lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp

   1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Local 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 default implementation of the Alias Analysis interface
  11 // that simply implements a few identities (two different globals cannot alias,
  12 // etc), but otherwise does no analysis.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  17 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
  18 #include "llvm/Constants.h"
  19 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  20 #include "llvm/Function.h"
  21 #include "llvm/GlobalAlias.h"
  22 #include "llvm/GlobalVariable.h"
  23 #include "llvm/Instructions.h"
  24 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  25 #include "llvm/LLVMContext.h"
  26 #include "llvm/Operator.h"
  27 #include "llvm/Pass.h"
  28 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
  29 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
  30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  32 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  33 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  34 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  35 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
  36 #include <algorithm>
  37 using namespace llvm;
  38
  39 //===----------------------------------------------------------------------===//
  40 // Useful predicates
  41 //===----------------------------------------------------------------------===//
  42
  43 /// isKnownNonNull - Return true if we know that the specified value is never
  44 /// null.
  45 static bool isKnownNonNull(const Value *V) {
  46   // Alloca never returns null, malloc might.
  47   if (isa<AllocaInst>(V)) return true;
  48
  49   // A byval argument is never null.
  50   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
  51     return A->hasByValAttr();
  52
  53   // Global values are not null unless extern weak.
  54   if (const GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V))
  55     return !GV->hasExternalWeakLinkage();
  56   return false;
  57 }
  58
  59 /// isNonEscapingLocalObject - Return true if the pointer is to a function-local
  60 /// object that never escapes from the function.
  61 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
  62   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
  63   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
  64     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
  65     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
  66     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
  67     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
  68     // more precise.
  69     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
  70
  71   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
  72   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
  73   // inside the function.
  74   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
  75     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr()) {
  76       // Don't bother analyzing arguments already known not to escape.
  77       if (A->hasNoCaptureAttr())
  78         return true;
  79       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
  80     }
  81   return false;
  82 }
  83
  84 /// isEscapeSource - Return true if the pointer is one which would have
  85 /// been considered an escape by isNonEscapingLocalObject.
  86 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
  87   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
  88     return true;
  89
  90   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
  91   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
  92   // to PointerMayBeCaptured).
  93   if (isa<LoadInst>(V))
  94     return true;
  95
  96   return false;
  97 }
  98
  99 /// isObjectSmallerThan - Return true if we can prove that the object specified
 100 /// by V is smaller than Size.
 101 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, unsigned Size,
 102                                 const TargetData &TD) {
 103   const Type *AccessTy;
 104   if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
 105     AccessTy = GV->getType()->getElementType();
 106   } else if (const AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(V)) {
 107     if (!AI->isArrayAllocation())
 108       AccessTy = AI->getType()->getElementType();
 109     else
 110       return false;
 111   } else if (const CallInst* CI = extractMallocCall(V)) {
 112     if (!isArrayMalloc(V, &TD))
 113       // The size is the argument to the malloc call.
 114       if (const ConstantInt* C = dyn_cast<ConstantInt>(CI->getArgOperand(0)))
 115         return (C->getZExtValue() < Size);
 116     return false;
 117   } else if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
 118     if (A->hasByValAttr())
 119       AccessTy = cast<PointerType>(A->getType())->getElementType();
 120     else
 121       return false;
 122   } else {
 123     return false;
 124   }
 125
 126   if (AccessTy->isSized())
 127     return TD.getTypeAllocSize(AccessTy) < Size;
 128   return false;
 129 }
 130
 131 //===----------------------------------------------------------------------===//
 132 // NoAA Pass
 133 //===----------------------------------------------------------------------===//
 134
 135 namespace {
 136   /// NoAA - This class implements the -no-aa pass, which always returns "I
 137   /// don't know" for alias queries.  NoAA is unlike other alias analysis
 138   /// implementations, in that it does not chain to a previous analysis.  As
 139   /// such it doesn't follow many of the rules that other alias analyses must.
 140   ///
 141   struct NoAA : public ImmutablePass, public AliasAnalysis {
 142     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
 143     NoAA() : ImmutablePass(ID) {}
 144     explicit NoAA(char &PID) : ImmutablePass(PID) { }
 145
 146     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 147     }
 148
 149     virtual void initializePass() {
 150       TD = getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 151     }
 152
 153     virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
 154       return MayAlias;
 155     }
 156
 157     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
 158       return UnknownModRefBehavior;
 159     }
 160     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) {
 161       return UnknownModRefBehavior;
 162     }
 163
 164     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc) { return false; }
 165     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 166                                        const Location &Loc) {
 167       return ModRef;
 168     }
 169     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
 170                                        ImmutableCallSite CS2) {
 171       return ModRef;
 172     }
 173
 174     virtual void deleteValue(Value *V) {}
 175     virtual void copyValue(Value *From, Value *To) {}
 176
 177     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
 178     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
 179     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
 180     /// specified pass info.
