[BasicAA] Revert r221876 because it can produce incorrect aliasing
[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*/ Value *BasicAliasAnalysis::GetLinearExpression(
181     Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, ExtensionKind &Extension,
182     const DataLayout &DL, unsigned Depth, AssumptionCache *AC,
183     DominatorTree *DT) {
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 (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
194     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
195       switch (BOp->getOpcode()) {
196       default:
197         break;
198       case Instruction::Or:
199         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
200         // analyze it.
201         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
202                                BOp, DT))
203           break;
204       // FALL THROUGH.
205       case Instruction::Add:
206         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
207                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
208         Offset += RHSC->getValue();
209         return V;
210       case Instruction::Mul:
211         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
212                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
213         Offset *= RHSC->getValue();
214         Scale *= RHSC->getValue();
215         return V;
216       case Instruction::Shl:
217         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
218                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
219         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
220         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
221         return V;
222       }
223     }
224   }
225
226   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
227   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
228   // extensions have to be consistent though.
229   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
230       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
231     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
232     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
233     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
234     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
235     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
236     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
237
238     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension, DL,
239                                         Depth + 1, AC, DT);
240     Scale = Scale.zext(OldWidth);
241     Offset = Offset.zext(OldWidth);
242
243     return Result;
244   }
245
246   Scale = 1;
247   Offset = 0;
248   return V;
249 }
250
251 /// If V is a symbolic pointer expression, decompose it into a base pointer
252 /// with a constant offset and a number of scaled symbolic offsets.
253 ///
254 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale
255 /// in the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
256 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As
257 /// such, the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
258 ///
259 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
260 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
261 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
262 /// depth (MaxLookupSearchDepth). When DataLayout not is around, it just looks
263 /// through pointer casts.
264 /*static*/ const Value *BasicAliasAnalysis::DecomposeGEPExpression(
265     const Value *V, int64_t &BaseOffs,
266     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, bool &MaxLookupReached,
267     const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
268   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
269   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
270   MaxLookupReached = false;
271   SearchTimes++;
272
273   BaseOffs = 0;
274   do {
275     // See if this is a bitcast or GEP.
276     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
277     if (!Op) {
278       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
279       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
280         if (!GA->mayBeOverridden()) {
281           V = GA->getAliasee();
282           continue;
283         }
284       }
285       return V;
286     }
287
288     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
289         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
290       V = Op->getOperand(0);
291       continue;
292     }
293
294     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
295     if (!GEPOp) {
296       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
297       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
298       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
299         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
300         // (these are both now available in this function, but this should be
301         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
302         // provided also.
303         if (const Value *Simplified =
304                 SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
305           V = Simplified;
306           continue;
307         }
308
309       return V;
310     }
311
312     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
313     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
314       return V;
315
316     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
317     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
318     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
319     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin() + 1, E = GEPOp->op_end();
320          I != E; ++I) {
321       Value *Index = *I;
322       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
323       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
324         // For a struct, add the member offset.
325         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
326         if (FieldNo == 0)
327           continue;
328
329         BaseOffs += DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
330         continue;
331       }
332
333       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
334       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
335         if (CIdx->isZero())
336           continue;
337         BaseOffs += DL.getTypeAllocSize(*GTI) * CIdx->getSExtValue();
338         continue;
339       }
340
341       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(*GTI);
342       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
343
344       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
345       // sign extended to pointer size.
346       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
347       if (DL.getPointerSizeInBits(AS) > Width)
348         Extension = EK_SignExt;
349
350       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
351       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
352       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension, DL,
353                                   0, AC, DT);
354
355       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
356       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
357       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue() * Scale;
358       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
359
360       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
361       // scale into it.  For example, we want to handle:
362       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
363       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
364       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
365         if (VarIndices[i].V == Index && VarIndices[i].Extension == Extension) {
366           Scale += VarIndices[i].Scale;
367           VarIndices.erase(VarIndices.begin() + i);
368           break;
369         }
370       }
371
372       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
373       // pointer size.
