
636            "Invalid argument index for memset_pattern16");
637     return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
638   }
639   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
640
641   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
642 }
643
644 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
645   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
646   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
647     return true;
648
649   return false;
650 }
651
652 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
653   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
654   return true;
655 }
656
657 /// Checks to see if the specified callsite can clobber the specified memory
658 /// object.
659 ///
660 /// Since we only look at local properties of this function, we really can't
661 /// say much about this query.  We do, however, use simple "address taken"
662 /// analysis on local objects.
663 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
664                                              const MemoryLocation &Loc) {
665   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
666          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
667
668   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
669
670   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
671   // the tail call cannot access or modify the local stack.
672   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
673   // the current function not to the current function, and a tail callee
674   // may reference them.
675   if (isa<AllocaInst>(Object))
676     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
677       if (CI->isTailCall())
678         return MRI_NoModRef;
679
680   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
681   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
682   // as an argument, and itself doesn't capture it.
683   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
684       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
685     bool PassedAsArg = false;
686     unsigned ArgNo = 0;
687     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
688          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
689       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
690       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
691       // couldn't be no-capture.
692       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
693           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
694         continue;
695
696       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
697       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
698       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
699       // escape.
700       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
701         PassedAsArg = true;
702         break;
703       }
704     }
705
706     if (!PassedAsArg)
707       return MRI_NoModRef;
708   }
709
710   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
711   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
712   // particular memory location.
713   if (isAssumeIntrinsic(CS))
714     return MRI_NoModRef;
715
716   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
717   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
718 }
719
720 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
721                                              ImmutableCallSite CS2) {
722   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
723   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
724   // particular memory location.
725   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
726     return MRI_NoModRef;
727
728   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
729   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
730 }
731
732 /// Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP operators,
733 /// both having the exact same pointer operand.
734 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
735                                             uint64_t V1Size,
736                                             const GEPOperator *GEP2,
737                                             uint64_t V2Size,
738                                             const DataLayout &DL) {
739
740   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
741          "Expected GEPs with the same pointer operand");
742
743   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
744   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
745   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
746   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
747       GEP1->getNumIndices() < 2)
748     return MayAlias;
749
750   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
751   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
752   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
753       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
754     return MayAlias;
755
756   ConstantInt *C1 =
757       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
758   ConstantInt *C2 =
759       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
760
761   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
762   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
763   // equal, so the GEPs can alias.
764   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
765     return MayAlias;
766
767   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
768   // you stripped the last index.
769   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
770   // than an array, different indices can lead to different final types.
771   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
772
773   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
774   // through it as it only drops the pointer indirection.
775   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
776   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
777
778   // Insert all the remaining indices but the last one.
779   // Also, check that they all index through arrays.
780   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
781     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
782             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
783       return MayAlias;
784     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
785   }
786
787   StructType *LastIndexedStruct =
788       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
789           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
790
791   if (!LastIndexedStruct)
792     return MayAlias;
793
794   // We know that:
795   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
796   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
797   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
798   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
799   //
800   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
801   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
802   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
803   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
804
805   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
806   // alias is that the fields are not overlapping.
807   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
808   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
809   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
810   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
811
812   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
813                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
814     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
815            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
816             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
817   };
818
819   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
820       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
821     return NoAlias;
822
823   return MayAlias;
824 }
825
826 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction against
827 /// another pointer.
828 ///
829 /// We know that V1 is a GEP, but we don't know anything about V2.
830 /// UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL), UnderlyingV2 is the same for
831 /// V2.
832 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
833     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
834     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
835     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
836   int64_t GEP1BaseOffset;
837   bool GEP1MaxLookupReached;
838   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
839
840   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
841   // different functions.
842   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
843   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
844   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
845   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
846   // this isn't really a clean solution.
847   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
848   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
849   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
850     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
851         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
852   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
853     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
854         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
855
856   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
857       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
858   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
859
860   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
861   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
862   // derived pointer.
