AA metadata refactoring (introduce AAMDNodes)
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / AliasAnalysis.h
index 12840b33a8fff8a0088628961cffa87c93689416..3aaec851c9fceb1e4e3a1f65d1494f494755b61d 100644 (file)
 // which automatically provides functionality for the entire suite of client
 // APIs.
 //
-// This API represents memory as a (Pointer, Size) pair.  The Pointer component
-// specifies the base memory address of the region, the Size specifies how large
-// of an area is being queried, or UnknownSize if the size is not known.
-// Pointers that point to two completely different objects in memory never
-// alias, regardless of the value of the Size component.
+// This API identifies memory regions with the Location class. The pointer
+// component specifies the base memory address of the region. The Size specifies
+// the maximum size (in address units) of the memory region, or UnknownSize if
+// the size is not known. The TBAA tag identifies the "type" of the memory
+// reference; see the TypeBasedAliasAnalysis class for details.
+//
+// Some non-obvious details include:
+//  - Pointers that point to two completely different objects in memory never
+//    alias, regardless of the value of the Size component.
+//  - NoAlias doesn't imply inequal pointers. The most obvious example of this
+//    is two pointers to constant memory. Even if they are equal, constant
+//    memory is never stored to, so there will never be any dependencies.
+//    In this and other situations, the pointers may be both NoAlias and
+//    MustAlias at the same time. The current API can only return one result,
+//    though this is rarely a problem in practice.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
-#define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
+#ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIASANALYSIS_H
+#define LLVM_ANALYSIS_ALIASANALYSIS_H
 
-#include "llvm/Support/CallSite.h"
-#include <vector>
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/IR/CallSite.h"
+#include "llvm/IR/Metadata.h"
 
 namespace llvm {
 
 class LoadInst;
 class StoreInst;
 class VAArgInst;
-class TargetData;
+class DataLayout;
+class TargetLibraryInfo;
 class Pass;
 class AnalysisUsage;
+class MemTransferInst;
+class MemIntrinsic;
+class DominatorTree;
 
 class AliasAnalysis {
 protected:
-  const TargetData *TD;
+  const DataLayout *DL;
+  const TargetLibraryInfo *TLI;
 
 private:
   AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
@@ -60,7 +76,7 @@ protected:
 
 public:
   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-  AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
+  AliasAnalysis() : DL(nullptr), TLI(nullptr), AA(nullptr) {}
   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
 
   /// UnknownSize - This is a special value which can be used with the
@@ -68,15 +84,20 @@ public:
   /// know the sizes of the potential memory references.
   static uint64_t const UnknownSize = ~UINT64_C(0);
 
-  /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
-  /// null if no TargetData object is available.
+  /// getDataLayout - Return a pointer to the current DataLayout object, or
+  /// null if no DataLayout object is available.
+  ///
+  const DataLayout *getDataLayout() const { return DL; }
+
+  /// getTargetLibraryInfo - Return a pointer to the current TargetLibraryInfo
+  /// object, or null if no TargetLibraryInfo object is available.
   ///
-  const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
+  const TargetLibraryInfo *getTargetLibraryInfo() const { return TLI; }
 
-  /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
+  /// getTypeStoreSize - Return the DataLayout store size for the given type,
   /// if known, or a conservative value otherwise.
   ///
-  uint64_t getTypeStoreSize(const Type *Ty);
+  uint64_t getTypeStoreSize(Type *Ty);
 
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   /// Alias Queries...
@@ -86,20 +107,20 @@ public:
   struct Location {
     /// Ptr - The address of the start of the location.
     const Value *Ptr;
-    /// Size - The maximum size of the location, or UnknownSize if the size is
-    /// not known.  Note that an unknown size does not mean the pointer aliases
-    /// the entire virtual address space, because there are restrictions on
-    /// stepping out of one object and into another.
+    /// Size - The maximum size of the location, in address-units, or
+    /// UnknownSize if the size is not known.  Note that an unknown size does
+    /// not mean the pointer aliases the entire virtual address space, because
+    /// there are restrictions on stepping out of one object and into another.
     /// See http://llvm.org/docs/LangRef.html#pointeraliasing
     uint64_t Size;
-    /// TBAATag - The metadata node which describes the TBAA type of
-    /// the location, or null if there is no known unique tag.
-    const MDNode *TBAATag;
+    /// AATags - The metadata nodes which describes the aliasing of the
+    /// location (each member is null if that kind of information is
+    /// unavailable)..
+    AAMDNodes AATags;
 
-    explicit Location(const Value *P = 0,
-                      uint64_t S = UnknownSize,
-                      const MDNode *N = 0)
-      : Ptr(P), Size(S), TBAATag(N) {}
+    explicit Location(const Value *P = nullptr, uint64_t S = UnknownSize,
+                      const AAMDNodes &N = AAMDNodes())
+      : Ptr(P), Size(S), AATags(N) {}
 
