Analyze recursive PHI nodes in BasicAA
[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     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
483                                const MemoryLocation &Loc) override;
484
485     ModRefResult 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     ModRefResult getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
495                                   unsigned ArgIdx) override;
496
497     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
498     /// call site.
499     ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
500
501     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
502     /// For use when the call site is not known.
503     ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
504
505     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
506     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
507     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
508     /// specified pass info.
509     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
510       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
511         return (AliasAnalysis*)this;
512       return this;
513     }
514
515   private:
516     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
517     typedef std::pair<MemoryLocation, MemoryLocation> LocPair;
518     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
519     AliasCacheTy AliasCache;
520
521     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
522     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
523     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
524     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
525     /// pointer.
526     /// The following example shows the problem:
527     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
528     ///   %l = load %ptr
529     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
530     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
531     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
532     ///   store %l, ...
533     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
534
535     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
536     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
537
538     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
539     ///
540     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
541     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
542     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
543     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
544     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
545     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
546
547     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
548     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
549     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
550     /// difference between the two pointers.
551     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
552                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
553
554     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
555     // instruction against another.
556     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
557                          const AAMDNodes &V1AAInfo,
558                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
559                          const AAMDNodes &V2AAInfo,
560                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
561
562     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
563     // instruction against another.
564     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
565                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
566                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
567                          const AAMDNodes &V2AAInfo);
568
569     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
570     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
571                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
572                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
573                             const AAMDNodes &V2AAInfo);
574
575     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
576                            AAMDNodes V1AATag,
577                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
578                            AAMDNodes V2AATag);
579   };
580 }  // End of anonymous namespace
581
582 // Register this pass...
583 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
584 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
585                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
586                    false, true, false)
587 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
588 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
589 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
590                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
591                    false, true, false)
592
593
594 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
595   return new BasicAliasAnalysis();
596 }
597
598 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
599 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
600 /// considered local to all functions.
601 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
602                                                 bool OrLocal) {
603   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
604
605   unsigned MaxLookup = 8;
606   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
607   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
608   do {
609     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
610     if (!Visited.insert(V).second) {
611       Visited.clear();
612       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
613     }
614
615     // An alloca instruction defines local memory.
616     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
617       continue;
618
619     // A global constant counts as local memory for our purposes.
620     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
621       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
622       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
623       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
624       if (!GV->isConstant()) {
625         Visited.clear();
626         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
627       }
628       continue;
629     }
630
631     // If both select values point to local memory, then so does the select.
632     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
633       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
634       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
635       continue;
636     }
637
638     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
639     // the phi.
640     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
641       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
642       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
643         Visited.clear();
644         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
645       }
646       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
647         Worklist.push_back(IncValue);
648       continue;
649     }
650
651     // Otherwise be conservative.
652     Visited.clear();
653     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
654
655   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
656
657   Visited.clear();
658   return Worklist.empty();
659 }
660
661 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
662 // some common utility location.
663 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
664                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
665   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
666       MS->getName() == "memset_pattern16") {
667     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
668     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
669         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
670         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
671         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
672       return true;
673   }
674
675   return false;
676 }
677
678 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
679 AliasAnalysis::ModRefBehavior
680 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
681   if (CS.doesNotAccessMemory())
682     // Can't do better than this.
683     return DoesNotAccessMemory;
684
685   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
686
687   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
688   // than that.
689   if (CS.onlyReadsMemory())
690     Min = OnlyReadsMemory;
691
692   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
693     Min = ModRefBehavior(Min & OnlyAccessesArgumentPointees);
694
695   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
696   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
697 }
698
699 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
700 /// For use when the call site is not known.
701 AliasAnalysis::ModRefBehavior
702 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
703   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
704   if (F->doesNotAccessMemory())
705     return DoesNotAccessMemory;
706
707   // For intrinsics, we can check the table.