 181     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) {
 182       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
 183         return (AliasAnalysis*)this;
 184       return this;
 185     }
 186   };
 187 }  // End of anonymous namespace
 188
 189 // Register this pass...
 190 char NoAA::ID = 0;
 191 INITIALIZE_AG_PASS(NoAA, AliasAnalysis, "no-aa",
 192                    "No Alias Analysis (always returns 'may' alias)",
 193                    true, true, true)
 194
 195 ImmutablePass *llvm::createNoAAPass() { return new NoAA(); }
 196
 197 //===----------------------------------------------------------------------===//
 198 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
 199 //===----------------------------------------------------------------------===//
 200
 201 namespace {
 202   enum ExtensionKind {
 203     EK_NotExtended,
 204     EK_SignExt,
 205     EK_ZeroExt
 206   };
 207
 208   struct VariableGEPIndex {
 209     const Value *V;
 210     ExtensionKind Extension;
 211     int64_t Scale;
 212   };
 213 }
 214
 215
 216 /// GetLinearExpression - Analyze the specified value as a linear expression:
 217 /// "A*V + B", where A and B are constant integers.  Return the scale and offset
 218 /// values as APInts and return V as a Value*, and return whether we looked
 219 /// through any sign or zero extends.  The incoming Value is known to have
 220 /// IntegerType and it may already be sign or zero extended.
 221 ///
 222 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
 223 /// represented in the result.
 224 static Value *GetLinearExpression(Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset,
 225                                   ExtensionKind &Extension,
 226                                   const TargetData &TD, unsigned Depth) {
 227   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
 228
 229   // Limit our recursion depth.
 230   if (Depth == 6) {
 231     Scale = 1;
 232     Offset = 0;
 233     return V;
 234   }
 235
 236   if (BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
 237     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
 238       switch (BOp->getOpcode()) {
 239       default: break;
 240       case Instruction::Or:
 241         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
 242         // analyze it.
 243         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), &TD))
 244           break;
 245         // FALL THROUGH.
 246       case Instruction::Add:
 247         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 248                                 TD, Depth+1);
 249         Offset += RHSC->getValue();
 250         return V;
 251       case Instruction::Mul:
 252         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 253                                 TD, Depth+1);
 254         Offset *= RHSC->getValue();
 255         Scale *= RHSC->getValue();
 256         return V;
 257       case Instruction::Shl:
 258         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, Extension,
 259                                 TD, Depth+1);
 260         Offset <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
 261         Scale <<= RHSC->getValue().getLimitedValue();
 262         return V;
 263       }
 264     }
 265   }
 266
 267   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
 268   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
 269   // extensions have to be consistent though.
 270   if ((isa<SExtInst>(V) && Extension != EK_ZeroExt) ||
 271       (isa<ZExtInst>(V) && Extension != EK_SignExt)) {
 272     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
 273     unsigned OldWidth = Scale.getBitWidth();
 274     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
 275     Scale.trunc(SmallWidth);
 276     Offset.trunc(SmallWidth);
 277     Extension = isa<SExtInst>(V) ? EK_SignExt : EK_ZeroExt;
 278
 279     Value *Result = GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, Extension,
 280                                         TD, Depth+1);
 281     Scale.zext(OldWidth);
 282     Offset.zext(OldWidth);
 283
 284     return Result;
 285   }
 286
 287   Scale = 1;
 288   Offset = 0;
 289   return V;
 290 }
 291
 292 /// DecomposeGEPExpression - If V is a symbolic pointer expression, decompose it
 293 /// into a base pointer with a constant offset and a number of scaled symbolic
 294 /// offsets.
 295 ///
 296 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale in
 297 /// the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
 298 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As such,
 299 /// the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
 300 ///
 301 /// When TargetData is around, this function is capable of analyzing everything
 302 /// that Value::getUnderlyingObject() can look through.  When not, it just looks
 303 /// through pointer casts.
