lib/Analysis/DataStructure/Steensgaard.cpp

   1 //===- Steensgaard.cpp - Context Insensitive Alias Analysis ---------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This pass uses the data structure graphs to implement a simple context
  11 // insensitive alias analysis.  It does this by computing the local analysis
  12 // graphs for all of the functions, then merging them together into a single big
  13 // graph without cloning.
  14 //
  15 //===----------------------------------------------------------------------===//
  16
  17 #include "llvm/Analysis/DataStructure/DataStructure.h"
  18 #include "llvm/Analysis/DataStructure/DSGraph.h"
  19 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  20 #include "llvm/Module.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 using namespace llvm;
  23
  24 namespace {
  25   class Steens : public Pass, public AliasAnalysis {
  26     DSGraph *ResultGraph;
  27     DSGraph *GlobalsGraph;  // FIXME: Eliminate globals graph stuff from DNE
  28   public:
  29     Steens() : ResultGraph(0), GlobalsGraph(0) {}
  30     ~Steens() {
  31       releaseMyMemory();
  32       assert(ResultGraph == 0 && "releaseMemory not called?");
  33     }
  34
  35     //------------------------------------------------
  36     // Implement the Pass API
  37     //
  38
  39     // run - Build up the result graph, representing the pointer graph for the
  40     // program.
  41     //
  42     bool run(Module &M);
  43
  44     virtual void releaseMyMemory() { delete ResultGraph; ResultGraph = 0; }
  45
  46     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  47       AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
  48       AU.setPreservesAll();                    // Does not transform code...
  49       AU.addRequired<LocalDataStructures>();   // Uses local dsgraph
  50     }
  51
  52     // print - Implement the Pass::print method...
  53     void print(std::ostream &O, const Module *M) const {
  54       assert(ResultGraph && "Result graph has not yet been computed!");
  55       ResultGraph->writeGraphToFile(O, "steensgaards");
  56     }
  57
  58     //------------------------------------------------
  59     // Implement the AliasAnalysis API
  60     //
  61
  62     // alias - This is the only method here that does anything interesting...
  63     AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
  64                       const Value *V2, unsigned V2Size);
  65
  66   private:
  67     void ResolveFunctionCall(Function *F, const DSCallSite &Call,
  68                              DSNodeHandle &RetVal);
  69   };
  70
  71   // Register the pass...
  72   RegisterOpt<Steens> X("steens-aa",
  73                         "Steensgaard's alias analysis (DSGraph based)");
  74
  75   // Register as an implementation of AliasAnalysis
  76   RegisterAnalysisGroup<AliasAnalysis, Steens> Y;
  77 }
  78
  79 /// ResolveFunctionCall - Resolve the actual arguments of a call to function F
  80 /// with the specified call site descriptor.  This function links the arguments
  81 /// and the return value for the call site context-insensitively.
  82 ///
  83 void Steens::ResolveFunctionCall(Function *F, const DSCallSite &Call,
  84                                  DSNodeHandle &RetVal) {
  85   assert(ResultGraph != 0 && "Result graph not allocated!");
  86   DSGraph::ScalarMapTy &ValMap = ResultGraph->getScalarMap();
  87
  88   // Handle the return value of the function...
  89   if (Call.getRetVal().getNode() && RetVal.getNode())
  90     RetVal.mergeWith(Call.getRetVal());
  91
  92   // Loop over all pointer arguments, resolving them to their provided pointers
  93   unsigned PtrArgIdx = 0;
  94   for (Function::aiterator AI = F->abegin(), AE = F->aend();
  95        AI != AE && PtrArgIdx < Call.getNumPtrArgs(); ++AI) {
  96     DSGraph::ScalarMapTy::iterator I = ValMap.find(AI);
  97     if (I != ValMap.end())    // If its a pointer argument...
  98       I->second.mergeWith(Call.getPtrArg(PtrArgIdx++));
  99   }
 100 }
 101
 102
 103 /// run - Build up the result graph, representing the pointer graph for the
 104 /// program.
 105 ///
 106 bool Steens::run(Module &M) {
 107   InitializeAliasAnalysis(this);
 108   assert(ResultGraph == 0 && "Result graph already allocated!");
 109   LocalDataStructures &LDS = getAnalysis<LocalDataStructures>();
 110
 111   // Create a new, empty, graph...
 112   ResultGraph = new DSGraph(getTargetData());
 113   GlobalsGraph = new DSGraph(getTargetData());
 114   ResultGraph->setGlobalsGraph(GlobalsGraph);
 115   ResultGraph->setPrintAuxCalls();
 116
 117   // RetValMap - Keep track of the return values for all functions that return
 118   // valid pointers.
 119   //
 120   DSGraph::ReturnNodesTy RetValMap;
 121
 122   // Loop over the rest of the module, merging graphs for non-external functions
 123   // into this graph.