863   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
864     // Do the base pointers alias?
865     AliasResult BaseAlias =
866         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
867                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
868
869     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
870     // identical.
871     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
872       // Do the base pointers alias assuming type and size.
873       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size, V1AAInfo,
874                                                 UnderlyingV2, V2Size, V2AAInfo);
875       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
876         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
877         // relation of the resulting pointer.
878         int64_t GEP2BaseOffset;
879         bool GEP2MaxLookupReached;
880         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
881         const Value *GEP2BasePtr =
882             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
883                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
884         const Value *GEP1BasePtr =
885             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
886                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
887         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
888         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
889         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
890           assert(!DL &&
891                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
892           return MayAlias;
893         }
894         // If the max search depth is reached the result is undefined
895         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
896           return MayAlias;
897
898         // Same offsets.
899         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
900             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
901           return NoAlias;
902         GEP1VariableIndices.clear();
903       }
904     }
905
906     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
907     // will improve this situation.
908     if (BaseAlias != MustAlias)
909       return BaseAlias;
910
911     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
912     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
913     // about the relation of the resulting pointer.
914     const Value *GEP1BasePtr =
915         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
916                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
917
918     int64_t GEP2BaseOffset;
919     bool GEP2MaxLookupReached;
920     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
921     const Value *GEP2BasePtr =
922         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
923                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
924
925     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
926     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
927     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
928       assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
929       return MayAlias;
930     }
931
932     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
933     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
934     // the resulting pointers.
935     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
936       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
937       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
938       if (R != MayAlias)
939         return R;
940     }
941
942     // If the max search depth is reached the result is undefined
943     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
944       return MayAlias;
945
946     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
947     // symbolic difference.
948     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
949     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
950
951   } else {
952     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
953     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
954     // pointer, we know they cannot alias.
955
956     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
957     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
958         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
959       return MayAlias;
960
961     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
962                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
963     if (R != MustAlias)
964       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
965       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
966       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
967       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
968       // with the first operand of the getelementptr".
969       return R;
970
971     const Value *GEP1BasePtr =
972         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
973                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
974
975     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
976     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
977     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
978       assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
979       return MayAlias;
980     }
981     // If the max search depth is reached the result is undefined
982     if (GEP1MaxLookupReached)
983       return MayAlias;
984   }
985
986   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
987   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
988   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
989   //
990   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
991   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
992   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
993     return MustAlias;
994
995   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
996   // is less than the size of the associated memory object, then we know
997   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
998   // greater, we know they do not overlap.
999   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1000     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1001       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1002         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1003           return PartialAlias;
1004         return NoAlias;
1005       }
1006     } else {
1007       // We have the situation where:
1008       // +                +
1009       // | BaseOffset     |
1010       // ---------------->|
1011       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1012       // GEP1             V2
1013       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1014       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1015       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1016           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1017         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1018           return PartialAlias;
1019         return NoAlias;
1020       }
1021     }
1022   }
1023
1024   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1025     uint64_t Modulo = 0;
1026     bool AllPositive = true;
1027     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
1028
1029       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1030       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1031       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1032       // be ^'ing Modulo with itself later.
1033       Modulo |= (uint64_t)GEP1VariableIndices[i].Scale;
1034
1035       if (AllPositive) {
1036         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1037         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1038         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1039         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
1040
1041         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
1042         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
1043                        0, AC1, nullptr, DT);
1044
1045         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1046         // bit to zero.
1047         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].ZExtBits > 0 || isa<ZExtInst>(V);
1048         SignKnownZero |= IsZExt;
1049         SignKnownOne &= !IsZExt;
1050
1051         // If the variable begins with a zero then we know it's
1052         // positive, regardless of whether the value is signed or
1053         // unsigned.