708   if (Intrinsic::ID iid = F->getIntrinsicID()) {
709 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
710 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
711 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
712   }
713
714   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
715
716   // If the function declares it only reads memory, go with that.
717   if (F->onlyReadsMemory())
718     Min = OnlyReadsMemory;
719
720   if (F->onlyAccessesArgMemory())
721     Min = ModRefBehavior(Min & OnlyAccessesArgumentPointees);
722
723   const TargetLibraryInfo &TLI =
724       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
725   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
726     Min = OnlyAccessesArgumentPointees;
727
728   // Otherwise be conservative.
729   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
730 }
731
732 AliasAnalysis::ModRefResult
733 BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx) {
734   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
735     switch (II->getIntrinsicID()) {
736     default:
737       break;
738     case Intrinsic::memset:
739     case Intrinsic::memcpy:
740     case Intrinsic::memmove:
741       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
742              "Invalid argument index for memory intrinsic");
743       return ArgIdx ? Ref : Mod;
744     }
745
746   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
747   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
748   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
749   // whenever possible.
750   if (CS.getCalledFunction() &&
751       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
752     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
753            "Invalid argument index for memset_pattern16");
754     return ArgIdx ? Ref : Mod;
755   }
756   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
757
758   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
759 }
760
761 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
762   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
763   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
764     return true;
765
766   return false;
767 }
768
769 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
770   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
771   return true;
772 }
773
774 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
775 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
776 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
777 /// simple "address taken" analysis on local objects.
778 AliasAnalysis::ModRefResult
779 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
780                                   const MemoryLocation &Loc) {
781   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
782          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
783
784   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
785
786   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
787   // the tail call cannot access or modify the local stack.
788   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
789   // the current function not to the current function, and a tail callee
790   // may reference them.
791   if (isa<AllocaInst>(Object))
792     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
793       if (CI->isTailCall())
794         return NoModRef;
795
796   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
797   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
798   // as an argument, and itself doesn't capture it.
799   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
800       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
801     bool PassedAsArg = false;
802     unsigned ArgNo = 0;
803     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
804          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
805       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
806       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
807       // couldn't be no-capture.
808       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
809           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
810         continue;
811
812       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
813       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
814       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
815       // escape.
816       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
817         PassedAsArg = true;
818         break;
819       }
820     }
821
822     if (!PassedAsArg)
823       return NoModRef;
824   }
825
826   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
827   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
828   // particular memory location.
829   if (isAssumeIntrinsic(CS))
830     return NoModRef;
831
832   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
833   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
834 }
835
836 AliasAnalysis::ModRefResult
837 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
838                                   ImmutableCallSite CS2) {
839   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
840   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
841   // particular memory location.
842   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
843     return NoModRef;
844
845   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
846   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
847 }
848
849 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
850 /// operators, both having the exact same pointer operand.
851 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
852                                             uint64_t V1Size,
853                                             const GEPOperator *GEP2,
854                                             uint64_t V2Size,
855                                             const DataLayout &DL) {
856
857   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
858          "Expected GEPs with the same pointer operand");
859
860   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
861   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
862   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
863   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
864       GEP1->getNumIndices() < 2)
865     return MayAlias;
866
867   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
868   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
869   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
870       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
871     return MayAlias;
872
873   ConstantInt *C1 =
874       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
875   ConstantInt *C2 =
876       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
877
878   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
879   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
880   // equal, so the GEPs can alias.
881   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
882     return MayAlias;
883
884   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
885   // you stripped the last index.
886   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
887   // than an array, different indices can lead to different final types.
888   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
889
890   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
891   // through it as it only drops the pointer indirection.
892   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
893   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
894
895   // Insert all the remaining indices but the last one.
896   // Also, check that they all index through arrays.
897   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
898     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
899             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
900       return MayAlias;
901     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
902   }
903
904   StructType *LastIndexedStruct =
905       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
906           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
907
908   if (!LastIndexedStruct)
909     return MayAlias;
910
911   // We know that:
912   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
913   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
914   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
915   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
916   //
917   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
918   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
919   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
920   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
921
922   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
923   // alias is that the fields are not overlapping.
