Misc optimizer+codegen work for 'cmpxchg' and 'atomicrmw'. They appear to be
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / AliasAnalysis.h
index 6a22ad36a59eeb314e3288efe08fba5fc3c895e5..9e9c58620734992f88cba0d37f8371de9c96d455 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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
@@ -28,7 +38,7 @@
 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
 
 #include "llvm/Support/CallSite.h"
-#include <vector>
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
 
 namespace llvm {
 
@@ -38,6 +48,8 @@ class VAArgInst;
 class TargetData;
 class Pass;
 class AnalysisUsage;
+class MemTransferInst;
+class MemIntrinsic;
 
 class AliasAnalysis {
 protected:
@@ -76,7 +88,7 @@ public:
   /// getTypeStoreSize - Return the TargetData 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...
@@ -86,18 +98,17 @@ 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;
 
-    explicit Location(const Value *P = 0,
-                      uint64_t S = UnknownSize,
+    explicit Location(const Value *P = 0, uint64_t S = UnknownSize,
                       const MDNode *N = 0)
       : Ptr(P), Size(S), TBAATag(N) {}
 
@@ -107,6 +118,12 @@ public:
       return Copy;
     }
 
+    Location getWithNewSize(uint64_t NewSize) const {
+      Location Copy(*this);
+      Copy.Size = NewSize;
+      return Copy;
+    }
+
     Location getWithoutTBAATag() const {
       Location Copy(*this);
       Copy.TBAATag = 0;
@@ -114,6 +131,14 @@ public:
     }
   };
 
+  /// 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);
+  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:
@@ -123,7 +148,12 @@ public:
   /// See docs/AliasAnalysis.html for more information on the specific meanings
   /// of these values.
   ///
-  enum AliasResult { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
+  enum AliasResult {
+    NoAlias = 0,        ///< No dependencies.
+    MayAlias,           ///< Anything goes.
+    PartialAlias,       ///< Pointers differ, but pointees overlap.
+    MustAlias           ///< Pointers are equal.
+  };
 
   /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
   /// Returns an AliasResult indicating whether the two pointers are aliased to
@@ -153,16 +183,27 @@ public:
                  const Value *V2, uint64_t V2Size) {
     return isNoAlias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
   }
+  
+  /// isMustAlias - A convenience wrapper.
+  bool isMustAlias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
+    return alias(LocA, LocB) == MustAlias;
+  }
 
-  /// pointsToConstantMemory - If the specified memory location is known to be
-  /// constant, return true.  This allows disambiguation of store
-  /// instructions from constant pointers.
-  ///
-  virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc);
+  /// 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
+  /// an alloca), return true. Otherwise return false.
+  virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
+                                      bool OrLocal = false);
 
   /// pointsToConstantMemory - A convenient wrapper.
-  bool pointsToConstantMemory(const Value *P) {
-    return pointsToConstantMemory(Location(P));
+  bool pointsToConstantMemory(const Value *P, bool OrLocal = false) {
+    return pointsToConstantMemory(Location(P), OrLocal);
   }
 
   //===--------------------------------------------------------------------===//
@@ -174,36 +215,48 @@ public:
   ///
   enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
 
+  /// These values define additional bits used to define the
+  /// ModRefBehavior values.
+  enum { Nowhere = 0, ArgumentPointees = 4, Anywhere = 8 | ArgumentPointees };
 
   /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
   /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
   /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
   /// invocation without having to report it through these interfaces.
   enum ModRefBehavior {
-    // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
-    // or stores to memory.
-    //
-    // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
-    DoesNotAccessMemory,
-
-    // AccessesArguments - This function accesses function arguments in well
-    // known (possibly volatile) ways, but does not access any other memory.
-    AccessesArguments,
-
-    // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
-    // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
-    // does not access any other memory.
-    AccessesArgumentsAndGlobals,
-
-    // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
-    // volatile loads, but may read from any memory location.
-    //
-    // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
-    OnlyReadsMemory,
-
-    // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
-    // classified into one of the behaviors above.
-    UnknownModRefBehavior
+    /// DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
+    /// or stores to memory.
+    ///
+    /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
+    /// This property corresponds to the LLVM IR 'readnone' attribute.
+    /// This property corresponds to the IntrNoMem LLVM intrinsic flag.
+    DoesNotAccessMemory = Nowhere | NoModRef,
+
+    /// OnlyReadsArgumentPointees - The only memory references in this function
+    /// (if it has any) are non-volatile loads from objects pointed to by its
+    /// pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
+    ///
+    /// This property corresponds to the IntrReadArgMem LLVM intrinsic flag.
+    OnlyReadsArgumentPointees = ArgumentPointees | Ref,
+
+    /// OnlyAccessesArgumentPointees - The only memory references in this
+    /// function (if it has any) are non-volatile loads and stores from objects
+    /// pointed to by its pointer-typed arguments, with arbitrary offsets.
+    ///
+    /// This property corresponds to the IntrReadWriteArgMem LLVM intrinsic flag.
+    OnlyAccessesArgumentPointees = ArgumentPointees | ModRef,
+
+    /// OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
+    /// volatile loads, but may read from any memory location.
+    ///
+    /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
+    /// This property corresponds to the LLVM IR 'readonly' attribute.
+    /// This property corresponds to the IntrReadMem LLVM intrinsic flag.
+    OnlyReadsMemory = Anywhere | Ref,
+
+    /// UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
+    /// classified into one of the behaviors above.
+    UnknownModRefBehavior = Anywhere | ModRef
   };
 