1054         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
1055         AllPositive =
1056             (SignKnownZero && Scale >= 0) || (SignKnownOne && Scale < 0);
1057       }
1058     }
1059
1060     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1061
1062     // We can compute the difference between the two addresses
1063     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1064     // two locations do not alias.
1065     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1066     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1067         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1068         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1069       return NoAlias;
1070
1071     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1072     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1073     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1074     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t)GEP1BaseOffset)
1075       return NoAlias;
1076
1077     if (constantOffsetHeuristic(GEP1VariableIndices, V1Size, V2Size,
1078                                 GEP1BaseOffset, DL, AC1, DT))
1079       return NoAlias;
1080   }
1081
1082   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1083   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1084   // little tricks above worked.
1085   //
1086   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1087   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1088   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1089   return PartialAlias;
1090 }
1091
1092 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1093   // If the results agree, take it.
1094   if (A == B)
1095     return A;
1096   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1097   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1098       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1099     return PartialAlias;
1100   // Otherwise, we don't know anything.
1101   return MayAlias;
1102 }
1103
1104 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select instruction
1105 /// against another.
1106 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1107                                             uint64_t SISize,
1108                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
1109                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
1110                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1111   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1112   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1113   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1114     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1115       AliasResult Alias = aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1116                                      SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1117       if (Alias == MayAlias)
1118         return MayAlias;
1119       AliasResult ThisAlias =
1120           aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1121                      SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1122       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1123     }
1124
1125   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1126   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1127   AliasResult Alias =
1128       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1129   if (Alias == MayAlias)
1130     return MayAlias;
1131
1132   AliasResult ThisAlias =
1133       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1134   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1135 }
1136
1137 /// Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction against
1138 /// another.
1139 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1140                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1141                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1142                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1143   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1144   // value equivalence.
1145   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1146
1147   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1148   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1149   // on corresponding edges.
1150   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1151     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1152       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1153                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1154       if (PN > V2)
1155         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1156       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1157       // NoAlias.
1158       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1159       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1160       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1161       // that causes a MayAlias.
1162       // Pretend the phis do not alias.
1163       AliasResult Alias = NoAlias;
1164       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1165              "There must exist an entry for the phi node");
1166       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1167       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1168
1169       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1170         AliasResult ThisAlias =
1171             aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1172                        PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1173                        V2Size, V2AAInfo);
1174         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1175         if (Alias == MayAlias)
1176           break;
1177       }
1178
1179       // Reset if speculation failed.
1180       if (Alias != NoAlias)
1181         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1182
1183       return Alias;
1184     }
1185
1186   SmallPtrSet<Value *, 4> UniqueSrc;
1187   SmallVector<Value *, 4> V1Srcs;
1188   bool isRecursive = false;
1189   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1190     if (isa<PHINode>(PV1))
1191       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1192       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1193       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1194       // and 'n' are the number of PHI sources.
1195       return MayAlias;
1196
1197     if (EnableRecPhiAnalysis)
1198       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1199         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1200         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1201         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1202         // below.
1203         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1204             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1205           isRecursive = true;
1206           continue;
1207         }
1208       }
1209
1210     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1211       V1Srcs.push_back(PV1);
1212   }
1213
1214   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1215   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1216   // pointer to.
1217   if (isRecursive)
1218     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1219
1220   AliasResult Alias =
1221       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1222
1223   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1224   // Other results are not possible.
1225   if (Alias == MayAlias)
1226     return MayAlias;
1227
1228   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1229   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1230   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1231     Value *V = V1Srcs[i];
1232
1233     AliasResult ThisAlias =
1234         aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V, PNSize, PNAAInfo);
1235     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1236     if (Alias == MayAlias)
1237       break;
1238   }
1239
1240   return Alias;
1241 }
1242
1243 /// Provideis a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases, such as
1244 /// array references.
1245 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1246                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1247                                            uint64_t V2Size,
1248                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1249   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1250   // pointer values are.
1251   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1252     return NoAlias;
1253
1254   // Strip off any casts if they exist.
