[BasicAA] Try to disambiguate GEPs through arrays of structs into
[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 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
46 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes we need to be
47 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
48 /// cannot be involved in a cycle.
49 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
50
51 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
52 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
53 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
54 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
55
56 //===----------------------------------------------------------------------===//
57 // Useful predicates
58 //===----------------------------------------------------------------------===//
59
60 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
61 /// object that never escapes from the function.
62 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
63   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
64   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
65     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
66     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
67     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
68     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
69     // more precise.
70     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
71
72   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
73   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
74   // inside the function.
75   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
76     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
77       // Note even if the argument is marked nocapture we still need to check
78       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
79       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
80       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
81
82   return false;
83 }
84
85 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
86 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
87 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
88   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
89     return true;
90
91   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
92   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
93   // to PointerMayBeCaptured).
94   if (isa<LoadInst>(V))
95     return true;
96
97   return false;
98 }
99
100 /// getObjectSize - Return the size of the object specified by V, or
101 /// UnknownSize if unknown.
102 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
103                               const TargetLibraryInfo &TLI,
104                               bool RoundToAlign = false) {
105   uint64_t Size;
106   if (getObjectSize(V, Size, &DL, &TLI, RoundToAlign))
107     return Size;
108   return AliasAnalysis::UnknownSize;
109 }
110
111 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
112 /// by V is smaller than Size.
113 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
114                                 const DataLayout &DL,
115                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
116   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
117   // following contexts:
118   //    c1: llvm::getObjectSize()
119   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
120   //    c3: isObjectSmallerThan()
121   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
122   // refers to the "entire object".
123   //
124   //  Consider this example:
125   //     char *p = (char*)malloc(100)
126   //     char *q = p+80;
127   //
128   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
129   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
130   //
131   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
132   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
133   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
134   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
135   // entire object, we should:
136   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
137   //      question (in this case rewind to p), or
138   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
139   //      to the base address the object.
140   //
141   // We go for 2nd option for simplicity.
142   if (!isIdentifiedObject(V))
143     return false;
144
145   // This function needs to use the aligned object size because we allow
146   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
147   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/true);
148
149   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize < Size;
150 }
151
152 /// isObjectSize - Return true if we can prove that the object specified
153 /// by V has size Size.
154 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size,
155                          const DataLayout &DL, const TargetLibraryInfo &TLI) {
156   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
157   return ObjectSize != AliasAnalysis::UnknownSize && ObjectSize == Size;
158 }
159
160 //===----------------------------------------------------------------------===//
161 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
162 //===----------------------------------------------------------------------===//
163
164 namespace {
165   enum ExtensionKind {
166     EK_NotExtended,
167     EK_SignExt,
168     EK_ZeroExt
169   };
170
171   struct VariableGEPIndex {
172     const Value *V;
173     ExtensionKind Extension;
174     int64_t Scale;
175
176     bool operator==(const VariableGEPIndex &Other) const {
177       return V == Other.V && Extension == Other.Extension &&
178         Scale == Other.Scale;
179     }
180
181     bool operator!=(const VariableGEPIndex &Other) const {
182       return !operator==(Other);
183     }
184   };
185 }
186
187
188 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
189 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
190 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
191 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
192 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
193 ///
194 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
195 /// represented in the result.
196 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
197                                   ExtensionKind &Extension,
198                                   const DataLayout &DL, unsigned Depth,
199                                   AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
200   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
201
202   // Limit our recursion depth.
203   if (Depth == 6) {
204     Scale = 1;
205     Offset = 0;
206     return V;
207   }
208
209   if (ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
210     // if it's a constant, just convert it to an offset
211     // and remove the variable.
212     Offset += Const->getValue();
213     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
214     return V;
215   }
216
217   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
218     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
219       switch (BOp->getOpcode()) {
220       default: break;
221       case Instruction::Or:
222         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
223         // analyze it.
224         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), &DL, 0, AC,
225                                BOp, DT))
226           break;
227         // FALL THROUGH.
228       case Instruction::Add:
229         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
230                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
231         Offset += RHSC->getValue();
232         return V;
233       case Instruction::Mul:
234         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
235                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
236         Offset *= RHSC->getValue();
237         Scale *= RHSC->getValue();
238         return V;
239       case Instruction::Shl:
240         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
241                                 DL, Depth + 1, AC, DT);
242         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
243         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
244         return V;
245       }
246     }
247   }
248
249   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
250   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
251   // extensions have to be consistent though.
252   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
253       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
254     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
255     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
256     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
257     Scale = Scale.trunc(SmallWidth);
258     Offset = Offset.trunc(SmallWidth);
259     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
260
261     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension, DL,
262                                         Depth + 1, AC, DT);
263     Scale = Scale.zext(OldWidth);
264
265     // We have to sign-extend even if Extension == EK_ZeroExt as we can't
266     // decompose a sign extension (i.e. zext(x - 1) != zext(x) - zext(-1)).