 304 ///
 305 static const Value *
 306 DecomposeGEPExpression(const Value *V, int64_t &BaseOffs,
 307                        SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices,
 308                        const TargetData *TD) {
 309   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
 310   unsigned MaxLookup = 6;
 311
 312   BaseOffs = 0;
 313   do {
 314     // See if this is a bitcast or GEP.
 315     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
 316     if (Op == 0) {
 317       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
 318       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
 319         if (!GA->mayBeOverridden()) {
 320           V = GA->getAliasee();
 321           continue;
 322         }
 323       }
 324       return V;
 325     }
 326
 327     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
 328       V = Op->getOperand(0);
 329       continue;
 330     }
 331
 332     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
 333     if (GEPOp == 0)
 334       return V;
 335
 336     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
 337     if (!cast<PointerType>(GEPOp->getOperand(0)->getType())
 338         ->getElementType()->isSized())
 339       return V;
 340
 341     // If we are lacking TargetData information, we can't compute the offets of
 342     // elements computed by GEPs.  However, we can handle bitcast equivalent
 343     // GEPs.
 344     if (TD == 0) {
 345       if (!GEPOp->hasAllZeroIndices())
 346         return V;
 347       V = GEPOp->getOperand(0);
 348       continue;
 349     }
 350
 351     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
 352     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
 353     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin()+1,
 354          E = GEPOp->op_end(); I != E; ++I) {
 355       Value *Index = *I;
 356       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
 357       if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*GTI++)) {
 358         // For a struct, add the member offset.
 359         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
 360         if (FieldNo == 0) continue;
 361
 362         BaseOffs += TD->getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
 363         continue;
 364       }
 365
 366       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
 367       if (ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
 368         if (CIdx->isZero()) continue;
 369         BaseOffs += TD->getTypeAllocSize(*GTI)*CIdx->getSExtValue();
 370         continue;
 371       }
 372
 373       uint64_t Scale = TD->getTypeAllocSize(*GTI);
 374       ExtensionKind Extension = EK_NotExtended;
 375
 376       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
 377       // sign extended to pointer size.
 378       unsigned Width = cast<IntegerType>(Index->getType())->getBitWidth();
 379       if (TD->getPointerSizeInBits() > Width)
 380         Extension = EK_SignExt;
 381
 382       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
 383       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
 384       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, Extension,
 385                                   *TD, 0);
 386
 387       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
 388       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
 389       BaseOffs += IndexOffset.getSExtValue()*Scale;
 390       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
 391
 392
 393       // If we already had an occurrance of this index variable, merge this
 394       // scale into it.  For example, we want to handle:
 395       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
 396       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
 397       for (unsigned i = 0, e = VarIndices.size(); i != e; ++i) {
 398         if (VarIndices[i].V == Index &&
 399             VarIndices[i].Extension == Extension) {
 400           Scale += VarIndices[i].Scale;
 401           VarIndices.erase(VarIndices.begin()+i);
 402           break;
 403         }
 404       }
 405
 406       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
 407       // pointer size.
 408       if (unsigned ShiftBits = 64-TD->getPointerSizeInBits()) {
 409         Scale <<= ShiftBits;
 410         Scale = (int64_t)Scale >> ShiftBits;
 411       }
 412
 413       if (Scale) {
 414         VariableGEPIndex Entry = {Index, Extension, Scale};
 415         VarIndices.push_back(Entry);
 416       }
 417     }
 418
 419     // Analyze the base pointer next.
 420     V = GEPOp->getOperand(0);
 421   } while (--MaxLookup);
 422
 423   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
 424   return V;
 425 }
 426
 427 /// GetIndexDifference - Dest and Src are the variable indices from two
 428 /// decomposed GetElementPtr instructions GEP1 and GEP2 which have common base
 429 /// pointers.  Subtract the GEP2 indices from GEP1 to find the symbolic
 430 /// difference between the two pointers.
 431 static void GetIndexDifference(SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
 432                                const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
 433   if (Src.empty()) return;
 434
 435   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
 436     const Value *V = Src[i].V;
 437     ExtensionKind Extension = Src[i].Extension;
 438     int64_t Scale = Src[i].Scale;
 439
 440     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
 441     // than a few variable indexes.
 442     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
 443       if (Dest[j].V != V || Dest[j].Extension != Extension) continue;
 444
 445       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
 446       // goes to zero, remove the entry.
