lib/Analysis/ScopedNoAliasAA.cpp

   1 //===- ScopedNoAliasAA.cpp - Scoped No-Alias Alias Analysis ---------------===//
   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 ScopedNoAlias alias-analysis pass, which implements
  11 // metadata-based scoped no-alias support.
  12 //
  13 // Alias-analysis scopes are defined by an id (which can be a string or some
  14 // other metadata node), a domain node, and an optional descriptive string.
  15 // A domain is defined by an id (which can be a string or some other metadata
  16 // node), and an optional descriptive string.
  17 //
  18 // !dom0 =   metadata !{ metadata !"domain of foo()" }
  19 // !scope1 = metadata !{ metadata !scope1, metadata !dom0, metadata !"scope 1" }
  20 // !scope2 = metadata !{ metadata !scope2, metadata !dom0, metadata !"scope 2" }
  21 //
  22 // Loads and stores can be tagged with an alias-analysis scope, and also, with
  23 // a noalias tag for a specific scope:
  24 //
  25 // ... = load %ptr1, !alias.scope !{ !scope1 }
  26 // ... = load %ptr2, !alias.scope !{ !scope1, !scope2 }, !noalias !{ !scope1 }
  27 //
  28 // When evaluating an aliasing query, if one of the instructions is associated
  29 // has a set of noalias scopes in some domain that is superset of the alias
  30 // scopes in that domain of some other instruction, then the two memory
  31 // accesses are assumed not to alias.
  32 //
  33 //===----------------------------------------------------------------------===//
  34
  35 #include "llvm/Analysis/ScopedNoAliasAA.h"
  36 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
  37 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
  38 #include "llvm/IR/Constants.h"
  39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
  40 #include "llvm/IR/Metadata.h"
  41 #include "llvm/IR/Module.h"
  42 #include "llvm/Pass.h"
  43 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  44 using namespace llvm;
  45
  46 // A handy option for disabling scoped no-alias functionality. The same effect
  47 // can also be achieved by stripping the associated metadata tags from IR, but
  48 // this option is sometimes more convenient.
  49 static cl::opt<bool> EnableScopedNoAlias("enable-scoped-noalias",
  50                                          cl::init(true));
  51
  52 namespace {
  53 /// AliasScopeNode - This is a simple wrapper around an MDNode which provides
  54 /// a higher-level interface by hiding the details of how alias analysis
  55 /// information is encoded in its operands.
  56 class AliasScopeNode {
  57   const MDNode *Node;
  58
  59 public:
  60   AliasScopeNode() : Node(0) {}
  61   explicit AliasScopeNode(const MDNode *N) : Node(N) {}
  62
  63   /// getNode - Get the MDNode for this AliasScopeNode.
  64   const MDNode *getNode() const { return Node; }
  65
  66   /// getDomain - Get the MDNode for this AliasScopeNode's domain.
  67   const MDNode *getDomain() const {
  68     if (Node->getNumOperands() < 2)
  69       return nullptr;
  70     return dyn_cast_or_null<MDNode>(Node->getOperand(1));
  71   }
  72 };
  73 } // End of anonymous namespace
  74
  75 AliasResult ScopedNoAliasAAResult::alias(const MemoryLocation &LocA,
  76                                          const MemoryLocation &LocB) {
  77   if (!EnableScopedNoAlias)
  78     return AAResultBase::alias(LocA, LocB);
  79
  80   // Get the attached MDNodes.
  81   const MDNode *AScopes = LocA.AATags.Scope, *BScopes = LocB.AATags.Scope;
  82
  83   const MDNode *ANoAlias = LocA.AATags.NoAlias, *BNoAlias = LocB.AATags.NoAlias;
  84
  85   if (!mayAliasInScopes(AScopes, BNoAlias))
  86     return NoAlias;
  87
  88   if (!mayAliasInScopes(BScopes, ANoAlias))
  89     return NoAlias;
  90
  91   // If they may alias, chain to the next AliasAnalysis.