924   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
925   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
926   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
927   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
928
929   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
930                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
931     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
932            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
933             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
934   };
935
936   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
937       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
938     return NoAlias;
939
940   return MayAlias;
941 }
942
943 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
944 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
945 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
946 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
947 ///
948 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
949     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
950     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
951     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
952   int64_t GEP1BaseOffset;
953   bool GEP1MaxLookupReached;
954   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
955
956   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
957   // different functions.
958   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
959   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
960   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
961   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
962   // this isn't really a clean solution.
963   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
964   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
965   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
966     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
967         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
968   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
969     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
970         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
971
972   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
973       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
974   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
975
976   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
977   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
978   // derived pointer.
979   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
980     // Do the base pointers alias?
981     AliasResult BaseAlias =
982         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
983                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
984
985     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
986     // identical.
987     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
988       // Do the base pointers alias assuming type and size.
989       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
990                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
991                                                 V2Size, V2AAInfo);
992       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
993         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
994         // relation of the resulting pointer.
995         int64_t GEP2BaseOffset;
996         bool GEP2MaxLookupReached;
997         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
998         const Value *GEP2BasePtr =
999             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1000                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
1001         const Value *GEP1BasePtr =
1002             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1003                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1004         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1005         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1006         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1007           assert(!DL &&
1008                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1009           return MayAlias;
1010         }
1011         // If the max search depth is reached the result is undefined
1012         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1013           return MayAlias;
1014
1015         // Same offsets.
1016         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1017             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
1018           return NoAlias;
1019         GEP1VariableIndices.clear();
1020       }
1021     }
1022
1023     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1024     // will improve this situation.
1025     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
1026
1027     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1028     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1029     // about the relation of the resulting pointer.
1030     const Value *GEP1BasePtr =
1031         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1032                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1033
1034     int64_t GEP2BaseOffset;
1035     bool GEP2MaxLookupReached;
1036     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1037     const Value *GEP2BasePtr =
1038         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1039                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
1040
1041     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1042     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1043     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1044       assert(!DL &&
1045              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1046       return MayAlias;
1047     }
1048
1049     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1050     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1051     // the resulting pointers.
1052     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
1053       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
1054       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1055       if (R != MayAlias)
1056         return R;
1057     }
1058
1059     // If the max search depth is reached the result is undefined
1060     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1061       return MayAlias;
1062
1063     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1064     // symbolic difference.
1065     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1066     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
1067
1068   } else {
1069     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1070     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1071     // pointer, we know they cannot alias.
1072
1073     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1074     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
1075         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1076       return MayAlias;
1077
1078     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
1079                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
1080     if (R != MustAlias)
1081       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1082       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1083       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
1084       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
1085       // with the first operand of the getelementptr".
1086       return R;
1087
1088     const Value *GEP1BasePtr =
1089         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1090                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
1091
1092     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1093     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1094     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
1095       assert(!DL &&
1096              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1097       return MayAlias;
1098     }
1099     // If the max search depth is reached the result is undefined
1100     if (GEP1MaxLookupReached)
1101       return MayAlias;
1102   }
1103
1104   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1105   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1106   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1107   //
1108   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1109   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1110   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1111     return MustAlias;
1112
1113   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1114   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1115   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1116   // greater, we know they do not overlap.
1117   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1118     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1119       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1120         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1121           return PartialAlias;
1122         return NoAlias;
1123       }
1124     } else {
1125       // We have the situation where:
1126       // +                +
1127       // | BaseOffset     |
1128       // ---------------->|
1129       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1130       // GEP1             V2
1131       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1132       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1133       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1134           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1135         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1136           return PartialAlias;
1137         return NoAlias;
1138       }
1139     }
1140   }
1141
1142   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1143     uint64_t Modulo = 0;
1144     bool AllPositive = true;
1145     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
1146
1147       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1148       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1149       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1150       // be ^'ing Modulo with itself later.
