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[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
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 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
 #include "llvm/Pass.h"
 #include "llvm/Support/CallSite.h"
-#include "llvm/System/IncludeFile.h"
+#include "llvm/Support/IncludeFile.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include <map>
 
 namespace llvm {
@@ -64,181 +66,240 @@ class Function;
 class Module;
 class CallGraphNode;
 
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-// CallGraph class definition
-//
-class CallGraph {
-protected:
-  Module *Mod;              // The module this call graph represents
+/// \brief The basic data container for the call graph and the \c ModulePass
+/// which produces it.
+///
+/// This class exposes both the interface to the call graph container and the
+/// module pass which runs over a module of IR and produces the call graph.
+///
+/// The core call graph itself can also be updated to reflect changes to the IR.
+class CallGraph : public ModulePass {
+  Module *M;
 
   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
-  FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
+
+  /// \brief A map from \c Function* to \c CallGraphNode*.
+  FunctionMapTy FunctionMap;
+
+  /// \brief Root is root of the call graph, or the external node if a 'main'
+  /// function couldn't be found.
+  CallGraphNode *Root;
+
+  /// \brief This node has edges to all external functions and those internal
+  /// functions that have their address taken.
+  CallGraphNode *ExternalCallingNode;
+
+  /// \brief This node has edges to it from all functions making indirect calls
+  /// or calling an external function.
+  CallGraphNode *CallsExternalNode;
+
+  /// \brief Replace the function represented by this node by another.
+  ///
+  /// This does not rescan the body of the function, so it is suitable when
+  /// splicing the body of one function to another while also updating all
+  /// callers from the old function to the new.
+  void spliceFunction(const Function *From, const Function *To);
+
+  /// \brief Add a function to the call graph, and link the node to all of the
+  /// functions that it calls.
+  void addToCallGraph(Function *F);
 
 public:
   static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-  //===---------------------------------------------------------------------
-  // Accessors...
-  //
+
   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
 
-  /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
-  ///
-  Module &getModule() const { return *Mod; }
+  /// \brief Returns the module the call graph corresponds to.
+  Module &getModule() const { return *M; }
 
-  inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
-  inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
+  inline iterator begin() { return FunctionMap.begin(); }
+  inline iterator end() { return FunctionMap.end(); }
   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
+  inline const_iterator end() const { return FunctionMap.end(); }
 
-  // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
-  // function
+  /// \brief Returns the call graph node for the provided function.
   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
     return I->second;
   }
+
+  /// \brief Returns the call graph node for the provided function.
   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
     return I->second;
   }
 
-  /// Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls 
-  /// into the callgraph.  Override this if you want behavioral inheritance.
-  virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
-  
-  /// Return the root/main method in the module, or some other root node, such
-  /// as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioral 
-  /// inheritance.
-  virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
-  virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
-  
+  /// \brief Returns the \c CallGraphNode which is used to represent
+  /// undetermined calls into the callgraph.
+  CallGraphNode *getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
+
+  CallGraphNode *getCallsExternalNode() const { return CallsExternalNode; }
+
+  /// \brief Returns the root/main method in the module, or some other root
+  /// node, such as the externalcallingnode.
+  CallGraphNode *getRoot() { return Root; }
+  const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
+
   //===---------------------------------------------------------------------
   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
   // modified.
   //
 
-  /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
-  /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
-  /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
-  /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
-  /// do this is to dropAllReferences before calling this.
+  /// \brief Unlink the function from this module, returning it.
   ///
+  /// Because this removes the function from the module, the call graph node is
+  /// destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
+  /// functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do
+  /// this is to dropAllReferences before calling this.
   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
-  Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
-    return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
-  }
-
-  /// changeFunction - This method changes the function associated with this
-  /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
-  /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
-  /// old code over).
-  void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
 