267     Offset = Offset.sext(OldWidth);
268
269     return Result;
270   }
271
272   Scale = 1;
273   Offset = 0;
274   return V;
275 }
276
277 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
278 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
279 /// offsets.
280 ///
281 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
282 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
283 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
284 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
285 ///
286 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
287 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
288 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
289 /// depth (MaxLookupSearchDepth).
290 /// When DataLayout not is around, it just looks through pointer casts.
291 ///
292 static const Value *
293 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
294                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
295                        bool &MaxLookupReached, const DataLayout *DL,
296                        AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT) {
297   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
298   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
299   MaxLookupReached = false;
300
301   BaseOffs = 0;
302   do {
303     // See if this is a bitcast or GEP.
304     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
305     if (!Op) {
306       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
307       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
308         if (!GA->mayBeOverridden()) {
309           V = GA->getAliasee();
310           continue;
311         }
312       }
313       return V;
314     }
315
316     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
317         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
318       V = Op->getOperand(0);
319       continue;
320     }
321
322     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
323     if (!GEPOp) {
324       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
325       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
326       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
327         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
328         // (these are both now available in this function, but this should be
329         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
330         // provided also.
331         if (const Value *Simplified =
332               SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
333           V = Simplified;
334           continue;
335         }
336
337       return V;
338     }
339
340     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
341     if (!GEPOp->getOperand(0)->getType()->getPointerElementType()->isSized())
342       return V;
343
344     // If we are lacking DataLayout information, we can't compute the offets of
345     // elements computed by GEPs.  However, we can handle bitcast equivalent
346     // GEPs.
347     if (!DL) {
348       if (!GEPOp->hasAllZeroIndices())
349         return V;
350       V = GEPOp->getOperand(0);
351       continue;
352     }
353
354     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
355     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
356     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
357     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
358          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
359       Value *Index = *I;
360       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
361       if (StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
362         // For a struct, add the member offset.
363         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
364         if (FieldNo == 0) continue;
365
366         BaseOffs += DL->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
367         continue;
368       }
369
370       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
371       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
372         if (CIdx->isZero()) continue;
373         BaseOffs += DL->getTypeAllocSize(*GTI)*CIdx->getSExtValue();
374         continue;
375       }
376
377       uint64_t Scale = DL->getTypeAllocSize(*GTI);
378       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
379
380       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
381       // sign extended to pointer size.
382       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
383       if (DL->getPointerSizeInBits(AS) > Width)
384         Extension = EK_SignExt;
385
386       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
387       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
388       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension,
389                                   *DL, 0, AC, DT);
390
391       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
392       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
393       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
394       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
395
396       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
397       // scale into it.  For example, we want to handle:
398       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
399       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
400       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
401         if (VarIndices[i].V == Index &&
402             VarIndices[i].Extension == Extension) {
403           Scale += VarIndices[i].Scale;
404           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
405           break;
406         }
407       }
408
409       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
410       // pointer size.
411       if (unsigned ShiftBits = 64 - DL->getPointerSizeInBits(AS)) {
412         Scale <<= ShiftBits;
413         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
414       }
415
416       if (Scale) {
417         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension,
418                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
419         VarIndices.push_back(Entry);
420       }
421     }
422
423     // Analyze the base pointer next.
424     V = GEPOp->getOperand(0);
425   } while (--MaxLookup);
426
427   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
428   MaxLookupReached = true;
429   return V;
430 }
431
432 //===----------------------------------------------------------------------===//
433 // BasicAliasAnalysis Pass
434 //===----------------------------------------------------------------------===//
435
436 #ifndef NDEBUG
437 static const Function *getParent(const Value *V) {
438   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
439     return inst->getParent()->getParent();
440
441   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
442     return arg->getParent();
443
444   return nullptr;
445 }
446
447 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
448
449   const Function *F1 = getParent(O1);
450   const Function *F2 = getParent(O2);
451
452   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
453 }
454 #endif
455
456 namespace {
457   /// BasicAliasAnalysis - This is the primary alias analysis implementation.
458   struct BasicAliasAnalysis : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
459     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
460     BasicAliasAnalysis() : ImmutablePass(ID) {
461       initializeBasicAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
462     }
463
464     void initializePass() override {
465       InitializeAliasAnalysis(this);
466     }
467
468     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override {
469       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
470       AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
471       AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
472     }
473
474     AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB) override {
475       assert(AliasCache.empty() && "AliasCache must be cleared after use!");
476       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
477              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
478       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags,
479                                      LocB.Ptr, LocB.Size, LocB.AATags);
480       // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
481       // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
482       // SmallDenseMap if it ever grows larger.
483       // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
484       AliasCache.shrink_and_clear();
485       VisitedPhiBBs.clear();
486       return Alias;
487     }
488
489     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
490                                const Location &Loc) override;
491
492     ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
493                                ImmutableCallSite CS2) override;
494
495     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
496     /// global) or not.