 124   //
 125   unsigned Count = 0;
 126   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
 127     if (!I->isExternal()) {
 128       DSGraph::ScalarMapTy ValMap;
 129       {  // Scope to free NodeMap memory ASAP
 130         DSGraph::NodeMapTy NodeMap;
 131         const DSGraph &FDSG = LDS.getDSGraph(*I);
 132         ResultGraph->cloneInto(FDSG, ValMap, RetValMap, NodeMap,
 133                                DSGraph::UpdateInlinedGlobals);
 134       }
 135
 136       // Incorporate the inlined Function's ScalarMap into the global
 137       // ScalarMap...
 138       DSGraph::ScalarMapTy &GVM = ResultGraph->getScalarMap();
 139       for (DSGraph::ScalarMapTy::iterator I = ValMap.begin(),
 140              E = ValMap.end(); I != E; ++I)
 141         GVM[I->first].mergeWith(I->second);
 142
 143       if ((++Count & 1) == 0)   // Prune nodes out every other time...
 144         ResultGraph->removeTriviallyDeadNodes();
 145     }
 146
 147   // FIXME: Must recalculate and use the Incomplete markers!!
 148
 149   // Now that we have all of the graphs inlined, we can go about eliminating
 150   // call nodes...
 151   //
 152   std::vector<DSCallSite> &Calls =
 153     ResultGraph->getAuxFunctionCalls();
 154   assert(Calls.empty() && "Aux call list is already in use??");
 155
 156   // Start with a copy of the original call sites...
 157   Calls = ResultGraph->getFunctionCalls();
 158
 159   for (unsigned i = 0; i != Calls.size(); ) {
 160     DSCallSite &CurCall = Calls[i];
 161
 162     // Loop over the called functions, eliminating as many as possible...
 163     std::vector<GlobalValue*> CallTargets;
 164     if (CurCall.isDirectCall())
 165       CallTargets.push_back(CurCall.getCalleeFunc());
 166     else
 167       CallTargets = CurCall.getCalleeNode()->getGlobals();
 168
 169     for (unsigned c = 0; c != CallTargets.size(); ) {
 170       // If we can eliminate this function call, do so!
 171       bool Eliminated = false;
 172       if (Function *F = dyn_cast<Function>(CallTargets[c]))
 173         if (!F->isExternal()) {
 174           ResolveFunctionCall(F, CurCall, RetValMap[F]);
 175           Eliminated = true;
 176         }
 177       if (Eliminated) {
 178         CallTargets[c] = CallTargets.back();
 179         CallTargets.pop_back();
 180       } else
 181         ++c;  // Cannot eliminate this call, skip over it...
 182     }
 183
 184     if (CallTargets.empty()) {        // Eliminated all calls?
 185       CurCall = Calls.back();         // Remove entry
 186       Calls.pop_back();
 187     } else
 188       ++i;                            // Skip this call site...
 189   }
 190
 191   RetValMap.clear();
 192
 193   // Update the "incomplete" markers on the nodes, ignoring unknownness due to
 194   // incoming arguments...
 195   ResultGraph->maskIncompleteMarkers();
 196   ResultGraph->markIncompleteNodes(DSGraph::IgnoreFormalArgs);
 197
 198   // Remove any nodes that are dead after all of the merging we have done...
 199   // FIXME: We should be able to disable the globals graph for steens!
 200   ResultGraph->removeDeadNodes(DSGraph::KeepUnreachableGlobals);
 201
 202   DEBUG(print(std::cerr, &M));
 203   return false;
 204 }
 205
 206 // alias - This is the only method here that does anything interesting...
 207 AliasAnalysis::AliasResult Steens::alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
 208                                          const Value *V2, unsigned V2Size) {
 209   // FIXME: HANDLE Size argument!
 210   assert(ResultGraph && "Result graph has not been computed yet!");
 211
 212   DSGraph::ScalarMapTy &GSM = ResultGraph->getScalarMap();
 213
 214   DSGraph::ScalarMapTy::iterator I = GSM.find(const_cast<Value*>(V1));
 215   if (I != GSM.end() && I->second.getNode()) {
 216     DSNodeHandle &V1H = I->second;
 217     DSGraph::ScalarMapTy::iterator J=GSM.find(const_cast<Value*>(V2));
 218     if (J != GSM.end() && J->second.getNode()) {
 219       DSNodeHandle &V2H = J->second;
 220       // If the two pointers point to different data structure graph nodes, they
 221       // cannot alias!
 222       if (V1H.getNode() != V2H.getNode())    // FIXME: Handle incompleteness!
 223         return NoAlias;
 224
 225       // FIXME: If the two pointers point to the same node, and the offsets are
 226       // different, and the LinkIndex vector doesn't alias the section, then the
 227       // two pointers do not alias.  We need access size information for the two
 228       // accesses though!
 229       //
 230     }
 231   }
 232
 233   // If we cannot determine alias properties based on our graph, fall back on
 234   // some other AA implementation.
 235   //
 236   return AliasAnalysis::alias(V1, V1Size, V2, V2Size);
 237 }