1255   V1 = V1->stripPointerCasts();
1256   V2 = V2->stripPointerCasts();
1257
1258   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1259   // value for undef that aliases nothing in the program.
1260   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1261     return NoAlias;
1262
1263   // Are we checking for alias of the same value?
1264   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1265   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1266   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1267   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1268   // reach the value.
1269   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1270     return MustAlias;
1271
1272   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1273     return NoAlias; // Scalars cannot alias each other
1274
1275   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1276   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1277   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1278
1279   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1280   // don't alias any other pointer.
1281   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1282     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1283       return NoAlias;
1284   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1285     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1286       return NoAlias;
1287
1288   if (O1 != O2) {
1289     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1290     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1291       return NoAlias;
1292
1293     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1294     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1295         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1296       return NoAlias;
1297
1298     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1299     // unambigously identified at the function level.
1300     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1301         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1302       return NoAlias;
1303
1304     // Most objects can't alias null.
1305     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1306         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1307       return NoAlias;
1308
1309     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1310     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1311     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1312     //
1313     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1314     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1315     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1316     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1317     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1318     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1319       return NoAlias;
1320     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1321       return NoAlias;
1322   }
1323
1324   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1325   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1326   if (DL)
1327     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1328          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1329         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1330          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1331       return NoAlias;
1332
1333   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1334   // otherwise infinitely recursive queries.
1335   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1336                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1337   if (V1 > V2)
1338     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1339   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1340       AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1341   if (!Pair.second)
1342     return Pair.first->second;
1343
1344   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1345   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1346   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1347     std::swap(V1, V2);
1348     std::swap(V1Size, V2Size);
1349     std::swap(O1, O2);
1350     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1351   }
1352   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1353     AliasResult Result =
1354         aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1355     if (Result != MayAlias)
1356       return AliasCache[Locs] = Result;
1357   }
1358
1359   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1360     std::swap(V1, V2);
1361     std::swap(V1Size, V2Size);
1362     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1363   }
1364   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1365     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
1366     if (Result != MayAlias)
1367       return AliasCache[Locs] = Result;
1368   }
1369
1370   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1371     std::swap(V1, V2);
1372     std::swap(V1Size, V2Size);
1373     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1374   }
1375   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1376     AliasResult Result =
1377         aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
1378     if (Result != MayAlias)
1379       return AliasCache[Locs] = Result;
1380   }
1381
1382   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1383   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1384   // overlap in some way.
1385   if (DL && O1 == O2)
1386     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1387          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1388         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1389          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1390       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1391
1392   AliasResult Result =
1393       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1394                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1395   return AliasCache[Locs] = Result;
1396 }
1397
1398 /// Check whether two Values can be considered equivalent.
1399 ///
1400 /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks whether
1401 /// they can not be part of a cycle in the value graph by looking at all
1402 /// visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the value. We
1403 /// have to do this because we are looking through phi nodes (That is we say
1404 /// noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
1405 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1406                                                        const Value *V2) {
1407   if (V != V2)
1408     return false;
1409
1410   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1411   if (!Inst)
1412     return true;
1413
1414   if (VisitedPhiBBs.empty())
1415     return true;
1416
1417   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1418     return false;
1419
1420   // Use dominance or loop info if available.
1421   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1422       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1423   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1424   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1425   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1426
1427   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1428   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1429   // phi nodes could be involved in.
1430   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1431     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1432       return false;
1433
1434   return true;
1435 }
1436
1437 /// Computes the symbolic difference between two de-composed GEPs.
1438 ///
1439 /// Dest and Src are the variable indices from two decomposed GetElementPtr
1440 /// instructions GEP1 and GEP2 which have common base pointers.
1441 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1442     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1443     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1444   if (Src.empty())
1445     return;
1446
1447   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1448     const Value *V = Src[i].V;
1449     unsigned ZExtBits = Src[i].ZExtBits, SExtBits = Src[i].SExtBits;
1450     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1451
1452     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1453     // than a few variable indexes.