 447       if (Dest[j].Scale != Scale)
 448         Dest[j].Scale -= Scale;
 449       else
 450         Dest.erase(Dest.begin()+j);
 451       Scale = 0;
 452       break;
 453     }
 454
 455     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
 456     if (Scale) {
 457       VariableGEPIndex Entry = { V, Extension, -Scale };
 458       Dest.push_back(Entry);
 459     }
 460   }
 461 }
 462
 463 //===----------------------------------------------------------------------===//
 464 // BasicAliasAnalysis Pass
 465 //===----------------------------------------------------------------------===//
 466
 467 #ifndef NDEBUG
 468 static const Function *getParent(const Value *V) {
 469   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V))
 470     return inst->getParent()->getParent();
 471
 472   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
 473     return arg->getParent();
 474
 475   return NULL;
 476 }
 477
 478 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
 479
 480   const Function *F1 = getParent(O1);
 481   const Function *F2 = getParent(O2);
 482
 483   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
 484 }
 485 #endif
 486
 487 namespace {
 488   /// BasicAliasAnalysis - This is the default alias analysis implementation.
 489   /// Because it doesn't chain to a previous alias analysis (like -no-aa), it
 490   /// derives from the NoAA class.
 491   struct BasicAliasAnalysis : public NoAA {
 492     static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
 493     BasicAliasAnalysis() : NoAA(ID) {}
 494
 495     virtual void initializePass() {
 496       InitializeAliasAnalysis(this);
 497     }
 498
 499     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 500       AU.addRequired<AliasAnalysis>();
 501     }
 502
 503     virtual AliasResult alias(const Location &LocA,
 504                               const Location &LocB) {
 505       assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
 506       assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
 507              "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
 508       AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocB.Ptr, LocB.Size);
 509       Visited.clear();
 510       return Alias;
 511     }
 512
 513     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 514                                        const Location &Loc);
 515
 516     virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
 517                                        ImmutableCallSite CS2) {
 518       // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 519       return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
 520     }
 521
 522     /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
 523     /// global) or not.
 524     virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc);
 525
 526     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given
 527     /// call site.
 528     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
 529
 530     /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
 531     /// For use when the call site is not known.
 532     virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
 533
 534     /// getAdjustedAnalysisPointer - This method is used when a pass implements
 535     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
 536     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
 537     /// specified pass info.
 538     virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *ID) {
 539       if (ID == &AliasAnalysis::ID)
 540         return (AliasAnalysis*)this;
 541       return this;
 542     }
 543
 544   private:
 545     // Visited - Track instructions visited by a aliasPHI, aliasSelect(), and aliasGEP().
 546     SmallPtrSet<const Value*, 16> Visited;
 547
 548     // aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP
 549     // instruction against another.
 550     AliasResult aliasGEP(const GEPOperator *V1, unsigned V1Size,
 551                          const Value *V2, unsigned V2Size,
 552                          const Value *UnderlyingV1, const Value *UnderlyingV2);
 553
 554     // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI
 555     // instruction against another.
 556     AliasResult aliasPHI(const PHINode *PN, unsigned PNSize,
 557                          const Value *V2, unsigned V2Size);
 558
 559     /// aliasSelect - Disambiguate a Select instruction against another value.
 560     AliasResult aliasSelect(const SelectInst *SI, unsigned SISize,
 561                             const Value *V2, unsigned V2Size);
 562
 563     AliasResult aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
 564                            const Value *V2, unsigned V2Size);
 565   };
 566 }  // End of anonymous namespace
 567
 568 // Register this pass...
 569 char BasicAliasAnalysis::ID = 0;
 570 INITIALIZE_AG_PASS(BasicAliasAnalysis, AliasAnalysis, "basicaa",
 571                    "Basic Alias Analysis (default AA impl)",
 572                    false, true, false)
 573
 574 ImmutablePass *llvm::createBasicAliasAnalysisPass() {
 575   return new BasicAliasAnalysis();
 576 }
 577
 578
 579 /// pointsToConstantMemory - Chase pointers until we find a (constant
 580 /// global) or not.
 581 bool BasicAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc) {
 582   if (const GlobalVariable *GV =
 583         dyn_cast<GlobalVariable>(Loc.Ptr->getUnderlyingObject()))
 584     // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
 585     // global to be marked constant in some modules and non-constant in others.
 586     // GV may even be a declaration, not a definition.
 587     return GV->isConstant();
 588
 589   return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc);
 590 }
 591
 592 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
 593 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 594 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
 595   if (CS.doesNotAccessMemory())
 596     // Can't do better than this.
 597     return DoesNotAccessMemory;
 598
 599   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
 600
 601   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
 602   // than that.