     Location getWithNewPtr(const Value *NewPtr) const {
       Location Copy(*this);
@@ -113,13 +134,23 @@ public:
       return Copy;
     }
 
-    Location getWithoutTBAATag() const {
+    Location getWithoutAATags() const {
       Location Copy(*this);
-      Copy.TBAATag = 0;
+      Copy.AATags = AAMDNodes();
       return Copy;
     }
   };
 
+  /// getLocation - Fill in Loc with information about the memory reference by
+  /// the given instruction.
+  Location getLocation(const LoadInst *LI);
+  Location getLocation(const StoreInst *SI);
+  Location getLocation(const VAArgInst *VI);
+  Location getLocation(const AtomicCmpXchgInst *CXI);
+  Location getLocation(const AtomicRMWInst *RMWI);
+  static Location getLocationForSource(const MemTransferInst *MTI);
+  static Location getLocationForDest(const MemIntrinsic *MI);
+
   /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
   /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
   /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
@@ -131,8 +162,9 @@ public:
   ///
   enum AliasResult {
     NoAlias = 0,        ///< No dependencies.
-    MayAlias = 1,       ///< Anything goes.
-    MustAlias = 2       ///< Pointers are equal.
+    MayAlias,           ///< Anything goes.
+    PartialAlias,       ///< Pointers differ, but pointees overlap.
+    MustAlias           ///< Pointers are equal.
   };
 
   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
@@ -163,7 +195,22 @@ public:
                  const Value *V2, uint64_t V2Size) {
     return isNoAlias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
   }
+  
+  /// isNoAlias - A convenience wrapper.
+  bool isNoAlias(const Value *V1, const Value *V2) {
+    return isNoAlias(Location(V1), Location(V2));
+  }
+  
+  /// isMustAlias - A convenience wrapper.
+  bool isMustAlias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
+    return alias(LocA, LocB) == MustAlias;
+  }
 
+  /// isMustAlias - A convenience wrapper.
+  bool isMustAlias(const Value *V1, const Value *V2) {
+    return alias(V1, 1, V2, 1) == MustAlias;
+  }
+  
   /// pointsToConstantMemory - If the specified memory location is
   /// known to be constant, return true. If OrLocal is true and the
   /// specified memory location is known to be "local" (derived from
@@ -229,6 +276,14 @@ public:
     UnknownModRefBehavior = Anywhere | ModRef
   };
 
+  /// Get the location associated with a pointer argument of a callsite.
+  /// The mask bits are set to indicate the allowed aliasing ModRef kinds.
+  /// Note that these mask bits do not necessarily account for the overall
+  /// behavior of the function, but rather only provide additional
+  /// per-argument information.
+  virtual Location getArgLocation(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx,
+                                  ModRefResult &Mask);
+
   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
   virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
 
@@ -295,7 +350,7 @@ public:
   }
 
   /// doesAccessArgPointees - Return true if functions with the specified
-  /// behavior are known to potentially read or write  from objects pointed
+  /// behavior are known to potentially read or write from objects pointed
   /// to be their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
   ///
   static bool doesAccessArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
@@ -311,6 +366,11 @@ public:
     case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((const VAArgInst*)I, Loc);
     case Instruction::Load:   return getModRefInfo((const LoadInst*)I,  Loc);
     case Instruction::Store:  return getModRefInfo((const StoreInst*)I, Loc);
+    case Instruction::Fence:  return getModRefInfo((const FenceInst*)I, Loc);
+    case Instruction::AtomicCmpXchg:
+      return getModRefInfo((const AtomicCmpXchgInst*)I, Loc);
+    case Instruction::AtomicRMW:
+      return getModRefInfo((const AtomicRMWInst*)I, Loc);
     case Instruction::Call:   return getModRefInfo((const CallInst*)I,  Loc);
     case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((const InvokeInst*)I,Loc);
     default:                  return NoModRef;
@@ -323,7 +383,7 @@ public:
     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for call sites) - Return information about whether
   /// a particular call site modifies or reads the specified memory location.
   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
                                      const Location &Loc);
@@ -334,7 +394,7 @@ public:
     return getModRefInfo(CS, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for calls) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for calls) - Return information about whether
   /// a particular call modifies or reads the specified memory location.
   ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Location &Loc) {
     return getModRefInfo(ImmutableCallSite(C), Loc);
@@ -345,7 +405,7 @@ public:
     return getModRefInfo(C, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for invokes) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for invokes) - Return information about whether
   /// a particular invoke modifies or reads the specified memory location.
   ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
                              const Location &Loc) {
@@ -358,7 +418,7 @@ public:
     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for loads) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for loads) - Return information about whether
   /// a particular load modifies or reads the specified memory location.
   ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Location &Loc);
 
@@ -367,21 +427,54 @@ public:
     return getModRefInfo(L, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for stores) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for stores) - Return information about whether
   /// a particular store modifies or reads the specified memory location.
   ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Location &Loc);
 
