[PM/AA] Have memdep explicitly get and use TargetLibraryInfo rather than
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / MemoryDependenceAnalysis.h
index ffc675837aeb1d58b7469ec79f5c1d6af8d10933..4d3ef5db3eeffafbcd7c10caa6f096c21089e8cb 100644 (file)
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#ifndef LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
-#define LLVM_ANALYSIS_MEMORY_DEPENDENCE_H
+#ifndef LLVM_ANALYSIS_MEMORYDEPENDENCEANALYSIS_H
+#define LLVM_ANALYSIS_MEMORYDEPENDENCEANALYSIS_H
 
-#include "llvm/Pass.h"
-#include "llvm/Support/CallSite.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
+#include "llvm/IR/BasicBlock.h"
+#include "llvm/IR/PredIteratorCache.h"
+#include "llvm/IR/ValueHandle.h"
+#include "llvm/Pass.h"
 
 namespace llvm {
   class Function;
   class FunctionPass;
   class Instruction;
+  class CallSite;
+  class AliasAnalysis;
+  class AssumptionCache;
+  class MemoryDependenceAnalysis;
+  class PredIteratorCache;
+  class DominatorTree;
+  class PHITransAddr;
+
+  /// MemDepResult - A memory dependence query can return one of three different
+  /// answers, described below.
+  class MemDepResult {
+    enum DepType {
+      /// Invalid - Clients of MemDep never see this.
+      Invalid = 0,
+
+      /// Clobber - This is a dependence on the specified instruction which
+      /// clobbers the desired value.  The pointer member of the MemDepResult
+      /// pair holds the instruction that clobbers the memory.  For example,
+      /// this occurs when we see a may-aliased store to the memory location we
+      /// care about.
+      ///
+      /// There are several cases that may be interesting here:
+      ///   1. Loads are clobbered by may-alias stores.
+      ///   2. Loads are considered clobbered by partially-aliased loads.  The
+      ///      client may choose to analyze deeper into these cases.
+      Clobber,
+
+      /// Def - This is a dependence on the specified instruction which
+      /// defines/produces the desired memory location.  The pointer member of
+      /// the MemDepResult pair holds the instruction that defines the memory.
+      /// Cases of interest:
+      ///   1. This could be a load or store for dependence queries on
+      ///      load/store.  The value loaded or stored is the produced value.
+      ///      Note that the pointer operand may be different than that of the
+      ///      queried pointer due to must aliases and phi translation.  Note
+      ///      that the def may not be the same type as the query, the pointers
+      ///      may just be must aliases.
+      ///   2. For loads and stores, this could be an allocation instruction. In
+      ///      this case, the load is loading an undef value or a store is the
+      ///      first store to (that part of) the allocation.
+      ///   3. Dependence queries on calls return Def only when they are
+      ///      readonly calls or memory use intrinsics with identical callees
+      ///      and no intervening clobbers.  No validation is done that the
+      ///      operands to the calls are the same.
+      Def,
+
+      /// Other - This marker indicates that the query has no known dependency
+      /// in the specified block.  More detailed state info is encoded in the
+      /// upper part of the pair (i.e. the Instruction*)
+      Other
+    };
+    /// If DepType is "Other", the upper part of the pair
+    /// (i.e. the Instruction* part) is instead used to encode more detailed
+    /// type information as follows
+    enum OtherType {
+      /// NonLocal - This marker indicates that the query has no dependency in
+      /// the specified block.  To find out more, the client should query other
+      /// predecessor blocks.
+      NonLocal = 0x4,
+      /// NonFuncLocal - This marker indicates that the query has no
+      /// dependency in the specified function.
+      NonFuncLocal = 0x8,
+      /// Unknown - This marker indicates that the query dependency
+      /// is unknown.
+      Unknown = 0xc
+    };
+
+    typedef PointerIntPair<Instruction*, 2, DepType> PairTy;
+    PairTy Value;
+    explicit MemDepResult(PairTy V) : Value(V) {}
+  public:
+    MemDepResult() : Value(nullptr, Invalid) {}
+
+    /// get methods: These are static ctor methods for creating various
+    /// MemDepResult kinds.