374       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL.getPointerSizeInBits(AS)) {
375         Scale <<= ShiftBits;
376         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
377       }
378
379       if (Scale) {
380         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
381                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
382         VarIndices.push_back(Entry);
383       }
384     }
385
386     // Analyze the base pointer next.
387     V = GEPOp->getOperand(0);
388   } while (--MaxLookup);
389
390   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
391   MaxLookupReached = true;
392   SearchLimitReached++;
393   return V;
394 }
395
396 //===----------------------------------------------------------------------===//
397 // BasicAliasAnalysis Pass
398 //===----------------------------------------------------------------------===//
399
400 // Register the pass...
401 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
402 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
403                          "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false,
404                          true, false)
405 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
406 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
407 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
408                        "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", false, true,
409                        false)
410
411 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
412   return new BasicAliasAnalysis();
413 }
414
415 /// Returns whether the given pointer value points to memory that is local to
416 /// the function, with global constants being considered local to all
417 /// functions.
418 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
419                                                 bool OrLocal) {
420   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
421
422   unsigned MaxLookup = 8;
423   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
424   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
425   do {
426     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), *DL);
427     if (!Visited.insert(V).second) {
428       Visited.clear();
429       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
430     }
431
432     // An alloca instruction defines local memory.
433     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
434       continue;
435
436     // A global constant counts as local memory for our purposes.
437     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
438       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
439       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
440       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
441       if (!GV->isConstant()) {
442         Visited.clear();
443         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
444       }
445       continue;
446     }
447
448     // If both select values point to local memory, then so does the select.
449     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
450       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
451       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
452       continue;
453     }
454
455     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
456     // the phi.
457     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
458       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
459       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
460         Visited.clear();
461         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
462       }
463       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
464         Worklist.push_back(IncValue);
465       continue;
466     }
467
468     // Otherwise be conservative.
469     Visited.clear();
470     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
471
472   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
473
474   Visited.clear();
475   return Worklist.empty();
476 }
477
478 // FIXME: This code is duplicated with MemoryLocation and should be hoisted to
479 // some common utility location.
480 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
481                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
482   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
483       MS->getName() == "memset_pattern16") {
484     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
485     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
486         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
487         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
488         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
489       return true;
490   }
491
492   return false;
493 }
494
495 /// Returns the behavior when calling the given call site.
496 FunctionModRefBehavior
497 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
498   if (CS.doesNotAccessMemory())
499     // Can't do better than this.
500     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
501
502   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
503
504   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
505   // than that.
506   if (CS.onlyReadsMemory())
507     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
508
509   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
510     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
511
512   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
513   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
514 }
515
516 /// Returns the behavior when calling the given function. For use when the call
517 /// site is not known.
518 FunctionModRefBehavior
519 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
520   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
521   if (F->doesNotAccessMemory())
522     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
523
524   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
525
526   // If the function declares it only reads memory, go with that.
527   if (F->onlyReadsMemory())
528     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
529
530   if (F->onlyAccessesArgMemory())
531     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
532
533   const TargetLibraryInfo &TLI =
534       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
535   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
536     Min = FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees;
537
538   // Otherwise be conservative.
539   return FunctionModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
540 }
541
542 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
543                                                 unsigned ArgIdx) {
544   if (const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction()))
545     switch (II->getIntrinsicID()) {
546     default:
547       break;
548     case Intrinsic::memset:
549     case Intrinsic::memcpy:
550     case Intrinsic::memmove:
551       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
552              "Invalid argument index for memory intrinsic");
553       return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
554     }
555
556   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
557   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
558   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
559   // whenever possible.