-  /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
-  /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
-  /// not already exist.
+  /// \brief Similar to operator[], but this will insert a new CallGraphNode for
+  /// \c F if one does not already exist.
   CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
-  
+
+  CallGraph();
+  virtual ~CallGraph() { releaseMemory(); }
+
   //===---------------------------------------------------------------------
-  // Pass infrastructure interface glue code...
+  // Implementation of the ModulePass interface needed here.
   //
-protected:
-  CallGraph() {}
-  
-public:
-  virtual ~CallGraph() { destroy(); }
 
-  /// initialize - Call this method before calling other methods, 
-  /// re/initializes the state of the CallGraph.
-  ///
-  void initialize(Module &M);
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+  virtual bool runOnModule(Module &M);
+  virtual void releaseMemory();
 
-  virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
-  void print(std::ostream *o, const Module *M) const { if (o) print(*o, M); }
+  void print(raw_ostream &o, const Module *) const;
   void dump() const;
-  
-protected:
-  // destroy - Release memory for the call graph
-  virtual void destroy();
 };
 
-//===----------------------------------------------------------------------===//
-// CallGraphNode class definition
-//
+/// \brief A node in the call graph for a module.
+///
+/// Typically represents a function in the call graph. There are also special
+/// "null" nodes used to represent theoretical entries in the call graph.
 class CallGraphNode {
-  Function *F;
-  typedef std::pair<CallSite,CallGraphNode*> CallRecord;
+  friend class CallGraph;
+
+  AssertingVH<Function> F;
+
+public:
+  /// \brief A pair of the calling instruction (a call or invoke)
+  /// and the call graph node being called.
+  typedef std::pair<WeakVH, CallGraphNode *> CallRecord;
+
+private:
   std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
 
-  CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
+  /// \brief The number of times that this CallGraphNode occurs in the
+  /// CalledFunctions array of this or other CallGraphNodes.
+  unsigned NumReferences;
+
+  CallGraphNode(const CallGraphNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  void operator=(const CallGraphNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  void DropRef() { --NumReferences; }
+  void AddRef() { ++NumReferences; }
+
 public:
-  //===---------------------------------------------------------------------
-  // Accessor methods...
-  //
+  typedef std::vector<CallRecord> CalledFunctionsVector;
+
+  /// \brief Creates a node for the specified function.
+  inline CallGraphNode(Function *F) : F(F), NumReferences(0) {}
+
+  ~CallGraphNode() {
+    assert(NumReferences == 0 && "Node deleted while references remain");
+  }
 
   typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
   typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
 
-  // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
+  /// \brief Returns the function that this call graph node represents.
   Function *getFunction() const { return F; }
 
   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
-  inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
+  inline iterator end() { return CalledFunctions.end(); }
   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
+  inline const_iterator end() const { return CalledFunctions.end(); }
   inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
   inline unsigned size() const { return (unsigned)CalledFunctions.size(); }
 
-  // Subscripting operator - Return the i'th called function...
-  //
+  /// \brief Returns the number of other CallGraphNodes in this CallGraph that
+  /// reference this node in their callee list.
+  unsigned getNumReferences() const { return NumReferences; }
+
+  /// \brief Returns the i'th called function.
   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
+    assert(i < CalledFunctions.size() && "Invalid index");
     return CalledFunctions[i].second;
   }
 
-  /// dump - Print out this call graph node.
-  ///
+  /// \brief Print out this call graph node.
   void dump() const;
-  void print(std::ostream &OS) const;
-  void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
+  void print(raw_ostream &OS) const;
 
   //===---------------------------------------------------------------------
   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
   // modified
   //
 