497     bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) override;
498
499     /// Get the location associated with a pointer argument of a callsite.
500     Location getArgLocation(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx,
501                             ModRefResult &Mask) override;
502
503     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
504     /// call site.
505     ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
506
507     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
508     /// For use when the call site is not known.
509     ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
510
511     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
512     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
513     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
514     /// specified pass info.
515     void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) override {
516       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
517         return (AliasAnalysis*)this;
518       return this;
519     }
520
521   private:
522     // AliasCache - Track alias queries to guard against recursion.
523     typedef std::pair<Location, Location> LocPair;
524     typedef SmallDenseMap<LocPair, AliasResult, 8> AliasCacheTy;
525     AliasCacheTy AliasCache;
526
527     /// \brief Track phi nodes we have visited. When interpret "Value" pointer
528     /// equality as value equality we need to make sure that the "Value" is not
529     /// part of a cycle. Otherwise, two uses could come from different
530     /// "iterations" of a cycle and see different values for the same "Value"
531     /// pointer.
532     /// The following example shows the problem:
533     ///   %p = phi(%alloca1, %addr2)
534     ///   %l = load %ptr
535     ///   %addr1 = gep, %alloca2, 0, %l
536     ///   %addr2 = gep  %alloca2, 0, (%l + 1)
537     ///      alias(%p, %addr1) -> MayAlias !
538     ///   store %l, ...
539     SmallPtrSet<const BasicBlock*, 8> VisitedPhiBBs;
540
541     // Visited - Track instructions visited by pointsToConstantMemory.
542     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
543
544     /// \brief Check whether two Values can be considered equivalent.
545     ///
546     /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks
547     /// whether they can not be part of a cycle in the value graph by looking at
548     /// all visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the
549     /// value. We have to do this because we are looking through phi nodes (That
550     /// is we say noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
551     bool isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V1, const Value *V2);
552
553     /// \brief Dest and Src are the variable indices from two decomposed
554     /// GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
555     /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
556     /// difference between the two pointers.
557     void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
558                             const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src);
559
560     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
561     // instruction against another.
562     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, uint64_t V1Size,
563                          const AAMDNodes &V1AAInfo,
564                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
565                          const AAMDNodes &V2AAInfo,
566                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
567
568     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
569     // instruction against another.
570     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
571                          const AAMDNodes &PNAAInfo,
572                          const Value *V2, uint64_t V2Size,
573                          const AAMDNodes &V2AAInfo);
574
575     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
576     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
577                             const AAMDNodes &SIAAInfo,
578                             const Value *V2, uint64_t V2Size,
579                             const AAMDNodes &V2AAInfo);
580
581     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
582                            AAMDNodes V1AATag,
583                            const Value *V2, uint64_t V2Size,
584                            AAMDNodes V2AATag);
585   };
586 }  // End of anonymous namespace
587
588 // Register this pass...
589 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
590 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
591                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
592                    false, true, false)
593 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
594 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
595 INITIALIZE_AG_PASS_END(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
596                    "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)",
597                    false, true, false)
598
599
600 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
601   return new BasicAliasAnalysis();
602 }
603
604 /// pointsToConstantMemory - Returns whether the given pointer value
605 /// points to memory that is local to the function, with global constants being
606 /// considered local to all functions.
607 bool
608 BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) {
609   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
610
611   unsigned MaxLookup = 8;
612   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
613   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
614   do {
615     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), DL);
616     if (!Visited.insert(V).second) {
617       Visited.clear();
618       return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
619     }
620
621     // An alloca instruction defines local memory.
622     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
623       continue;
624
625     // A global constant counts as local memory for our purposes.
626     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
627       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
628       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
629       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
630       if (!GV->isConstant()) {
631         Visited.clear();
632         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
633       }
634       continue;
635     }
636
637     // If both select values point to local memory, then so does the select.
638     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
639       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
640       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
641       continue;
642     }
643
644     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
645     // the phi.
646     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
647       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
648       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
649         Visited.clear();
650         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
651       }
652       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
653         Worklist.push_back(PN->getIncomingValue(i));
654       continue;
655     }
656
657     // Otherwise be conservative.
658     Visited.clear();
659     return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
660
661   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
662
663   Visited.clear();
664   return Worklist.empty();
665 }
666
667 static bool isMemsetPattern16(const Function *MS,
668                               const TargetLibraryInfo &TLI) {
669   if (TLI.has(LibFunc::memset_pattern16) &&
670       MS->getName() == "memset_pattern16") {
671     FunctionType *MemsetType = MS->getFunctionType();
672     if (!MemsetType->isVarArg() && MemsetType->getNumParams() == 3 &&
673         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(0)) &&
674         isa<PointerType>(MemsetType->getParamType(1)) &&
675         isa<IntegerType>(MemsetType->getParamType(2)))
676       return true;
677   }
678
679   return false;
680 }
681
682 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
683 AliasAnalysis::ModRefBehavior
684 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
685   if (CS.doesNotAccessMemory())
686     // Can't do better than this.