+    static MemDepResult getDef(Instruction *Inst) {
+      assert(Inst && "Def requires inst");
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Def));
+    }
+    static MemDepResult getClobber(Instruction *Inst) {
+      assert(Inst && "Clobber requires inst");
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Clobber));
+    }
+    static MemDepResult getNonLocal() {
+      return MemDepResult(
+        PairTy(reinterpret_cast<Instruction*>(NonLocal), Other));
+    }
+    static MemDepResult getNonFuncLocal() {
+      return MemDepResult(
+        PairTy(reinterpret_cast<Instruction*>(NonFuncLocal), Other));
+    }
+    static MemDepResult getUnknown() {
+      return MemDepResult(
+        PairTy(reinterpret_cast<Instruction*>(Unknown), Other));
+    }
+
+    /// isClobber - Return true if this MemDepResult represents a query that is
+    /// an instruction clobber dependency.
+    bool isClobber() const { return Value.getInt() == Clobber; }
+
+    /// isDef - Return true if this MemDepResult represents a query that is
+    /// an instruction definition dependency.
+    bool isDef() const { return Value.getInt() == Def; }
+
+    /// isNonLocal - Return true if this MemDepResult represents a query that
+    /// is transparent to the start of the block, but where a non-local hasn't
+    /// been done.
+    bool isNonLocal() const {
+      return Value.getInt() == Other
+        && Value.getPointer() == reinterpret_cast<Instruction*>(NonLocal);
+    }
+
+    /// isNonFuncLocal - Return true if this MemDepResult represents a query
+    /// that is transparent to the start of the function.
+    bool isNonFuncLocal() const {
+      return Value.getInt() == Other
+        && Value.getPointer() == reinterpret_cast<Instruction*>(NonFuncLocal);
+    }
+
+    /// isUnknown - Return true if this MemDepResult represents a query which
+    /// cannot and/or will not be computed.
+    bool isUnknown() const {
+      return Value.getInt() == Other
+        && Value.getPointer() == reinterpret_cast<Instruction*>(Unknown);
+    }
+
+    /// getInst() - If this is a normal dependency, return the instruction that
+    /// is depended on.  Otherwise, return null.
+    Instruction *getInst() const {
+      if (Value.getInt() == Other) return nullptr;
+      return Value.getPointer();
+    }
+
+    bool operator==(const MemDepResult &M) const { return Value == M.Value; }
+    bool operator!=(const MemDepResult &M) const { return Value != M.Value; }
+    bool operator<(const MemDepResult &M) const { return Value < M.Value; }
+    bool operator>(const MemDepResult &M) const { return Value > M.Value; }
+  private:
+    friend class MemoryDependenceAnalysis;
+    /// Dirty - Entries with this marker occur in a LocalDeps map or
+    /// NonLocalDeps map when the instruction they previously referenced was
+    /// removed from MemDep.  In either case, the entry may include an
+    /// instruction pointer.  If so, the pointer is an instruction in the
+    /// block where scanning can start from, saving some work.
+    ///
+    /// In a default-constructed MemDepResult object, the type will be Dirty
+    /// and the instruction pointer will be null.
+    ///
+
+    /// isDirty - Return true if this is a MemDepResult in its dirty/invalid.
+    /// state.
+    bool isDirty() const { return Value.getInt() == Invalid; }
+
+    static MemDepResult getDirty(Instruction *Inst) {
+      return MemDepResult(PairTy(Inst, Invalid));
+    }
+  };
+
+  /// NonLocalDepEntry - This is an entry in the NonLocalDepInfo cache.  For
+  /// each BasicBlock (the BB entry) it keeps a MemDepResult.
+  class NonLocalDepEntry {
+    BasicBlock *BB;
+    MemDepResult Result;
+  public:
+    NonLocalDepEntry(BasicBlock *bb, MemDepResult result)
+      : BB(bb), Result(result) {}
+
+    // This is used for searches.
+    NonLocalDepEntry(BasicBlock *bb) : BB(bb) {}
+
+    // BB is the sort key, it can't be changed.
+    BasicBlock *getBB() const { return BB; }
+
+    void setResult(const MemDepResult &R) { Result = R; }
+
+    const MemDepResult &getResult() const { return Result; }
+
+    bool operator<(const NonLocalDepEntry &RHS) const {
+      return BB < RHS.BB;
+    }
+  };
+
+  /// NonLocalDepResult - This is a result from a NonLocal dependence query.
+  /// For each BasicBlock (the BB entry) it keeps a MemDepResult and the
+  /// (potentially phi translated) address that was live in the block.
+  class NonLocalDepResult {
+    NonLocalDepEntry Entry;
+    Value *Address;
+  public:
+    NonLocalDepResult(BasicBlock *bb, MemDepResult result, Value *address)
+      : Entry(bb, result), Address(address) {}
+
+    // BB is the sort key, it can't be changed.