1151       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
1152
1153       if (AllPositive) {
1154         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1155         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1156         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1157         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
1158
1159         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
1160         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, *DL,
1161                        0, AC1, nullptr, DT);
1162
1163         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1164         // bit to zero.
1165         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].Extension == EK_ZeroExt;
1166         SignKnownZero |= IsZExt;
1167         SignKnownOne &= !IsZExt;
1168
1169         // If the variable begins with a zero then we know it's
1170         // positive, regardless of whether the value is signed or
1171         // unsigned.
1172         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
1173         AllPositive =
1174           (SignKnownZero && Scale >= 0) ||
1175           (SignKnownOne && Scale < 0);
1176       }
1177     }
1178
1179     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1180
1181     // We can compute the difference between the two addresses
1182     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1183     // two locations do not alias.
1184     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1185     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1186         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1187         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1188       return NoAlias;
1189
1190     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1191     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1192     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1193     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t) GEP1BaseOffset)
1194       return NoAlias;
1195   }
1196
1197   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1198   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1199   // little tricks above worked.
1200   //
1201   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1202   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1203   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1204   return PartialAlias;
1205 }
1206
1207 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1208   // If the results agree, take it.
1209   if (A == B)
1210     return A;
1211   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1212   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1213       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1214     return PartialAlias;
1215   // Otherwise, we don't know anything.
1216   return MayAlias;
1217 }
1218
1219 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1220 /// instruction against another.
1221 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
1222                                             uint64_t SISize,
1223                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
1224                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
1225                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1226   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1227   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1228   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1229     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1230       AliasResult Alias =
1231         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1232                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1233       if (Alias == MayAlias)
1234         return MayAlias;
1235       AliasResult ThisAlias =
1236         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1237                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1238       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1239     }
1240
1241   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1242   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1243   AliasResult Alias =
1244     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1245   if (Alias == MayAlias)
1246     return MayAlias;
1247
1248   AliasResult ThisAlias =
1249     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1250   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1251 }
1252
1253 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1254 // against another.
1255 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1256                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1257                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1258                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1259   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1260   // value equivalence.
1261   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1262
1263   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1264   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1265   // on corresponding edges.
1266   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1267     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1268       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1269                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1270       if (PN > V2)
1271         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1272       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1273       // NoAlias.
1274       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1275       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1276       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1277       // that causes a MayAlias.
1278       // Pretend the phis do not alias.
1279       AliasResult Alias = NoAlias;
1280       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1281              "There must exist an entry for the phi node");
1282       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1283       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1284
1285       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1286         AliasResult ThisAlias =
1287           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1288                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1289                      V2Size, V2AAInfo);
1290         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1291         if (Alias == MayAlias)
1292           break;
1293       }
1294
1295       // Reset if speculation failed.
1296       if (Alias != NoAlias)
1297         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1298
1299       return Alias;
1300     }
1301
1302   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1303   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1304   bool isRecursive = false;
1305   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1306     if (isa<PHINode>(PV1))
1307       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1308       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1309       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1310       // and 'n' are the number of PHI sources.
1311       return MayAlias;
1312
1313     if (EnableRecPhiAnalysis)
1314       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1315         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1316         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1317         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1318         // below.
1319         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1320             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1321           isRecursive = true;
1322           continue;
1323         }
1324       }
1325
1326     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1327       V1Srcs.push_back(PV1);
1328   }
1329
1330   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1331   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1332   // pointer to.
1333   if (isRecursive)
1334     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1335
1336   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1337                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1338
1339   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1340   // Other results are not possible.
1341   if (Alias == MayAlias)
1342     return MayAlias;
1343
1344   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1345   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1346   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1347     Value *V = V1Srcs[i];
1348
1349     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1350                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1351     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1352     if (Alias == MayAlias)
1353       break;
1354   }
1355
1356   return Alias;
1357 }
1358
1359 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1360 // such as array references.