687     return DoesNotAccessMemory;
688
689   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
690
691   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
692   // than that.
693   if (CS.onlyReadsMemory())
694     Min = OnlyReadsMemory;
695
696   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
697   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
698 }
699
700 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
701 /// For use when the call site is not known.
702 AliasAnalysis::ModRefBehavior
703 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
704   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
705   if (F->doesNotAccessMemory())
706     return DoesNotAccessMemory;
707
708   // For intrinsics, we can check the table.
709   if (unsigned iid = F->getIntrinsicID()) {
710 #define GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
711 #include "llvm/IR/Intrinsics.gen"
712 #undef GET_INTRINSIC_MODREF_BEHAVIOR
713   }
714
715   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
716
717   // If the function declares it only reads memory, go with that.
718   if (F->onlyReadsMemory())
719     Min = OnlyReadsMemory;
720
721   const TargetLibraryInfo &TLI =
722       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
723   if (isMemsetPattern16(F, TLI))
724     Min = OnlyAccessesArgumentPointees;
725
726   // Otherwise be conservative.
727   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(F) & Min);
728 }
729
730 AliasAnalysis::Location
731 BasicAliasAnalysis::getArgLocation(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx,
732                                    ModRefResult &Mask) {
733   Location Loc = AliasAnalysis::getArgLocation(CS, ArgIdx, Mask);
734   const TargetLibraryInfo &TLI =
735       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI();
736   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
737   if (II != nullptr)
738     switch (II->getIntrinsicID()) {
739     default: break;
740     case Intrinsic::memset:
741     case Intrinsic::memcpy:
742     case Intrinsic::memmove: {
743       assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
744              "Invalid argument index for memory intrinsic");
745       if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2)))
746         Loc.Size = LenCI->getZExtValue();
747       assert(Loc.Ptr == II->getArgOperand(ArgIdx) &&
748              "Memory intrinsic location pointer not argument?");
749       Mask = ArgIdx ? Ref : Mod;
750       break;
751     }
752     case Intrinsic::lifetime_start:
753     case Intrinsic::lifetime_end:
754     case Intrinsic::invariant_start: {
755       assert(ArgIdx == 1 && "Invalid argument index");
756       assert(Loc.Ptr == II->getArgOperand(ArgIdx) &&
757              "Intrinsic location pointer not argument?");
758       Loc.Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getZExtValue();
759       break;
760     }
761     case Intrinsic::invariant_end: {
762       assert(ArgIdx == 2 && "Invalid argument index");
763       assert(Loc.Ptr == II->getArgOperand(ArgIdx) &&
764              "Intrinsic location pointer not argument?");
765       Loc.Size = cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue();
766       break;
767     }
768     case Intrinsic::arm_neon_vld1: {
769       assert(ArgIdx == 0 && "Invalid argument index");
770       assert(Loc.Ptr == II->getArgOperand(ArgIdx) &&
771              "Intrinsic location pointer not argument?");
772       // LLVM's vld1 and vst1 intrinsics currently only support a single
773       // vector register.
774       if (DL)
775         Loc.Size = DL->getTypeStoreSize(II->getType());
776       break;
777     }
778     case Intrinsic::arm_neon_vst1: {
779       assert(ArgIdx == 0 && "Invalid argument index");
780       assert(Loc.Ptr == II->getArgOperand(ArgIdx) &&
781              "Intrinsic location pointer not argument?");
782       if (DL)
783         Loc.Size = DL->getTypeStoreSize(II->getArgOperand(1)->getType());
784       break;
785     }
786     }
787
788   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
789   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
790   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
791   // whenever possible.
792   else if (CS.getCalledFunction() &&
793            isMemsetPattern16(CS.getCalledFunction(), TLI)) {
794     assert((ArgIdx == 0 || ArgIdx == 1) &&
795            "Invalid argument index for memset_pattern16");
796     if (ArgIdx == 1)
797       Loc.Size = 16;
798     else if (const ConstantInt *LenCI =
799              dyn_cast<ConstantInt>(CS.getArgument(2)))
800       Loc.Size = LenCI->getZExtValue();
801     assert(Loc.Ptr == CS.getArgument(ArgIdx) &&
802            "memset_pattern16 location pointer not argument?");
803     Mask = ArgIdx ? Ref : Mod;
804   }
805   // FIXME: Handle memset_pattern4 and memset_pattern8 also.
806
807   return Loc;
808 }
809
810 static bool isAssumeIntrinsic(ImmutableCallSite CS) {
811   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
812   if (II && II->getIntrinsicID() == Intrinsic::assume)
813     return true;
814
815   return false;
816 }
817
818 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
819 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
820 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
821 /// simple "address taken" analysis on local objects.