560   if (CS.getCalledFunction() &&
561       isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), *TLI)) {
562     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
563            "Invalid argument index for memset_pattern16");
564     return ArgIdx ? MRI_Ref : MRI_Mod;
565   }
566   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
567
568   return AliasAnalysis::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
569 }
570
571 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
572   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
573   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
574     return true;
575
576   return false;
577 }
578
579 bool BasicAliasAnalysis::doInitialization(Module &M) {
580   InitializeAliasAnalysis(this, &M.getDataLayout());
581   return true;
582 }
583
584 /// Checks to see if the specified callsite can clobber the specified memory
585 /// object.
586 ///
587 /// Since we only look at local properties of this function, we really can't
588 /// say much about this query.  We do, however, use simple "address taken"
589 /// analysis on local objects.
590 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
591                                              const MemoryLocation &Loc) {
592   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
593          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
594
595   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, *DL);
596
597   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
598   // the tail call cannot access or modify the local stack.
599   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
600   // the current function not to the current function, and a tail callee
601   // may reference them.
602   if (isa<AllocaInst>(Object))
603     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
604       if (CI->isTailCall())
605         return MRI_NoModRef;
606
607   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
608   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
609   // as an argument, and itself doesn't capture it.
610   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
611       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
612     bool PassedAsArg = false;
613     unsigned ArgNo = 0;
614     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
615          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
616       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
617       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
618       // couldn't be no-capture.
619       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
620           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
621         continue;
622
623       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
624       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
625       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
626       // escape.
627       if (!isNoAlias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object))) {
628         PassedAsArg = true;
629         break;
630       }
631     }
632
633     if (!PassedAsArg)
634       return MRI_NoModRef;
635   }
636
637   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
638   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
639   // particular memory location.
640   if (isAssumeIntrinsic(CS))
641     return MRI_NoModRef;
642
643   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
644   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
645 }
646
647 ModRefInfo BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
648                                              ImmutableCallSite CS2) {
649   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
650   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
651   // particular memory location.
652   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
653     return MRI_NoModRef;
654
655   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
656   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
657 }
658
659 /// Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP operators,
660 /// both having the exact same pointer operand.
661 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
662                                             uint64_t V1Size,
663                                             const GEPOperator *GEP2,
664                                             uint64_t V2Size,
665                                             const DataLayout &DL) {
666
667   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
668          "Expected GEPs with the same pointer operand");
669
670   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
671   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
672   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
673   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
674       GEP1->getNumIndices() < 2)
675     return MayAlias;
676
677   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
678   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
679   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
680       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
681     return MayAlias;
682
683   ConstantInt *C1 =
684       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
685   ConstantInt *C2 =
686       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
687
688   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
689   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
690   // equal, so the GEPs can alias.
691   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
692     return MayAlias;
693
694   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
695   // you stripped the last index.
696   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
697   // than an array, different indices can lead to different final types.
698   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
699
700   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
701   // through it as it only drops the pointer indirection.
702   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
703   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
704
705   // Insert all the remaining indices but the last one.
706   // Also, check that they all index through arrays.
707   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
708     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
709             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
710       return MayAlias;
711     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
712   }
713
714   StructType *LastIndexedStruct =
715       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
716           GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices));
717
718   if (!LastIndexedStruct)
719     return MayAlias;
720
721   // We know that:
722   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
723   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
724   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
725   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
726   //
727   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
728   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
729   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
730   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
731
732   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
733   // alias is that the fields are not overlapping.
734   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
735   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
736   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
737   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
738
739   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
740                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
741     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
742            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
743             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
744   };
745
746   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
747       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
748     return NoAlias;
749
750   return MayAlias;
751 }
752
753 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction against
754 /// another pointer.
755 ///
756 /// We know that V1 is a GEP, but we don't know anything about V2.
757 /// UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL), UnderlyingV2 is the same for
758 /// V2.
759 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasGEP(
760     const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size, const AAMDNodes &V1AAInfo,
761     const Value *V2, uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
762     const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2) {
763   int64_t GEP1BaseOffset;
764   bool GEP1MaxLookupReached;
765   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
766
767   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
768   // different functions.