 603   if (CS.onlyReadsMemory())
 604     Min = OnlyReadsMemory;
 605
 606   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 607   return std::min(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS), Min);
 608 }
 609
 610 /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
 611 /// For use when the call site is not known.
 612 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 613 BasicAliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
 614   if (F->doesNotAccessMemory())
 615     // Can't do better than this.
 616     return DoesNotAccessMemory;
 617   if (F->onlyReadsMemory())
 618     return OnlyReadsMemory;
 619   if (unsigned id = F->getIntrinsicID())
 620     return getIntrinsicModRefBehavior(id);
 621
 622   return AliasAnalysis::getModRefBehavior(F);
 623 }
 624
 625 /// getModRefInfo - Check to see if the specified callsite can clobber the
 626 /// specified memory object.  Since we only look at local properties of this
 627 /// function, we really can't say much about this query.  We do, however, use
 628 /// simple "address taken" analysis on local objects.
 629 AliasAnalysis::ModRefResult
 630 BasicAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
 631                                   const Location &Loc) {
 632   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
 633          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
 634
 635   const Value *Object = Loc.Ptr->getUnderlyingObject();
 636
 637   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
 638   // the tail call cannot access or modify the local stack.
 639   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
 640   // the current function not to the current function, and a tail callee
 641   // may reference them.
 642   if (isa<AllocaInst>(Object))
 643     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
 644       if (CI->isTailCall())
 645         return NoModRef;
 646
 647   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
 648   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
 649   // as an argument, and itself doesn't capture it.
 650   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
 651       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
 652     bool PassedAsArg = false;
 653     unsigned ArgNo = 0;
 654     for (ImmutableCallSite::arg_iterator CI = CS.arg_begin(), CE = CS.arg_end();
 655          CI != CE; ++CI, ++ArgNo) {
 656       // Only look at the no-capture pointer arguments.
 657       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
 658           !CS.paramHasAttr(ArgNo+1, Attribute::NoCapture))
 659         continue;
 660
 661       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
 662       // is impossible to alias the pointer we're checking.  If not, we have to
 663       // assume that the call could touch the pointer, even though it doesn't
 664       // escape.
 665       if (!isNoAlias(Location(cast<Value>(CI)), Loc)) {
 666         PassedAsArg = true;
 667         break;
 668       }
 669     }
 670
 671     if (!PassedAsArg)
 672       return NoModRef;
 673   }
 674
 675   // Finally, handle specific knowledge of intrinsics.
 676   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
 677   if (II != 0)
 678     switch (II->getIntrinsicID()) {
 679     default: break;
 680     case Intrinsic::memcpy:
 681     case Intrinsic::memmove: {
 682       unsigned Len = UnknownSize;
 683       if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2)))
 684         Len = LenCI->getZExtValue();
 685       Value *Dest = II->getArgOperand(0);
 686       Value *Src = II->getArgOperand(1);
 687       if (isNoAlias(Location(Dest, Len), Loc)) {
 688         if (isNoAlias(Location(Src, Len), Loc))
 689           return NoModRef;
 690         return Ref;
 691       }
 692       break;
 693     }
 694     case Intrinsic::memset:
 695       // Since memset is 'accesses arguments' only, the AliasAnalysis base class
 696       // will handle it for the variable length case.
 697       if (ConstantInt *LenCI = dyn_cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(2))) {
 698         unsigned Len = LenCI->getZExtValue();
 699         Value *Dest = II->getArgOperand(0);
 700         if (isNoAlias(Location(Dest, Len), Loc))
 701           return NoModRef;
 702       }
 703       break;
 704     case Intrinsic::atomic_cmp_swap:
 705     case Intrinsic::atomic_swap:
 706     case Intrinsic::atomic_load_add:
 707     case Intrinsic::atomic_load_sub:
 708     case Intrinsic::atomic_load_and:
 709     case Intrinsic::atomic_load_nand:
 710     case Intrinsic::atomic_load_or:
 711     case Intrinsic::atomic_load_xor:
 712     case Intrinsic::atomic_load_max:
 713     case Intrinsic::atomic_load_min:
 714     case Intrinsic::atomic_load_umax:
 715     case Intrinsic::atomic_load_umin:
 716       if (TD) {
 717         Value *Op1 = II->getArgOperand(0);
 718         unsigned Op1Size = TD->getTypeStoreSize(Op1->getType());
 719         MDNode *Tag = II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
 720         if (isNoAlias(Location(Op1, Op1Size, Tag), Loc))
 721           return NoModRef;
 722       }
 723       break;
 724     case Intrinsic::lifetime_start:
 725     case Intrinsic::lifetime_end:
 726     case Intrinsic::invariant_start: {
 727       unsigned PtrSize =
 728         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(0))->getZExtValue();
 729       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(1),
 730                              PtrSize,
 731                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 732                     Loc))
 733         return NoModRef;
 734       break;
 735     }
 736     case Intrinsic::invariant_end: {
 737       unsigned PtrSize =
 738         cast<ConstantInt>(II->getArgOperand(1))->getZExtValue();
 739       if (isNoAlias(Location(II->getArgOperand(2),
 740                              PtrSize,
 741                              II->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa)),
 742                     Loc))
 743         return NoModRef;
 744       break;
 745     }
 746     }
 747
 748   // The AliasAnalysis base class has some smarts, lets use them.