822 AliasAnalysis::ModRefResult
823 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
824                                   const Location &Loc) {
825   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
826          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
827
828   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, DL);
829
830   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
831   // the tail call cannot access or modify the local stack.
832   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
833   // the current function not to the current function, and a tail callee
834   // may reference them.
835   if (isa<AllocaInst>(Object))
836     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
837       if (CI->isTailCall())
838         return NoModRef;
839
840   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
841   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
842   // as an argument, and itself doesn't capture it.
843   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
844       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
845     bool PassedAsArg = false;
846     unsigned ArgNo = 0;
847     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
848          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
849       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
850       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
851       // couldn't be no-capture.
852       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
853           (!CS.doesNotCapture(ArgNo) && !CS.isByValArgument(ArgNo)))
854         continue;
855
856       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
857       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
858       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
859       // escape.
860       if (!isNoAlias(Location(*CI), Location(Object))) {
861         PassedAsArg = true;
862         break;
863       }
864     }
865
866     if (!PassedAsArg)
867       return NoModRef;
868   }
869
870   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
871   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
872   // particular memory location.
873   if (isAssumeIntrinsic(CS))
874     return NoModRef;
875
876   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
877   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
878 }
879
880 AliasAnalysis::ModRefResult
881 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
882                                   ImmutableCallSite CS2) {
883   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
884   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
885   // particular memory location.
886   if (isAssumeIntrinsic(CS1) || isAssumeIntrinsic(CS2))
887     return NoModRef;
888
889   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
890   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
891 }
892
893 /// \brief Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP
894 /// operators, both having the exact same pointer operand.
895 static AliasAnalysis::AliasResult
896 aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
897                          const GEPOperator *GEP2, uint64_t V2Size,
898                          const DataLayout &DL) {
899
900   assert(GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand() &&
901          "Expected GEPs with the same pointer operand");
902
903   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
904   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
905   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
906   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
907       GEP1->getNumIndices() < 2)
908     return AliasAnalysis::MayAlias;
909
910   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
911   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
912   if (V1Size == AliasAnalysis::UnknownSize ||
913       V2Size == AliasAnalysis::UnknownSize)
914     return AliasAnalysis::MayAlias;
915
916   ConstantInt *C1 =
917       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
918   ConstantInt *C2 =
919       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
920
921   // If the last (struct) indices aren't constants, we can't say anything.
922   // If they're identical, the other indices might be also be dynamically
923   // equal, so the GEPs can alias.
924   if (!C1 || !C2 || C1 == C2)
925     return AliasAnalysis::MayAlias;
926
927   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
928   // you stripped the last index.
929   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
930   // than an array, different indices can lead to different final types.
931   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
932
933   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
934   // through it as it only drops the pointer indirection.
935   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
936   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
937
938   // Insert all the remaining indices but the last one.
939   // Also, check that they all index through arrays.
940   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
941     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
942             GEP1->getPointerOperandType(), IntermediateIndices)))
943       return AliasAnalysis::MayAlias;
944     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
945   }
946
947   StructType *LastIndexedStruct =
948       dyn_cast<StructType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
949           GEP1->getPointerOperandType(), IntermediateIndices));
950
951   if (!LastIndexedStruct)
952     return AliasAnalysis::MayAlias;
953
954   // We know that:
955   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
956   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
957   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
958   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
959   //
960   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
961   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
962   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
963   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
964
965   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
966   // alias is that the fields are not overlapping.
967   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
968   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
969   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
970   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
971
972   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
973                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
974     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
975            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
976             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
977   };
978
979   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
980       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
981     return AliasAnalysis::NoAlias;
982
983   return AliasAnalysis::MayAlias;
984 }
985
986 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
987 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
988 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL),
989 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
990 ///
991 AliasAnalysis::AliasResult
992 BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
993                              const AAMDNodes &V1AAInfo,
994                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
995                              const AAMDNodes &V2AAInfo,
996                              const Value *UnderlyingV1,
997                              const Value *UnderlyingV2) {
998   int64_t GEP1BaseOffset;
999   bool GEP1MaxLookupReached;
1000   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
1001
1002   // We have to get two AssumptionCaches here because GEP1 and V2 may be from
1003   // different functions.
1004   // FIXME: This really doesn't make any sense. We get a dominator tree below
1005   // that can only refer to a single function. But this function (aliasGEP) is
1006   // a method on an immutable pass that can be called when there *isn't*
1007   // a single function. The old pass management layer makes this "work", but
1008   // this isn't really a clean solution.
1009   AssumptionCacheTracker &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
1010   AssumptionCache *AC1 = nullptr, *AC2 = nullptr;
1011   if (auto *GEP1I = dyn_cast<Instruction>(GEP1))
1012     AC1 = &ACT.getAssumptionCache(
1013         const_cast<Function &>(*GEP1I->getParent()->getParent()));
1014   if (auto *I2 = dyn_cast<Instruction>(V2))
1015     AC2 = &ACT.getAssumptionCache(
1016         const_cast<Function &>(*I2->getParent()->getParent()));
1017
1018   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1019       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1020   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1021
1022   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
1023   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
1024   // derived pointer.