-  /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
-  /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
+  /// \brief Removes all edges from this CallGraphNode to any functions it
+  /// calls.
   void removeAllCalledFunctions() {
-    CalledFunctions.clear();
+    while (!CalledFunctions.empty()) {
+      CalledFunctions.back().second->DropRef();
+      CalledFunctions.pop_back();
+    }
+  }
+
+  /// \brief Moves all the callee information from N to this node.
+  void stealCalledFunctionsFrom(CallGraphNode *N) {
+    assert(CalledFunctions.empty() &&
+           "Cannot steal callsite information if I already have some");
+    std::swap(CalledFunctions, N->CalledFunctions);
+  }
+
+  /// \brief Adds a function to the list of functions called by this one.
+  void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
+    assert(!CS.getInstruction() || !CS.getCalledFunction() ||
+           !CS.getCalledFunction()->isIntrinsic());
+    CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS.getInstruction(), M));
+    M->AddRef();
   }
 
-  /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
-  /// one.
-  void addCalledFunction(CallSite cs, CallGraphNode *M) {
-    CalledFunctions.push_back(std::make_pair(cs, M));
+  void removeCallEdge(iterator I) {
+    I->second->DropRef();
+    *I = CalledFunctions.back();
+    CalledFunctions.pop_back();
   }
 
-  /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
-  /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
-  /// used sparingly.
-  void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
-
-  /// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
-  /// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
-  /// should be used sparingly.
-  void removeCallEdgeFor(CallSite cs);
-  
-  /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
-  /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
-  /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
+  /// \brief Removes the edge in the node for the specified call site.
+  ///
+  /// Note that this method takes linear time, so it should be used sparingly.
+  void removeCallEdgeFor(CallSite CS);
+
+  /// \brief Removes all call edges from this node to the specified callee
+  /// function.
+  ///
+  /// This takes more time to execute than removeCallEdgeTo, so it should not
+  /// be used unless necessary.
   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
 
-  friend class CallGraph;
+  /// \brief Removes one edge associated with a null callsite from this node to
+  /// the specified callee function.
+  void removeOneAbstractEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
 
-  // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
-  inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
+  /// \brief Replaces the edge in the node for the specified call site with a
+  /// new one.
+  ///
+  /// Note that this method takes linear time, so it should be used sparingly.
+  void replaceCallEdge(CallSite CS, CallSite NewCS, CallGraphNode *NewNode);
+
+  /// \brief A special function that should only be used by the CallGraph class.
+  //
+  // FIXME: Make this private?
+  void allReferencesDropped() { NumReferences = 0; }
 };
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
@@ -248,68 +309,68 @@ public:
 
 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
 // traversals.
-template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
+template <> struct GraphTraits<CallGraphNode *> {
   typedef CallGraphNode NodeType;
 
-  typedef std::pair<CallSite, CallGraphNode*> CGNPairTy;
-  typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
-  
+  typedef CallGraphNode::CallRecord CGNPairTy;
+  typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode *>
+  CGNDerefFun;
+
   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
-  
+
   typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
-  
+
   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
     return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
   }
-  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
+  static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
     return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
   }
-  
-  static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
-    return P.second;
-  }
-  
+
+  static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) { return P.second; }
 };
 
-template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode *> {
   typedef const CallGraphNode NodeType;
   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
 
   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
-  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
-  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
+  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
+    return N->begin();
+  }
+  static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) { return N->end(); }
 };
 
-template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
+template <>
+struct GraphTraits<CallGraph *> : public GraphTraits<CallGraphNode *> {
   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
-    return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
+    return CGN->getExternalCallingNode(); // Start at the external node!
   }
-  typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
-  typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
+  typedef std::pair<const Function *, CallGraphNode *> PairTy;
+  typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode &> DerefFun;
 
   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
   }
-  static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
+  static nodes_iterator nodes_end(CallGraph *CG) {
     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
   }
 
-  static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
-    return *P.second;
-  }
+  static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) { return *P.second; }
 };
 
-template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
-  public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+template <>
+struct GraphTraits<const CallGraph *> : public GraphTraits<
+                                            const CallGraphNode *> {
   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
     return CGN->getExternalCallingNode();
   }
   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
-  static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
+  static nodes_iterator nodes_end(const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
 };
 
 } // End llvm namespace