  92   return AAResultBase::alias(LocA, LocB);
  93 }
  94
  95 ModRefInfo ScopedNoAliasAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
  96                                                 const MemoryLocation &Loc) {
  97   if (!EnableScopedNoAlias)
  98     return AAResultBase::getModRefInfo(CS, Loc);
  99
 100   if (!mayAliasInScopes(Loc.AATags.Scope, CS.getInstruction()->getMetadata(
 101                                               LLVMContext::MD_noalias)))
 102     return MRI_NoModRef;
 103
 104   if (!mayAliasInScopes(
 105           CS.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_alias_scope),
 106           Loc.AATags.NoAlias))
 107     return MRI_NoModRef;
 108
 109   return AAResultBase::getModRefInfo(CS, Loc);
 110 }
 111
 112 ModRefInfo ScopedNoAliasAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
 113                                                 ImmutableCallSite CS2) {
 114   if (!EnableScopedNoAlias)
 115     return AAResultBase::getModRefInfo(CS1, CS2);
 116
 117   if (!mayAliasInScopes(
 118           CS1.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_alias_scope),
 119           CS2.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_noalias)))
 120     return MRI_NoModRef;
 121
 122   if (!mayAliasInScopes(
 123           CS2.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_alias_scope),
 124           CS1.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_noalias)))
 125     return MRI_NoModRef;
 126
 127   return AAResultBase::getModRefInfo(CS1, CS2);
 128 }
 129
 130 void ScopedNoAliasAAResult::collectMDInDomain(
 131     const MDNode *List, const MDNode *Domain,
 132     SmallPtrSetImpl<const MDNode *> &Nodes) const {
 133   for (unsigned i = 0, ie = List->getNumOperands(); i != ie; ++i)
 134     if (const MDNode *MD = dyn_cast<MDNode>(List->getOperand(i)))
 135       if (AliasScopeNode(MD).getDomain() == Domain)
 136         Nodes.insert(MD);
 137 }
 138
 139 bool ScopedNoAliasAAResult::mayAliasInScopes(const MDNode *Scopes,
 140                                              const MDNode *NoAlias) const {
 141   if (!Scopes || !NoAlias)
 142     return true;
 143
 144   // Collect the set of scope domains relevant to the noalias scopes.
 145   SmallPtrSet<const MDNode *, 16> Domains;
 146   for (unsigned i = 0, ie = NoAlias->getNumOperands(); i != ie; ++i)
 147     if (const MDNode *NAMD = dyn_cast<MDNode>(NoAlias->getOperand(i)))
 148       if (const MDNode *Domain = AliasScopeNode(NAMD).getDomain())
 149         Domains.insert(Domain);
 150
 151   // We alias unless, for some domain, the set of noalias scopes in that domain
 152   // is a superset of the set of alias scopes in that domain.
 153   for (const MDNode *Domain : Domains) {
 154     SmallPtrSet<const MDNode *, 16> NANodes, ScopeNodes;
 155     collectMDInDomain(NoAlias, Domain, NANodes);
 156     collectMDInDomain(Scopes, Domain, ScopeNodes);
 157     if (!ScopeNodes.size())
 158       continue;
 159
 160     // To not alias, all of the nodes in ScopeNodes must be in NANodes.
 161     bool FoundAll = true;
 162     for (const MDNode *SMD : ScopeNodes)
 163       if (!NANodes.count(SMD)) {
 164         FoundAll = false;
 165         break;
 166       }
 167
 168     if (FoundAll)
 169       return false;
 170   }
 171
 172   return true;
 173 }
 174
 175 ScopedNoAliasAAResult ScopedNoAliasAA::run(Function &F,
 176                                            AnalysisManager<Function> *AM) {
 177   return ScopedNoAliasAAResult(AM->getResult<TargetLibraryAnalysis>(F));
 178 }
 179
 180 char ScopedNoAliasAA::PassID;
 181
 182 char ScopedNoAliasAAWrapperPass::ID = 0;
 183 INITIALIZE_PASS_BEGIN(ScopedNoAliasAAWrapperPass, "scoped-noalias",
 184                       "Scoped NoAlias Alias Analysis", false, true)
 185 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
 186 INITIALIZE_PASS_END(ScopedNoAliasAAWrapperPass, "scoped-noalias",
 187                     "Scoped NoAlias Alias Analysis", false, true)
 188
 189 ImmutablePass *llvm::createScopedNoAliasAAWrapperPass() {
 190   return new ScopedNoAliasAAWrapperPass();
 191 }
 192
 193 ScopedNoAliasAAWrapperPass::ScopedNoAliasAAWrapperPass() : ImmutablePass(ID) {
 194   initializeScopedNoAliasAAWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
 195 }
 196
 197 bool ScopedNoAliasAAWrapperPass::doInitialization(Module &M) {
 198   Result.reset(new ScopedNoAliasAAResult(
 199       getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI()));
 200   return false;
 201 }
 202
 203 bool ScopedNoAliasAAWrapperPass::doFinalization(Module &M) {
 204   Result.reset();
 205   return false;
 206 }
 207
 208 void ScopedNoAliasAAWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 209   AU.setPreservesAll();
 210   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
 211 }