1025   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
1026     // Do the base pointers alias?
1027     AliasResult BaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, AAMDNodes(),
1028                                        UnderlyingV2, UnknownSize, AAMDNodes());
1029
1030     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
1031     // identical.
1032     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
1033       // Do the base pointers alias assuming type and size.
1034       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size,
1035                                                 V1AAInfo, UnderlyingV2,
1036                                                 V2Size, V2AAInfo);
1037       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
1038         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
1039         // relation of the resulting pointer.
1040         int64_t GEP2BaseOffset;
1041         bool GEP2MaxLookupReached;
1042         SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1043         const Value *GEP2BasePtr =
1044             DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1045                                    GEP2MaxLookupReached, DL, AC2, DT);
1046         const Value *GEP1BasePtr =
1047             DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1048                                    GEP1MaxLookupReached, DL, AC1, DT);
1049         // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1050         // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1051         if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1052           assert(!DL &&
1053                  "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1054           return MayAlias;
1055         }
1056         // If the max search depth is reached the result is undefined
1057         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1058           return MayAlias;
1059
1060         // Same offsets.
1061         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1062             GEP1VariableIndices == GEP2VariableIndices)
1063           return NoAlias;
1064         GEP1VariableIndices.clear();
1065       }
1066     }
1067
1068     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1069     // will improve this situation.
1070     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
1071
1072     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1073     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1074     // about the relation of the resulting pointer.
1075     const Value *GEP1BasePtr =
1076         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1077                                GEP1MaxLookupReached, DL, AC1, DT);
1078
1079     int64_t GEP2BaseOffset;
1080     bool GEP2MaxLookupReached;
1081     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
1082     const Value *GEP2BasePtr =
1083         DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices,
1084                                GEP2MaxLookupReached, DL, AC2, DT);
1085
1086     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1087     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1088     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
1089       assert(!DL &&
1090              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1091       return MayAlias;
1092     }
1093
1094     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1095     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1096     // the resulting pointers.
1097     if (DL && GEP1->getPointerOperand() == GEP2->getPointerOperand()) {
1098       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, *DL);
1099       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1100       if (R != MayAlias)
1101         return R;
1102     }
1103
1104     // If the max search depth is reached the result is undefined
1105     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1106       return MayAlias;
1107
1108     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1109     // symbolic difference.
1110     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1111     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
1112
1113   } else {
1114     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1115     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1116     // pointer, we know they cannot alias.
1117
1118     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1119     if (V1Size == UnknownSize && V2Size == UnknownSize)
1120       return MayAlias;
1121
1122     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, AAMDNodes(),
1123                                V2, V2Size, V2AAInfo);
1124     if (R != MustAlias)
1125       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1126       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1127       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
1128       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
1129       // with the first operand of the getelementptr".
1130       return R;
1131
1132     const Value *GEP1BasePtr =
1133         DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices,
1134                                GEP1MaxLookupReached, DL, AC1, DT);
1135
1136     // DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject should return the
1137     // same result except when DecomposeGEPExpression has no DataLayout.
1138     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
1139       assert(!DL &&
1140              "DecomposeGEPExpression and GetUnderlyingObject disagree!");
1141       return MayAlias;
1142     }
1143     // If the max search depth is reached the result is undefined
1144     if (GEP1MaxLookupReached)
1145       return MayAlias;
1146   }
1147
1148   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1149   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1150   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1151   //
1152   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1153   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1154   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
1155     return MustAlias;
1156
1157   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1158   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1159   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1160   // greater, we know they do not overlap.
1161   if (GEP1BaseOffset != 0 && GEP1VariableIndices.empty()) {
1162     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1163       if (V2Size != UnknownSize) {
1164         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1165           return PartialAlias;
1166         return NoAlias;
1167       }
1168     } else {
1169       // We have the situation where:
1170       // +                +
1171       // | BaseOffset     |
1172       // ---------------->|
1173       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1174       // GEP1             V2
1175       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1176       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1177       if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize) {
1178         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1179           return PartialAlias;
1180         return NoAlias;
1181       }
1182     }
1183   }
1184
1185   if (!GEP1VariableIndices.empty()) {
1186     uint64_t Modulo = 0;
1187     bool AllPositive = true;
1188     for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size(); i != e; ++i) {
1189
1190       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1191       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1192       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1193       // be ^'ing Modulo with itself later.
1194       Modulo |= (uint64_t) GEP1VariableIndices[i].Scale;
1195
1196       if (AllPositive) {
1197         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1198         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1199         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1200         const Value *V = GEP1VariableIndices[i].V;
1201
1202         bool SignKnownZero, SignKnownOne;
1203         ComputeSignBit(const_cast<Value *>(V), SignKnownZero, SignKnownOne, DL,
1204                        0, AC1, nullptr, DT);
1205
1206         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1207         // bit to zero.