1454     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1455       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1456           Dest[j].ZExtBits != ZExtBits || Dest[j].SExtBits != SExtBits)
1457         continue;
1458
1459       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1460       // goes to zero, remove the entry.
1461       if (Dest[j].Scale != Scale)
1462         Dest[j].Scale -= Scale;
1463       else
1464         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1465       Scale = 0;
1466       break;
1467     }
1468
1469     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1470     if (Scale) {
1471       VariableGEPIndex Entry = {V, ZExtBits, SExtBits, -Scale};
1472       Dest.push_back(Entry);
1473     }
1474   }
1475 }
1476
1477 bool BasicAliasAnalysis::constantOffsetHeuristic(
1478     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, uint64_t V1Size,
1479     uint64_t V2Size, int64_t BaseOffset, const DataLayout *DL,
1480     AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
1481   if (VarIndices.size() != 2 || V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
1482       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize || !DL)
1483     return false;
1484
1485   const VariableGEPIndex &Var0 = VarIndices[0], &Var1 = VarIndices[1];
1486
1487   if (Var0.ZExtBits != Var1.ZExtBits || Var0.SExtBits != Var1.SExtBits ||
1488       Var0.Scale != -Var1.Scale)
1489     return false;
1490
1491   unsigned Width = Var1.V->getType()->getIntegerBitWidth();
1492
1493   // We'll strip off the Extensions of Var0 and Var1 and do another round
1494   // of GetLinearExpression decomposition. In the example above, if Var0
1495   // is zext(%x + 1) we should get V1 == %x and V1Offset == 1.
1496
1497   APInt V0Scale(Width, 0), V0Offset(Width, 0), V1Scale(Width, 0),
1498       V1Offset(Width, 0);
1499   bool NSW = true, NUW = true;
1500   unsigned V0ZExtBits = 0, V0SExtBits = 0, V1ZExtBits = 0, V1SExtBits = 0;
1501   const Value *V0 = GetLinearExpression(Var0.V, V0Scale, V0Offset, V0ZExtBits,
1502                                         V0SExtBits, *DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1503   NSW = true, NUW = true;
1504   const Value *V1 = GetLinearExpression(Var1.V, V1Scale, V1Offset, V1ZExtBits,
1505                                         V1SExtBits, *DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1506
1507   if (V0Scale != V1Scale || V0ZExtBits != V1ZExtBits ||
1508       V0SExtBits != V1SExtBits || !isValueEqualInPotentialCycles(V0, V1))
1509     return false;
1510
1511   // We have a hit - Var0 and Var1 only differ by a constant offset!
1512
1513   // If we've been sext'ed then zext'd the maximum difference between Var0 and
1514   // Var1 is possible to calculate, but we're just interested in the absolute
1515   // minumum difference between the two. The minimum distance may occur due to
1516   // wrapping; consider "add i3 %i, 5": if %i == 7 then 7 + 5 mod 8 == 4, and so
1517   // the minimum distance between %i and %i + 5 is 3.
1518   APInt MinDiff = V0Offset - V1Offset,
1519         Wrapped = APInt::getMaxValue(Width) - MinDiff + APInt(Width, 1);
1520   MinDiff = APIntOps::umin(MinDiff, Wrapped);
1521   uint64_t MinDiffBytes = MinDiff.getZExtValue() * std::abs(Var0.Scale);
1522
1523   // We can't definitely say whether GEP1 is before or after V2 due to wrapping
1524   // arithmetic (i.e. for some values of GEP1 and V2 GEP1 < V2, and for other
1525   // values GEP1 > V2). We'll therefore only declare NoAlias if both V1Size and
1526   // V2Size can fit in the MinDiffBytes gap.
1527   return V1Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes &&
1528          V2Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes;
1529 }