+    BasicBlock *getBB() const { return Entry.getBB(); }
+
+    void setResult(const MemDepResult &R, Value *Addr) {
+      Entry.setResult(R);
+      Address = Addr;
+    }
+
+    const MemDepResult &getResult() const { return Entry.getResult(); }
+
+    /// getAddress - Return the address of this pointer in this block.  This can
+    /// be different than the address queried for the non-local result because
+    /// of phi translation.  This returns null if the address was not available
+    /// in a block (i.e. because phi translation failed) or if this is a cached
+    /// result and that address was deleted.
+    ///
+    /// The address is always null for a non-local 'call' dependence.
+    Value *getAddress() const { return Address; }
+  };
 
   /// MemoryDependenceAnalysis - This is an analysis that determines, for a
   /// given memory operation, what preceding memory operations it depends on.
   /// It builds on alias analysis information, and tries to provide a lazy,
   /// caching interface to a common kind of alias information query.
+  ///
+  /// The dependency information returned is somewhat unusual, but is pragmatic.
+  /// If queried about a store or call that might modify memory, the analysis
+  /// will return the instruction[s] that may either load from that memory or
+  /// store to it.  If queried with a load or call that can never modify memory,
+  /// the analysis will return calls and stores that might modify the pointer,
+  /// but generally does not return loads unless a) they are volatile, or
+  /// b) they load from *must-aliased* pointers.  Returning a dependence on
+  /// must-alias'd pointers instead of all pointers interacts well with the
+  /// internal caching mechanism.
+  ///
   class MemoryDependenceAnalysis : public FunctionPass {
+    // A map from instructions to their dependency.
+    typedef DenseMap<Instruction*, MemDepResult> LocalDepMapType;
+    LocalDepMapType LocalDeps;
+
+  public:
+    typedef std::vector<NonLocalDepEntry> NonLocalDepInfo;
   private:
-    // A map from instructions to their dependency, with a boolean
-    // flags for whether this mapping is confirmed or not
-    typedef DenseMap<Instruction*, std::pair<Instruction*, bool> > 
-            depMapType;
-    depMapType depGraphLocal;
+    /// ValueIsLoadPair - This is a pair<Value*, bool> where the bool is true if
+    /// the dependence is a read only dependence, false if read/write.
+    typedef PointerIntPair<const Value*, 1, bool> ValueIsLoadPair;
+
+    /// BBSkipFirstBlockPair - This pair is used when caching information for a
+    /// block.  If the pointer is null, the cache value is not a full query that
+    /// starts at the specified block.  If non-null, the bool indicates whether
+    /// or not the contents of the block was skipped.
+    typedef PointerIntPair<BasicBlock*, 1, bool> BBSkipFirstBlockPair;
+
+    /// NonLocalPointerInfo - This record is the information kept for each
+    /// (value, is load) pair.
+    struct NonLocalPointerInfo {
+      /// Pair - The pair of the block and the skip-first-block flag.
+      BBSkipFirstBlockPair Pair;
+      /// NonLocalDeps - The results of the query for each relevant block.
+      NonLocalDepInfo NonLocalDeps;
+      /// Size - The maximum size of the dereferences of the
+      /// pointer. May be UnknownSize if the sizes are unknown.
+      uint64_t Size;
+      /// AATags - The AA tags associated with dereferences of the
+      /// pointer. The members may be null if there are no tags or
+      /// conflicting tags.
+      AAMDNodes AATags;
+
+      NonLocalPointerInfo() : Size(MemoryLocation::UnknownSize) {}
+    };
+
+    /// CachedNonLocalPointerInfo - This map stores the cached results of doing
+    /// a pointer lookup at the bottom of a block.  The key of this map is the
+    /// pointer+isload bit, the value is a list of <bb->result> mappings.
+    typedef DenseMap<ValueIsLoadPair,
+                     NonLocalPointerInfo> CachedNonLocalPointerInfo;
+    CachedNonLocalPointerInfo NonLocalPointerDeps;
+
+    // A map from instructions to their non-local pointer dependencies.
+    typedef DenseMap<Instruction*,
+                     SmallPtrSet<ValueIsLoadPair, 4> > ReverseNonLocalPtrDepTy;
+    ReverseNonLocalPtrDepTy ReverseNonLocalPtrDeps;
+
+
+    /// PerInstNLInfo - This is the instruction we keep for each cached access
+    /// that we have for an instruction.  The pointer is an owning pointer and
+    /// the bool indicates whether we have any dirty bits in the set.