1208         bool IsZExt = GEP1VariableIndices[i].Extension == EK_ZeroExt;
1209         SignKnownZero |= IsZExt;
1210         SignKnownOne &= !IsZExt;
1211
1212         // If the variable begins with a zero then we know it's
1213         // positive, regardless of whether the value is signed or
1214         // unsigned.
1215         int64_t Scale = GEP1VariableIndices[i].Scale;
1216         AllPositive =
1217           (SignKnownZero && Scale >= 0) ||
1218           (SignKnownOne && Scale < 0);
1219       }
1220     }
1221
1222     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1223
1224     // We can compute the difference between the two addresses
1225     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1226     // two locations do not alias.
1227     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1228     if (V1Size != UnknownSize && V2Size != UnknownSize &&
1229         ModOffset >= V2Size && V1Size <= Modulo - ModOffset)
1230       return NoAlias;
1231
1232     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1233     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1234     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1235     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t) GEP1BaseOffset)
1236       return NoAlias;
1237   }
1238
1239   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1240   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1241   // little tricks above worked.
1242   //
1243   // TODO: Returning PartialAlias instead of MayAlias is a mild hack; the
1244   // practical effect of this is protecting TBAA in the case of dynamic
1245   // indices into arrays of unions or malloc'd memory.
1246   return PartialAlias;
1247 }
1248
1249 static AliasAnalysis::AliasResult
1250 MergeAliasResults(AliasAnalysis::AliasResult A, AliasAnalysis::AliasResult B) {
1251   // If the results agree, take it.
1252   if (A == B)
1253     return A;
1254   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1255   if ((A == AliasAnalysis::PartialAlias && B == AliasAnalysis::MustAlias) ||
1256       (B == AliasAnalysis::PartialAlias && A == AliasAnalysis::MustAlias))
1257     return AliasAnalysis::PartialAlias;
1258   // Otherwise, we don't know anything.
1259   return AliasAnalysis::MayAlias;
1260 }
1261
1262 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
1263 /// instruction against another.
1264 AliasAnalysis::AliasResult
1265 BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
1266                                 const AAMDNodes &SIAAInfo,
1267                                 const Value *V2, uint64_t V2Size,
1268                                 const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1269   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1270   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1271   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1272     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1273       AliasResult Alias =
1274         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1275                    SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1276       if (Alias == MayAlias)
1277         return MayAlias;
1278       AliasResult ThisAlias =
1279         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1280                    SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1281       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1282     }
1283
1284   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1285   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1286   AliasResult Alias =
1287     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo);
1288   if (Alias == MayAlias)
1289     return MayAlias;
1290
1291   AliasResult ThisAlias =
1292     aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo);
1293   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1294 }
1295
1296 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
1297 // against another.
1298 AliasAnalysis::AliasResult
1299 BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1300                              const AAMDNodes &PNAAInfo,
1301                              const Value *V2, uint64_t V2Size,
1302                              const AAMDNodes &V2AAInfo) {
1303   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1304   // value equivalence.
1305   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1306
1307   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1308   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1309   // on corresponding edges.
1310   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1311     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1312       LocPair Locs(Location(PN, PNSize, PNAAInfo),
1313                    Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1314       if (PN > V2)
1315         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1316       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1317       // NoAlias.
1318       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1319       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1320       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1321       // that causes a MayAlias.
1322       // Pretend the phis do not alias.
1323       AliasResult Alias = NoAlias;
1324       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1325              "There must exist an entry for the phi node");
1326       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1327       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1328
1329       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1330         AliasResult ThisAlias =
1331           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1332                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1333                      V2Size, V2AAInfo);
1334         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1335         if (Alias == MayAlias)
1336           break;
1337       }
1338
1339       // Reset if speculation failed.
1340       if (Alias != NoAlias)
1341         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1342
1343       return Alias;
1344     }
1345
1346   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
1347   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
1348   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1349     Value *PV1 = PN->getIncomingValue(i);
1350     if (isa<PHINode>(PV1))
1351       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1352       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1353       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1354       // and 'n' are the number of PHI sources.
1355       return MayAlias;
1356     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1357       V1Srcs.push_back(PV1);
1358   }
1359
1360   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1361                                  V1Srcs[0], PNSize, PNAAInfo);
1362   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1363   // Other results are not possible.
1364   if (Alias == MayAlias)
1365     return MayAlias;
1366
1367   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1368   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1369   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1370     Value *V = V1Srcs[i];
1371
1372     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo,
1373                                        V, PNSize, PNAAInfo);
1374     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1375     if (Alias == MayAlias)
1376       break;
1377   }
1378
1379   return Alias;
1380 }
1381
1382 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
1383 // such as array references.