   /// getModRefInfo (for stores) - A convenience wrapper.
-  ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, uint64_t Size) {
+  ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, uint64_t Size){
     return getModRefInfo(S, Location(P, Size));
   }
 
-  /// getModRefInfo (for va_args) - Return whether information about whether
+  /// getModRefInfo (for fences) - Return information about whether
+  /// a particular store modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const FenceInst *S, const Location &Loc) {
+    // Conservatively correct.  (We could possibly be a bit smarter if
+    // Loc is a alloca that doesn't escape.)
+    return ModRef;
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for fences) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const FenceInst *S, const Value *P, uint64_t Size){
+    return getModRefInfo(S, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for cmpxchges) - Return information about whether
+  /// a particular cmpxchg modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicCmpXchgInst *CX, const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for cmpxchges) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicCmpXchgInst *CX,
+                             const Value *P, unsigned Size) {
+    return getModRefInfo(CX, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for atomicrmws) - Return information about whether
+  /// a particular atomicrmw modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicRMWInst *RMW, const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for atomicrmws) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicRMWInst *RMW,
+                             const Value *P, unsigned Size) {
+    return getModRefInfo(RMW, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for va_args) - Return information about whether
   /// a particular va_arg modifies or reads the specified memory location.
   ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Location &Loc);
 
   /// getModRefInfo (for va_args) - A convenience wrapper.
-  ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Value* P, uint64_t Size) {
+  ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Value* P, uint64_t Size){
     return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
   }
 
@@ -392,6 +485,18 @@ public:
   virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
                                      ImmutableCallSite CS2);
 
+  /// callCapturesBefore - Return information about whether a particular call 
+  /// site modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult callCapturesBefore(const Instruction *I,
+                                  const AliasAnalysis::Location &MemLoc,
+                                  DominatorTree *DT);
+
+  /// callCapturesBefore - A convenience wrapper.
+  ModRefResult callCapturesBefore(const Instruction *I, const Value *P,
+                                  uint64_t Size, DominatorTree *DT) {
+    return callCapturesBefore(I, Location(P, Size), DT);
+  }
+
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   /// Higher level methods for querying mod/ref information.
   ///
@@ -439,6 +544,17 @@ public:
   ///
   virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
 
+  /// addEscapingUse - This method should be used whenever an escaping use is
+  /// added to a pointer value.  Analysis implementations may either return
+  /// conservative responses for that value in the future, or may recompute
+  /// some or all internal state to continue providing precise responses.
+  ///
+  /// Escaping uses are considered by anything _except_ the following:
+  ///  - GEPs or bitcasts of the pointer
+  ///  - Loads through the pointer
+  ///  - Stores through (but not of) the pointer
+  virtual void addEscapingUse(Use &U);
+
   /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
   /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
   ///
@@ -448,19 +564,56 @@ public:
   }
 };
 
+// Specialize DenseMapInfo for Location.
+template<>
+struct DenseMapInfo<AliasAnalysis::Location> {
+  static inline AliasAnalysis::Location getEmptyKey() {
+    return
+      AliasAnalysis::Location(DenseMapInfo<const Value *>::getEmptyKey(),
+                              0, nullptr);
+  }
+  static inline AliasAnalysis::Location getTombstoneKey() {
+    return
+      AliasAnalysis::Location(DenseMapInfo<const Value *>::getTombstoneKey(),
+                              0, nullptr);
+  }
+  static unsigned getHashValue(const AliasAnalysis::Location &Val) {
+    return DenseMapInfo<const Value *>::getHashValue(Val.Ptr) ^
+           DenseMapInfo<uint64_t>::getHashValue(Val.Size) ^
+           DenseMapInfo<AAMDNodes>::getHashValue(Val.AATags);
+  }
+  static bool isEqual(const AliasAnalysis::Location &LHS,
+                      const AliasAnalysis::Location &RHS) {
+    return LHS.Ptr == RHS.Ptr &&
+           LHS.Size == RHS.Size &&
+           LHS.AATags == RHS.AATags;
+  }
+};
+
 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
 /// function.
 bool isNoAliasCall(const Value *V);
 
+/// isNoAliasArgument - Return true if this is an argument with the noalias
+/// attribute.
+bool isNoAliasArgument(const Value *V);
+
 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
 /// identifiable object.  This returns true for:
 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
-///    Allocas and Mallocs
+///    Allocas
 ///    ByVal and NoAlias Arguments
-///    NoAlias returns
+///    NoAlias returns (e.g. calls to malloc)
 ///
 bool isIdentifiedObject(const Value *V);
 
+/// isIdentifiedFunctionLocal - Return true if V is umabigously identified
+/// at the function-level. Different IdentifiedFunctionLocals can't alias.
+/// Further, an IdentifiedFunctionLocal can not alias with any function
+/// arguments other than itself, which is not necessarily true for
+/// IdentifiedObjects.
+bool isIdentifiedFunctionLocal(const Value *V);
+
 } // End llvm namespace
 
 #endif