+    typedef std::pair<NonLocalDepInfo, bool> PerInstNLInfo;
 
     // A map from instructions to their non-local dependencies.
-    typedef DenseMap<Instruction*, DenseMap<BasicBlock*, Value*> >
-            nonLocalDepMapType;
-    nonLocalDepMapType depGraphNonLocal;
-    
-    // A reverse mapping form dependencies to the dependees.  This is
+    typedef DenseMap<Instruction*, PerInstNLInfo> NonLocalDepMapType;
+
+    NonLocalDepMapType NonLocalDeps;
+
+    // A reverse mapping from dependencies to the dependees.  This is
     // used when removing instructions to keep the cache coherent.
-    typedef DenseMap<Value*, SmallPtrSet<Instruction*, 4> >
-            reverseDepMapType;
-    reverseDepMapType reverseDep;
-    
-    // A reverse mapping form dependencies to the non-local dependees.
-    reverseDepMapType reverseDepNonLocal;
-    
+    typedef DenseMap<Instruction*,
+                     SmallPtrSet<Instruction*, 4> > ReverseDepMapType;
+    ReverseDepMapType ReverseLocalDeps;
+
+    // A reverse mapping from dependencies to the non-local dependees.
+    ReverseDepMapType ReverseNonLocalDeps;
+
+    /// Current AA implementation, just a cache.
+    AliasAnalysis *AA;
+    DominatorTree *DT;
+    AssumptionCache *AC;
+    const TargetLibraryInfo *TLI;
+    PredIteratorCache PredCache;
+
   public:
-    // Special marker indicating that the query has no dependency
-    // in the specified block.
-    static Instruction* const NonLocal;
-    
-    // Special marker indicating that the query has no dependency at all
-    static Instruction* const None;
-    
-    // Special marker indicating a dirty cache entry
-    static Instruction* const Dirty;
-    
-    static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
-    MemoryDependenceAnalysis() : FunctionPass(&ID) {}
-
-    /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis.
-    ///
-    bool runOnFunction(Function &) {return false; }
-    
+    MemoryDependenceAnalysis();
+    ~MemoryDependenceAnalysis() override;
+    static char ID;
+
+    /// Pass Implementation stuff.  This doesn't do any analysis eagerly.
+    bool runOnFunction(Function &) override;
+
     /// Clean up memory in between runs
-    void releaseMemory() {
-      depGraphLocal.clear();
-      depGraphNonLocal.clear();
-      reverseDep.clear();
-      reverseDepNonLocal.clear();
-    }
+    void releaseMemory() override;
 
     /// getAnalysisUsage - Does not modify anything.  It uses Value Numbering
     /// and Alias Analysis.
     ///
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
-    
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
+
     /// getDependency - Return the instruction on which a memory operation
-    /// depends, starting with start.
-    Instruction* getDependency(Instruction* query, Instruction* start = 0,
-                               BasicBlock* block = 0);
-    
-    /// getNonLocalDependency - Fills the passed-in map with the non-local 
-    /// dependencies of the queries.  The map will contain NonLocal for
-    /// blocks between the query and its dependencies.
-    void getNonLocalDependency(Instruction* query,
-                               DenseMap<BasicBlock*, Value*>& resp);
-    
+    /// depends.  See the class comment for more details.  It is illegal to call
+    /// this on non-memory instructions.
+    MemDepResult getDependency(Instruction *QueryInst);
+
+    /// getNonLocalCallDependency - Perform a full dependency query for the
+    /// specified call, returning the set of blocks that the value is
+    /// potentially live across.  The returned set of results will include a
+    /// "NonLocal" result for all blocks where the value is live across.
+    ///
+    /// This method assumes the instruction returns a "NonLocal" dependency
+    /// within its own block.
+    ///
+    /// This returns a reference to an internal data structure that may be
+    /// invalidated on the next non-local query or when an instruction is
+    /// removed.  Clients must copy this data if they want it around longer than
+    /// that.
+    const NonLocalDepInfo &getNonLocalCallDependency(CallSite QueryCS);
+
+
+    /// getNonLocalPointerDependency - Perform a full dependency query for an
+    /// access to the QueryInst's specified memory location, returning the set
+    /// of instructions that either define or clobber the value.