   /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
@@ -245,8 +298,7 @@ public:
   /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
   ///
   bool onlyReadsMemory(ImmutableCallSite CS) {
-    ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
-    return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
+    return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(CS));
   }
 
   /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
@@ -254,10 +306,31 @@ public:
   /// when the call site is not known.
   ///
   bool onlyReadsMemory(const Function *F) {
-    ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
-    return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
+    return onlyReadsMemory(getModRefBehavior(F));
   }
 
+  /// onlyReadsMemory - Return true if functions with the specified behavior are
+  /// known to only read from non-volatile memory (or not access memory at all).
+  ///
+  static bool onlyReadsMemory(ModRefBehavior MRB) {
+    return !(MRB & Mod);
+  }
+
+  /// onlyAccessesArgPointees - Return true if functions with the specified
+  /// behavior are known to read and write at most from objects pointed to by
+  /// their pointer-typed arguments (with arbitrary offsets).
+  ///
+  static bool onlyAccessesArgPointees(ModRefBehavior MRB) {
+    return !(MRB & Anywhere & ~ArgumentPointees);
+  }
+
+  /// doesAccessArgPointees - Return true if functions with the specified
+  /// 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) {
+    return (MRB & ModRef) && (MRB & ArgumentPointees);
+  }
 
   /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
   /// read or write the specified memory location.  An instruction
@@ -268,6 +341,11 @@ 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;
@@ -329,16 +407,55 @@ public:
   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 fences) - Return whether 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 whether information about whether
+  /// a particular cmpxchg modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicCmpXchgInst *CX, const Location &Loc) {
+    // Conservatively correct.  (But there are obvious ways to be smarter.)
+    return ModRef;
+  }
+
+  /// 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 whether information about whether
+  /// a particular atomicrmw modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const AtomicRMWInst *RMW, const Location &Loc) {
+    // Conservatively correct.  (But there are obvious ways to be smarter.)
+    return ModRef;
+  }
+
+  /// 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 whether 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));
   }
 
@@ -396,6 +513,17 @@ 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.
   ///
@@ -405,6 +533,32 @@ public:
   }
 };
 
+// Specialize DenseMapInfo for Location.
+template<>
+struct DenseMapInfo<AliasAnalysis::Location> {
+  static inline AliasAnalysis::Location getEmptyKey() {
+    return
+      AliasAnalysis::Location(DenseMapInfo<const Value *>::getEmptyKey(),
+                              0, 0);
+  }
+  static inline AliasAnalysis::Location getTombstoneKey() {
+    return
+      AliasAnalysis::Location(DenseMapInfo<const Value *>::getTombstoneKey(),
+                              0, 0);
+  }
+  static unsigned getHashValue(const AliasAnalysis::Location &Val) {
+    return DenseMapInfo<const Value *>::getHashValue(Val.Ptr) ^
+           DenseMapInfo<uint64_t>::getHashValue(Val.Size) ^
+           DenseMapInfo<const MDNode *>::getHashValue(Val.TBAATag);
+  }
+  static bool isEqual(const AliasAnalysis::Location &LHS,
+                      const AliasAnalysis::Location &RHS) {
+    return LHS.Ptr == RHS.Ptr &&
+           LHS.Size == RHS.Size &&
+           LHS.TBAATag == RHS.TBAATag;
+  }
+};
+
 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
 /// function.
 bool isNoAliasCall(const Value *V);