1361 //
1362 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1363                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1364                                            uint64_t V2Size,
1365                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1366   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1367   // pointer values are.
1368   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1369     return NoAlias;
1370
1371   // Strip off any casts if they exist.
1372   V1 = V1->stripPointerCasts();
1373   V2 = V2->stripPointerCasts();
1374
1375   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1376   // value for undef that aliases nothing in the program.
1377   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1378     return NoAlias;
1379
1380   // Are we checking for alias of the same value?
1381   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1382   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1383   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1384   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1385   // reach the value.
1386   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1387     return MustAlias;
1388
1389   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1390     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1391
1392   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1393   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1394   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1395
1396   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1397   // don't alias any other pointer.
1398   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1399     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1400       return NoAlias;
1401   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1402     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1403       return NoAlias;
1404
1405   if (O1 != O2) {
1406     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1407     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1408       return NoAlias;
1409
1410     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1411     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1412         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1413       return NoAlias;
1414
1415     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1416     // unambigously identified at the function level.
1417     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1418         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1419       return NoAlias;
1420
1421     // Most objects can't alias null.
1422     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1423         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1424       return NoAlias;
1425
1426     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1427     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1428     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1429     //
1430     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1431     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1432     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1433     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1434     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1435     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1436       return NoAlias;
1437     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1438       return NoAlias;
1439   }
1440
1441   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1442   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1443   if (DL)
1444     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1445          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1446         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1447          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1448       return NoAlias;
1449
1450   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1451   // otherwise infinitely recursive queries.
1452   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1453                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1454   if (V1 > V2)
1455     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1456   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1457     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1458   if (!Pair.second)
1459     return Pair.first->second;
1460
1461   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1462   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1463   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1464     std::swap(V1, V2);
1465     std::swap(V1Size, V2Size);
1466     std::swap(O1, O2);
1467     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1468   }
1469   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1470     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1471     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1472   }
1473
1474   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1475     std::swap(V1, V2);
1476     std::swap(V1Size, V2Size);
1477     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1478   }
1479   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1480     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1481                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1482     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1483   }
1484
1485   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1486     std::swap(V1, V2);
1487     std::swap(V1Size, V2Size);
1488     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1489   }
1490   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1491     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1492                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1493     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1494   }
1495
1496   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1497   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1498   // overlap in some way.
1499   if (DL && O1 == O2)
1500     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1501          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1502         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1503          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1504       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1505
1506   AliasResult Result =
1507       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1508                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1509   return AliasCache[Locs] = Result;
1510 }
1511
1512 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1513                                                        const Value *V2) {
1514   if (V != V2)
1515     return false;
1516
1517   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1518   if (!Inst)
1519     return true;
1520
1521   if (VisitedPhiBBs.empty())
1522     return true;
1523
1524   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1525     return false;
1526
1527   // Use dominance or loop info if available.
1528   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1529       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1530   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1531   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1532   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1533
1534   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1535   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1536   // phi nodes could be involved in.
1537   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1538     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1539       return false;
1540
1541   return true;
1542 }
1543
1544 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1545 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1546 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1547 /// difference between the two pointers.
1548 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1549     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1550     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1551   if (Src.empty())
1552     return;
1553
1554   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1555     const Value *V = Src[i].V;
1556     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1557     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1558
1559     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1560     // than a few variable indexes.
1561     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1562       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1563           Dest[j].Extension != Extension)
1564         continue;
1565
1566       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1567       // goes to zero, remove the entry.
1568       if (Dest[j].Scale != Scale)
1569         Dest[j].Scale -= Scale;
1570       else
1571         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1572       Scale = 0;
1573       break;
1574     }
1575
1576     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1577     if (Scale) {
1578       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1579       Dest.push_back(Entry);
1580     }
1581   }
1582 }