+    ///
+    /// Warning: For a volatile query instruction, the dependencies will be
+    /// accurate, and thus usable for reordering, but it is never legal to
+    /// remove the query instruction.  
+    ///
+    /// This method assumes the pointer has a "NonLocal" dependency within
+    /// QueryInst's parent basic block.
+    void getNonLocalPointerDependency(Instruction *QueryInst,
+                                    SmallVectorImpl<NonLocalDepResult> &Result);
+
     /// removeInstruction - Remove an instruction from the dependence analysis,
     /// updating the dependence of instructions that previously depended on it.
-    void removeInstruction(Instruction* rem);
-    
-    /// dropInstruction - Remove an instruction from the analysis, making 
-    /// absolutely conservative assumptions when updating the cache.  This is
-    /// useful, for example when an instruction is changed rather than removed.
-    void dropInstruction(Instruction* drop);
-    
+    void removeInstruction(Instruction *InstToRemove);
+
+    /// invalidateCachedPointerInfo - This method is used to invalidate cached
+    /// information about the specified pointer, because it may be too
+    /// conservative in memdep.  This is an optional call that can be used when
+    /// the client detects an equivalence between the pointer and some other
+    /// value and replaces the other value with ptr. This can make Ptr available
+    /// in more places that cached info does not necessarily keep.
+    void invalidateCachedPointerInfo(Value *Ptr);
+
+    /// invalidateCachedPredecessors - Clear the PredIteratorCache info.
+    /// This needs to be done when the CFG changes, e.g., due to splitting
+    /// critical edges.
+    void invalidateCachedPredecessors();
+
+    /// getPointerDependencyFrom - Return the instruction on which a memory
+    /// location depends.  If isLoad is true, this routine ignores may-aliases
+    /// with read-only operations.  If isLoad is false, this routine ignores
+    /// may-aliases with reads from read-only locations. If possible, pass
+    /// the query instruction as well; this function may take advantage of 
+    /// the metadata annotated to the query instruction to refine the result.
+    ///
+    /// Note that this is an uncached query, and thus may be inefficient.
+    ///
+    MemDepResult getPointerDependencyFrom(const MemoryLocation &Loc,
+                                          bool isLoad,
+                                          BasicBlock::iterator ScanIt,
+                                          BasicBlock *BB,
+                                          Instruction *QueryInst = nullptr);
+
+    /// getLoadLoadClobberFullWidthSize - This is a little bit of analysis that
+    /// looks at a memory location for a load (specified by MemLocBase, Offs,
+    /// and Size) and compares it against a load.  If the specified load could
+    /// be safely widened to a larger integer load that is 1) still efficient,
+    /// 2) safe for the target, and 3) would provide the specified memory
+    /// location value, then this function returns the size in bytes of the
+    /// load width to use.  If not, this returns zero.
+    static unsigned getLoadLoadClobberFullWidthSize(const Value *MemLocBase,
+                                                    int64_t MemLocOffs,
+                                                    unsigned MemLocSize,
+                                                    const LoadInst *LI);
+
   private:
+    MemDepResult getCallSiteDependencyFrom(CallSite C, bool isReadOnlyCall,
+                                           BasicBlock::iterator ScanIt,
+                                           BasicBlock *BB);
+    bool getNonLocalPointerDepFromBB(Instruction *QueryInst,
+                                     const PHITransAddr &Pointer,
+                                     const MemoryLocation &Loc, bool isLoad,
+                                     BasicBlock *BB,
+                                     SmallVectorImpl<NonLocalDepResult> &Result,
+                                     DenseMap<BasicBlock *, Value *> &Visited,
+                                     bool SkipFirstBlock = false);
+    MemDepResult GetNonLocalInfoForBlock(Instruction *QueryInst,
+                                         const MemoryLocation &Loc, bool isLoad,
+                                         BasicBlock *BB, NonLocalDepInfo *Cache,
+                                         unsigned NumSortedEntries);
+
+    void RemoveCachedNonLocalPointerDependencies(ValueIsLoadPair P);
+
     /// verifyRemoved - Verify that the specified instruction does not occur
     /// in our internal data structures.
     void verifyRemoved(Instruction *Inst) const;
-    
-    Instruction* getCallSiteDependency(CallSite C, Instruction* start,
-                                       BasicBlock* block);
-    void nonLocalHelper(Instruction* query, BasicBlock* block,
-                        DenseMap<BasicBlock*, Value*>& resp);
+
   };
 
 } // End llvm namespace