769   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
770   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
771   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
772   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
773   // this isn't really a clean solution.
774   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
775   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
776   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
777     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
778         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
779   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
780     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
781         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
782
783   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
784       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
785   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
786
787   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
788   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
789   // derived pointer.
790   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
791     // Do the base pointers alias?
792     AliasResult BaseAlias =
793         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
794                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
795
796     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
797     // identical.
798     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
799       // Do the base pointers alias assuming type and size.
800       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size, V1AAInfo,
801                                                 UnderlyingV2, V2Size, V2AAInfo);
802       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
803         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
804         // relation of the resulting pointer.
805         int64_t GEP2BaseOffset;
806         bool GEP2MaxLookupReached;
807         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
808         const Value *GEP2BasePtr =
809             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
810                                    GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
811         const Value *GEP1BasePtr =
812             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
813                                    GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
814         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
815         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
816         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
817           assert(!DL &&
818                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
819           return MayAlias;
820         }
821         // If the max search depth is reached the result is undefined
822         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
823           return MayAlias;
824
825         // Same offsets.
826         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
827             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
828           return NoAlias;
829         GEP1VariableIndices.clear();
830       }
831     }
832
833     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
834     // will improve this situation.
835     if (BaseAlias != MustAlias)
836       return BaseAlias;
837
838     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
839     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
840     // about the relation of the resulting pointer.
841     const Value *GEP1BasePtr =
842         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
843                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
844
845     int64_t GEP2BaseOffset;
846     bool GEP2MaxLookupReached;
847     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
848     const Value *GEP2BasePtr =
849         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
850                                GEP2MaxLookupReached, *DL, AC2, DT);
851
852     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
853     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
854     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
855       assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
856       return MayAlias;
857     }
858
859     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
860     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
861     // the resulting pointers.
862     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
863       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
864       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
865       if (R != MayAlias)
866         return R;
867     }
868
869     // If the max search depth is reached the result is undefined
870     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
871       return MayAlias;
872
873     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
874     // symbolic difference.
875     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
876     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
877
878   } else {
879     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
880     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
881     // pointer, we know they cannot alias.
882
883     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
884     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
885         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
886       return MayAlias;
887
888     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
889                                AAMDNodes(), V2, V2Size, V2AAInfo);
890     if (R != MustAlias)
891       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
892       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
893       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
894       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
895       // with the first operand of the getelementptr".
896       return R;
897
898     const Value *GEP1BasePtr =
899         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
900                                GEP1MaxLookupReached, *DL, AC1, DT);
901
902     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
903     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
904     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
905       assert(!DL && "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
906       return MayAlias;
907     }
908     // If the max search depth is reached the result is undefined
909     if (GEP1MaxLookupReached)
910       return MayAlias;
911   }
912
913   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
914   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
915   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
916   //
917   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
918   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
919   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
920     return MustAlias;
921
922   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
923   // is less than the size of the associated memory object, then we know
924   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
925   // greater, we know they do not overlap.
926   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
927     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
928       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
929         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
930           return PartialAlias;
931         return NoAlias;
932       }
933     } else {
934       // We have the situation where:
935       // +                +
936       // | BaseOffset     |
937       // ---------------->|
938       // |-->V1Size       |-------> V2Size
939       // GEP1             V2
940       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
941       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
942       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
943           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
944         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
945           return PartialAlias;
946         return NoAlias;
947       }
948     }
949   }
950
951   // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
952   // Grab the least significant bit set in any of the scales.
953   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
954     uint64_t Modulo = 0;
955     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i)
956       Modulo |= (uint64_t)GEP1VariableIndices[i].Scale;
957     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
958
959     // We can compute the difference between the two addresses
960     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
961     // two locations do not alias.
962     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
963     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
964         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
965         V1Size <= Modulo - ModOffset)
966       return NoAlias;
967   }
968
969   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
970   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
971   // little tricks above worked.