 749   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, Loc);
 750 }
 751
 752 /// aliasGEP - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction
 753 /// against another pointer.  We know that V1 is a GEP, but we don't know
 754 /// anything about V2.  UnderlyingV1 is GEP1->getUnderlyingObject(),
 755 /// UnderlyingV2 is the same for V2.
 756 ///
 757 AliasAnalysis::AliasResult
 758 BasicAliasAnalysis::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, unsigned V1Size,
 759                              const Value *V2, unsigned V2Size,
 760                              const Value *UnderlyingV1,
 761                              const Value *UnderlyingV2) {
 762   // If this GEP has been visited before, we're on a use-def cycle.
 763   // Such cycles are only valid when PHI nodes are involved or in unreachable
 764   // code. The visitPHI function catches cycles containing PHIs, but there
 765   // could still be a cycle without PHIs in unreachable code.
 766   if (!Visited.insert(GEP1))
 767     return MayAlias;
 768
 769   int64_t GEP1BaseOffset;
 770   SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP1VariableIndices;
 771
 772   // If we have two gep instructions with must-alias'ing base pointers, figure
 773   // out if the indexes to the GEP tell us anything about the derived pointer.
 774   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
 775     // Do the base pointers alias?
 776     AliasResult BaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize,
 777                                        UnderlyingV2, UnknownSize);
 778
 779     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
 780     // will improve this situation.
 781     if (BaseAlias != MustAlias) return BaseAlias;
 782
 783     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
 784     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
 785     // about the relation of the resulting pointer.
 786     const Value *GEP1BasePtr =
 787       DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices, TD);
 788
 789     int64_t GEP2BaseOffset;
 790     SmallVector<VariableGEPIndex, 4> GEP2VariableIndices;
 791     const Value *GEP2BasePtr =
 792       DecomposeGEPExpression(GEP2, GEP2BaseOffset, GEP2VariableIndices, TD);
 793
 794     // If DecomposeGEPExpression isn't able to look all the way through the
 795     // addressing operation, we must not have TD and this is too complex for us
 796     // to handle without it.
 797     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1 || GEP2BasePtr != UnderlyingV2) {
 798       assert(TD == 0 &&
 799              "DecomposeGEPExpression and getUnderlyingObject disagree!");
 800       return MayAlias;
 801     }
 802
 803     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
 804     // symbolic difference.
 805     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
 806     GetIndexDifference(GEP1VariableIndices, GEP2VariableIndices);
 807
 808   } else {
 809     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
 810     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
 811     // pointer, we know they cannot alias.
 812
 813     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
 814     if (V1Size == UnknownSize && V2Size == UnknownSize)
 815       return MayAlias;
 816
 817     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, UnknownSize, V2, V2Size);
 818     if (R != MustAlias)
 819       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
 820       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
 821       // cannot alias per GEP semantics: "A pointer value formed from a
 822       // getelementptr instruction is associated with the addresses associated
 823       // with the first operand of the getelementptr".
 824       return R;
 825
 826     const Value *GEP1BasePtr =
 827       DecomposeGEPExpression(GEP1, GEP1BaseOffset, GEP1VariableIndices, TD);
 828
 829     // If DecomposeGEPExpression isn't able to look all the way through the
 830     // addressing operation, we must not have TD and this is too complex for us
 831     // to handle without it.
 832     if (GEP1BasePtr != UnderlyingV1) {
 833       assert(TD == 0 &&
 834              "DecomposeGEPExpression and getUnderlyingObject disagree!");
 835       return MayAlias;
 836     }
 837   }
 838
 839   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
 840   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
 841   // hapens when we have two lexically identical GEP's (for example).