1384 //
1385 AliasAnalysis::AliasResult
1386 BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1387                                AAMDNodes V1AAInfo,
1388                                const Value *V2, uint64_t V2Size,
1389                                AAMDNodes V2AAInfo) {
1390   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1391   // pointer values are.
1392   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1393     return NoAlias;
1394
1395   // Strip off any casts if they exist.
1396   V1 = V1->stripPointerCasts();
1397   V2 = V2->stripPointerCasts();
1398
1399   // Are we checking for alias of the same value?
1400   // Because we look 'through' phi nodes we could look at "Value" pointers from
1401   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1402   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1403   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1404   // reach the value.
1405   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1406     return MustAlias;
1407
1408   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1409     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1410
1411   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1412   const Value *O1 = GetUnderlyingObject(V1, DL, MaxLookupSearchDepth);
1413   const Value *O2 = GetUnderlyingObject(V2, DL, MaxLookupSearchDepth);
1414
1415   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1416   // don't alias any other pointer.
1417   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1418     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1419       return NoAlias;
1420   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1421     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1422       return NoAlias;
1423
1424   if (O1 != O2) {
1425     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1426     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1427       return NoAlias;
1428
1429     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1430     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1431         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1432       return NoAlias;
1433
1434     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1435     // unambigously identified at the function level.
1436     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1437         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1438       return NoAlias;
1439
1440     // Most objects can't alias null.
1441     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1442         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1443       return NoAlias;
1444
1445     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1446     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1447     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1448     //
1449     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1450     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1451     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1452     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1453     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1454     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1455       return NoAlias;
1456     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1457       return NoAlias;
1458   }
1459
1460   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1461   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1462   if (DL)
1463     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1464         (V2Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *DL, *TLI)))
1465       return NoAlias;
1466
1467   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1468   // otherwise infinitely recursive queries.
1469   LocPair Locs(Location(V1, V1Size, V1AAInfo),
1470                Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1471   if (V1 > V2)
1472     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1473   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1474     AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1475   if (!Pair.second)
1476     return Pair.first->second;
1477
1478   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1479   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1480   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1481     std::swap(V1, V2);
1482     std::swap(V1Size, V2Size);
1483     std::swap(O1, O2);
1484     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1485   }
1486   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1487     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1488     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1489   }
1490
1491   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1492     std::swap(V1, V2);
1493     std::swap(V1Size, V2Size);
1494     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1495   }
1496   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1497     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1498                                   V2, V2Size, V2AAInfo);
1499     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1500   }
1501
1502   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1503     std::swap(V1, V2);
1504     std::swap(V1Size, V2Size);
1505     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1506   }
1507   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1508     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo,
1509                                      V2, V2Size, V2AAInfo);
1510     if (Result != MayAlias) return AliasCache[Locs] = Result;
1511   }
1512
1513   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1514   // accesses is accessing the entire object, then the accesses must
1515   // overlap in some way.
1516   if (DL && O1 == O2)
1517     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSize(O1, V1Size, *DL, *TLI)) ||
1518         (V2Size != UnknownSize && isObjectSize(O2, V2Size, *DL, *TLI)))
1519       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1520
1521   AliasResult Result =
1522     AliasAnalysis::alias(Location(V1, V1Size, V1AAInfo),
1523                          Location(V2, V2Size, V2AAInfo));
1524   return AliasCache[Locs] = Result;
1525 }
1526
1527 bool BasicAliasAnalysis::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1528                                                        const Value *V2) {
1529   if (V != V2)
1530     return false;
1531
1532   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1533   if (!Inst)
1534     return true;
1535
1536   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1537     return false;
1538
1539   // Use dominance or loop info if available.
1540   DominatorTreeWrapperPass *DTWP =
1541       getAnalysisIfAvailable<DominatorTreeWrapperPass>();
1542   DominatorTree *DT = DTWP ? &DTWP->getDomTree() : nullptr;
1543   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1544   LoopInfo *LI = LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr;
1545
1546   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1547   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1548   // phi nodes could be involved in.
1549   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1550     if (isPotentiallyReachable(P->begin(), Inst, DT, LI))
1551       return false;
1552
1553   return true;
1554 }
1555
1556 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
1557 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
1558 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
1559 /// difference between the two pointers.
1560 void BasicAliasAnalysis::GetIndexDifference(
1561     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1562     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1563   if (Src.empty())
1564     return;
1565
1566   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1567     const Value *V = Src[i].V;
1568     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
1569     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1570
1571     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1572     // than a few variable indexes.
1573     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1574       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1575           Dest[j].Extension != Extension)
1576         continue;
1577
1578       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1579       // goes to zero, remove the entry.
1580       if (Dest[j].Scale != Scale)
1581         Dest[j].Scale -= Scale;
1582       else
1583         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1584       Scale = 0;
1585       break;
1586     }
1587
1588     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1589     if (Scale) {
1590       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
1591       Dest.push_back(Entry);
1592     }
1593   }
1594 }