972   //
973   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
974   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
975   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
976   return PartialAlias;
977 }
978
979 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
980   // If the results agree, take it.
981   if (A == B)
982     return A;
983   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
984   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
985       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
986     return PartialAlias;
987   // Otherwise, we don't know anything.
988   return MayAlias;
989 }
990
991 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select instruction
992 /// against another.
993 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI,
994                                             uint64_t SISize,
995                                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
996                                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
997                                             const AAMDNodes &V2AAInfo) {
998   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
999   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1000   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1001     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1002       AliasResult Alias = aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1003                                      SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1004       if (Alias == MayAlias)
1005         return MayAlias;
1006       AliasResult ThisAlias =
1007           aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1008                      SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1009       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1010     }
1011
1012   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1013   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1014   AliasResult Alias =
1015       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1016   if (Alias == MayAlias)
1017     return MayAlias;
1018
1019   AliasResult ThisAlias =
1020       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1021   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1022 }
1023
1024 /// Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction against
1025 /// another.
1026 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1027                                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
1028                                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
1029                                          const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1030   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1031   // value equivalence.
1032   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1033
1034   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1035   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1036   // on corresponding edges.
1037   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1038     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1039       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1040                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1041       if (PN > V2)
1042         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1043       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1044       // NoAlias.
1045       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1046       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1047       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1048       // that causes a MayAlias.
1049       // Pretend the phis do not alias.
1050       AliasResult Alias = NoAlias;
1051       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1052              "There must exist an entry for the phi node");
1053       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1054       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1055
1056       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1057         AliasResult ThisAlias =
1058             aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1059                        PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1060                        V2Size, V2AAInfo);
1061         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1062         if (Alias == MayAlias)
1063           break;
1064       }
1065
1066       // Reset if speculation failed.
1067       if (Alias != NoAlias)
1068         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1069
1070       return Alias;
1071     }
1072
1073   SmallPtrSet<Value *, 4> UniqueSrc;
1074   SmallVector<Value *, 4> V1Srcs;
1075   bool isRecursive = false;
1076   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1077     if (isa<PHINode>(PV1))
1078       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1079       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1080       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1081       // and 'n' are the number of PHI sources.
1082       return MayAlias;
1083
1084     if (EnableRecPhiAnalysis)
1085       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1086         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1087         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1088         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1089         // below.
1090         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1091             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1092           isRecursive = true;
1093           continue;
1094         }
1095       }
1096
1097     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1098       V1Srcs.push_back(PV1);
1099   }
1100
1101   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1102   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1103   // pointer to.
1104   if (isRecursive)
1105     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1106
1107   AliasResult Alias =
1108       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1109
1110   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1111   // Other results are not possible.
1112   if (Alias == MayAlias)
1113     return MayAlias;
1114
1115   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1116   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1117   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1118     Value *V = V1Srcs[i];
1119
1120     AliasResult ThisAlias =
1121         aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V, PNSize, PNAAInfo);
1122     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1123     if (Alias == MayAlias)
1124       break;
1125   }
1126
1127   return Alias;
1128 }
1129
1130 /// Provideis a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases, such as
1131 /// array references.
1132 AliasResult BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1133                                            AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1134                                            uint64_t V2Size,
1135                                            AAMDNodes V2AAInfo) {
1136   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1137   // pointer values are.
1138   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1139     return NoAlias;
1140
1141   // Strip off any casts if they exist.
1142   V1 = V1->stripPointerCasts();
1143   V2 = V2->stripPointerCasts();
1144
1145   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1146   // value for undef that aliases nothing in the program.
1147   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1148     return NoAlias;
1149
1150   // Are we checking for alias of the same value?
1151   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1152   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1153   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1154   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1155   // reach the value.
1156   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1157     return MustAlias;
1158
1159   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1160     return NoAlias; // Scalars cannot alias each other
1161
1162   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1163   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1164   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, *DL, MaxLookupSearchDepth);
1165
1166   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1167   // don't alias any other pointer.