 842   //
 843   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
 844   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
 845   if (GEP1BaseOffset == 0 && GEP1VariableIndices.empty())
 846     return MustAlias;
 847
 848   // If we have a known constant offset, see if this offset is larger than the
 849   // access size being queried.  If so, and if no variable indices can remove
 850   // pieces of this constant, then we know we have a no-alias.  For example,
 851   //   &A[100] != &A.
 852
 853   // In order to handle cases like &A[100][i] where i is an out of range
 854   // subscript, we have to ignore all constant offset pieces that are a multiple
 855   // of a scaled index.  Do this by removing constant offsets that are a
 856   // multiple of any of our variable indices.  This allows us to transform
 857   // things like &A[i][1] because i has a stride of (e.g.) 8 bytes but the 1
 858   // provides an offset of 4 bytes (assuming a <= 4 byte access).
 859   for (unsigned i = 0, e = GEP1VariableIndices.size();
 860        i != e && GEP1BaseOffset;++i)
 861     if (int64_t RemovedOffset = GEP1BaseOffset/GEP1VariableIndices[i].Scale)
 862       GEP1BaseOffset -= RemovedOffset*GEP1VariableIndices[i].Scale;
 863
 864   // If our known offset is bigger than the access size, we know we don't have
 865   // an alias.
 866   if (GEP1BaseOffset) {
 867     if (GEP1BaseOffset >= (int64_t)V2Size ||
 868         GEP1BaseOffset <= -(int64_t)V1Size)
 869       return NoAlias;
 870   }
 871
 872   return MayAlias;
 873 }
 874
 875 /// aliasSelect - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select
 876 /// instruction against another.
 877 AliasAnalysis::AliasResult
 878 BasicAliasAnalysis::aliasSelect(const SelectInst *SI, unsigned SISize,
 879                                 const Value *V2, unsigned V2Size) {
 880   // If this select has been visited before, we're on a use-def cycle.
 881   // Such cycles are only valid when PHI nodes are involved or in unreachable
 882   // code. The visitPHI function catches cycles containing PHIs, but there
 883   // could still be a cycle without PHIs in unreachable code.
 884   if (!Visited.insert(SI))
 885     return MayAlias;
 886
 887   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
 888   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
 889   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
 890     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
 891       AliasResult Alias =
 892         aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize,
 893                    SI2->getTrueValue(), V2Size);
 894       if (Alias == MayAlias)
 895         return MayAlias;
 896       AliasResult ThisAlias =
 897         aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize,
 898                    SI2->getFalseValue(), V2Size);
 899       if (ThisAlias != Alias)
 900         return MayAlias;
 901       return Alias;
 902     }
 903
 904   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
 905   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
 906   AliasResult Alias =
 907     aliasCheck(V2, V2Size, SI->getTrueValue(), SISize);
 908   if (Alias == MayAlias)
 909     return MayAlias;
 910
 911   // If V2 is visited, the recursive case will have been caught in the
 912   // above aliasCheck call, so these subsequent calls to aliasCheck
 913   // don't need to assume that V2 is being visited recursively.
 914   Visited.erase(V2);
 915
 916   AliasResult ThisAlias =
 917     aliasCheck(V2, V2Size, SI->getFalseValue(), SISize);
 918   if (ThisAlias != Alias)
 919     return MayAlias;
 920   return Alias;
 921 }
 922
 923 // aliasPHI - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction
 924 // against another.
 925 AliasAnalysis::AliasResult
 926 BasicAliasAnalysis::aliasPHI(const PHINode *PN, unsigned PNSize,
 927                              const Value *V2, unsigned V2Size) {
 928   // The PHI node has already been visited, avoid recursion any further.
 929   if (!Visited.insert(PN))
 930     return MayAlias;
 931
 932   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
 933   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
 934   // on corresponding edges.
 935   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
 936     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
 937       AliasResult Alias =
 938         aliasCheck(PN->getIncomingValue(0), PNSize,
 939                    PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(0)),
 940                    V2Size);
 941       if (Alias == MayAlias)
 942         return MayAlias;
 943       for (unsigned i = 1, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 944         AliasResult ThisAlias =
 945           aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize,
 946                      PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
 947                      V2Size);
 948         if (ThisAlias != Alias)
 949           return MayAlias;
 950       }
 951       return Alias;
 952     }
 953
 954   SmallPtrSet<Value*, 4> UniqueSrc;
 955   SmallVector<Value*, 4> V1Srcs;
 956   for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
 957     Value *PV1 = PN->getIncomingValue(i);
 958     if (isa<PHINode>(PV1))
 959       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
 960       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
 961       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
 962       // and 'n' are the number of PHI sources.