1168   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1169     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1170       return NoAlias;
1171   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1172     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1173       return NoAlias;
1174
1175   if (O1 != O2) {
1176     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1177     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1178       return NoAlias;
1179
1180     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1181     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1182         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1183       return NoAlias;
1184
1185     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1186     // unambigously identified at the function level.
1187     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1188         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1189       return NoAlias;
1190
1191     // Most objects can't alias null.
1192     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1193         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1194       return NoAlias;
1195
1196     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1197     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1198     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1199     //
1200     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1201     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1202     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1203     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1204     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1205     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1206       return NoAlias;
1207     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1208       return NoAlias;
1209   }
1210
1211   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1212   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1213   if (DL)
1214     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1215          isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1216         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1217          isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1218       return NoAlias;
1219
1220   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1221   // otherwise infinitely recursive queries.
1222   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1223                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1224   if (V1 > V2)
1225     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1226   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1227       AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1228   if (!Pair.second)
1229     return Pair.first->second;
1230
1231   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1232   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1233   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1234     std::swap(V1, V2);
1235     std::swap(V1Size, V2Size);
1236     std::swap(O1, O2);
1237     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1238   }
1239   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1240     AliasResult Result =
1241         aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1242     if (Result != MayAlias)
1243       return AliasCache[Locs] = Result;
1244   }
1245
1246   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1247     std::swap(V1, V2);
1248     std::swap(V1Size, V2Size);
1249     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1250   }
1251   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1252     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
1253     if (Result != MayAlias)
1254       return AliasCache[Locs] = Result;
1255   }
1256
1257   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1258     std::swap(V1, V2);
1259     std::swap(V1Size, V2Size);
1260     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1261   }
1262   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1263     AliasResult Result =
1264         aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo);
1265     if (Result != MayAlias)
1266       return AliasCache[Locs] = Result;
1267   }
1268
1269   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1270   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1271   // overlap in some way.
1272   if (DL && O1 == O2)
1273     if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1274          isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1275         (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1276          isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1277       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1278
1279   AliasResult Result =
1280       AliasAnalysis::alias(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1281                            MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1282   return AliasCache[Locs] = Result;
1283 }
1284
1285 /// Check whether two Values can be considered equivalent.
1286 ///
1287 /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks whether
1288 /// they can not be part of a cycle in the value graph by looking at all
1289 /// visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the value. We
1290 /// have to do this because we are looking through phi nodes (That is we say
1291 /// noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
1292 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1293                                                        const Value *V2) {
1294   if (V != V2)
1295     return false;
1296
1297   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1298   if (!Inst)
1299     return true;
1300
1301   if (VisitedPhiBBs.empty())
1302     return true;
1303
1304   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1305     return false;
1306
1307   // Use dominance or loop info if available.
1308   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1309       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1310   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1311   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1312   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1313
1314   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1315   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1316   // phi nodes could be involved in.
1317   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1318     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1319       return false;
1320
1321   return true;
1322 }
1323
1324 /// Computes the symbolic difference between two de-composed GEPs.
1325 ///
1326 /// Dest and Src are the variable indices from two decomposed GetElementPtr
1327 /// instructions GEP1 and GEP2 which have common base pointers.
1328 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1329     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1330     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1331   if (Src.empty())
1332     return;
1333
1334   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1335     const Value *V = Src[i].V;
1336     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1337     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1338
1339     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1340     // than a few variable indexes.
1341     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1342       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1343           Dest[j].Extension != Extension)
1344         continue;
1345
1346       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1347       // goes to zero, remove the entry.
1348       if (Dest[j].Scale != Scale)
1349         Dest[j].Scale -= Scale;
1350       else
1351         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1352       Scale = 0;
1353       break;
1354     }
1355
1356     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1357     if (Scale) {
1358       VariableGEPIndex Entry = {V, Extension, -Scale};
1359       Dest.push_back(Entry);
1360     }
1361   }
1362 }