 963       return MayAlias;
 964     if (UniqueSrc.insert(PV1))
 965       V1Srcs.push_back(PV1);
 966   }
 967
 968   AliasResult Alias = aliasCheck(V2, V2Size, V1Srcs[0], PNSize);
 969   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
 970   // Other results are not possible.
 971   if (Alias == MayAlias)
 972     return MayAlias;
 973
 974   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
 975   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
 976   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
 977     Value *V = V1Srcs[i];
 978
 979     // If V2 is visited, the recursive case will have been caught in the
 980     // above aliasCheck call, so these subsequent calls to aliasCheck
 981     // don't need to assume that V2 is being visited recursively.
 982     Visited.erase(V2);
 983
 984     AliasResult ThisAlias = aliasCheck(V2, V2Size, V, PNSize);
 985     if (ThisAlias != Alias || ThisAlias == MayAlias)
 986       return MayAlias;
 987   }
 988
 989   return Alias;
 990 }
 991
 992 // aliasCheck - Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases,
 993 // such as array references.
 994 //
 995 AliasAnalysis::AliasResult
 996 BasicAliasAnalysis::aliasCheck(const Value *V1, unsigned V1Size,
 997                                const Value *V2, unsigned V2Size) {
 998   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
 999   // pointer values are.
1000   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1001     return NoAlias;
1002
1003   // Strip off any casts if they exist.
1004   V1 = V1->stripPointerCasts();
1005   V2 = V2->stripPointerCasts();
1006
1007   // Are we checking for alias of the same value?
1008   if (V1 == V2) return MustAlias;
1009
1010   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1011     return NoAlias;  // Scalars cannot alias each other
1012
1013   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1014   const Value *O1 = V1->getUnderlyingObject();
1015   const Value *O2 = V2->getUnderlyingObject();
1016
1017   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1018   // don't alias any other pointer.
1019   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1020     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1021       return NoAlias;
1022   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1023     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1024       return NoAlias;
1025
1026   if (O1 != O2) {
1027     // If V1/V2 point to two different objects we know that we have no alias.
1028     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1029       return NoAlias;
1030
1031     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1032     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1033         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1034       return NoAlias;
1035
1036     // Arguments can't alias with local allocations or noalias calls
1037     // in the same function.
1038     if (((isa<Argument>(O1) && (isa<AllocaInst>(O2) || isNoAliasCall(O2))) ||
1039          (isa<Argument>(O2) && (isa<AllocaInst>(O1) || isNoAliasCall(O1)))))
1040       return NoAlias;
1041
1042     // Most objects can't alias null.
1043     if ((isa<ConstantPointerNull>(O2) && isKnownNonNull(O1)) ||
1044         (isa<ConstantPointerNull>(O1) && isKnownNonNull(O2)))
1045       return NoAlias;
1046
1047     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1048     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1049     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1050     //
1051     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1052     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1053     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1054     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1055     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1056     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1057       return NoAlias;
1058     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1059       return NoAlias;
1060   }
1061
1062   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1063   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1064   if (TD)
1065     if ((V1Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O2, V1Size, *TD)) ||
1066         (V2Size != UnknownSize && isObjectSmallerThan(O1, V2Size, *TD)))
1067       return NoAlias;
1068
1069   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1070   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1071   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1072     std::swap(V1, V2);
1073     std::swap(V1Size, V2Size);
1074     std::swap(O1, O2);
1075   }
1076   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1077     AliasResult Result = aliasGEP(GV1, V1Size, V2, V2Size, O1, O2);
1078     if (Result != MayAlias) return Result;
1079   }
1080
1081   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1082     std::swap(V1, V2);
1083     std::swap(V1Size, V2Size);
1084   }
1085   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1086     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V2, V2Size);
1087     if (Result != MayAlias) return Result;
1088   }
1089
1090   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1091     std::swap(V1, V2);
1092     std::swap(V1Size, V2Size);
1093   }
1094   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1095     AliasResult Result = aliasSelect(S1, V1Size, V2, V2Size);
1096     if (Result != MayAlias) return Result;
1097   }
1098
1099   return AliasAnalysis::alias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
1100 }
1101
1102 // Make sure that anything that uses AliasAnalysis pulls in this file.
1103 DEFINING_FILE_FOR(BasicAliasAnalysis)