[C++11] More 'nullptr' conversion or in some cases just using a boolean check instead...
[oota-llvm.git] / include / llvm / IR / PassManager.h
index aeadd41c0680dc52891a98e588b285723bf1ee65..9575e12edb8eda1ed492fd91e0fefda02c0413a5 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-//===- PassManager.h - LegacyContainer for Passes --------------*- C++ -*-===//
+//===- PassManager.h - Pass management infrastructure -----------*- C++ -*-===//
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
 ///   a Function.
 /// * ModulePassManager must be directly run, runs each pass over the Module.
 ///
+/// Note that the implementations of the pass managers use concept-based
+/// polymorphism as outlined in the "Value Semantics and Concept-based
+/// Polymorphism" talk (or its abbreviated sibling "Inheritance Is The Base
+/// Class of Evil") by Sean Parent:
+/// * http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations
+/// * http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8
+/// * http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil
+///
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#include "llvm/ADT/polymorphic_ptr.h"
+#ifndef LLVM_IR_PASS_MANAGER_H
+#define LLVM_IR_PASS_MANAGER_H
+
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/IR/Function.h"
 #include "llvm/IR/Module.h"
+#include "llvm/Support/type_traits.h"
+#include <list>
+#include <memory>
 #include <vector>
 
 namespace llvm {
@@ -36,83 +53,982 @@ namespace llvm {
 class Module;
 class Function;
 
+/// \brief An abstract set of preserved analyses following a transformation pass
+/// run.
+///
+/// When a transformation pass is run, it can return a set of analyses whose
+/// results were preserved by that transformation. The default set is "none",
+/// and preserving analyses must be done explicitly.
+///
+/// There is also an explicit all state which can be used (for example) when
+/// the IR is not mutated at all.
+class PreservedAnalyses {
+public:
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  PreservedAnalyses() {}
+  PreservedAnalyses(const PreservedAnalyses &Arg)
+      : PreservedPassIDs(Arg.PreservedPassIDs) {}
+  PreservedAnalyses(PreservedAnalyses &&Arg)
+      : PreservedPassIDs(std::move(Arg.PreservedPassIDs)) {}
+  friend void swap(PreservedAnalyses &LHS, PreservedAnalyses &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.PreservedPassIDs, RHS.PreservedPassIDs);
+  }
+  PreservedAnalyses &operator=(PreservedAnalyses RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Convenience factory function for the empty preserved set.
+  static PreservedAnalyses none() { return PreservedAnalyses(); }
+
+  /// \brief Construct a special preserved set that preserves all passes.
+  static PreservedAnalyses all() {
+    PreservedAnalyses PA;
+    PA.PreservedPassIDs.insert((void *)AllPassesID);
+    return PA;
+  }
+
+  /// \brief Mark a particular pass as preserved, adding it to the set.
+  template <typename PassT> void preserve() {
+    if (!areAllPreserved())
+      PreservedPassIDs.insert(PassT::ID());
+  }
+
+  /// \brief Intersect this set with another in place.
+  ///
+  /// This is a mutating operation on this preserved set, removing all
+  /// preserved passes which are not also preserved in the argument.
+  void intersect(const PreservedAnalyses &Arg) {
+    if (Arg.areAllPreserved())
+      return;
+    if (areAllPreserved()) {
+      PreservedPassIDs = Arg.PreservedPassIDs;
+      return;
+    }
+    for (SmallPtrSet<void *, 2>::const_iterator I = PreservedPassIDs.begin(),
+                                                E = PreservedPassIDs.end();
+         I != E; ++I)
+      if (!Arg.PreservedPassIDs.count(*I))
+        PreservedPassIDs.erase(*I);
+  }
+
+  /// \brief Intersect this set with a temporary other set in place.
+  ///
+  /// This is a mutating operation on this preserved set, removing all
+  /// preserved passes which are not also preserved in the argument.
+  void intersect(PreservedAnalyses &&Arg) {
+    if (Arg.areAllPreserved())
+      return;
+    if (areAllPreserved()) {
+      PreservedPassIDs = std::move(Arg.PreservedPassIDs);
+      return;
+    }
+    for (SmallPtrSet<void *, 2>::const_iterator I = PreservedPassIDs.begin(),
+                                                E = PreservedPassIDs.end();
+         I != E; ++I)
+      if (!Arg.PreservedPassIDs.count(*I))
+        PreservedPassIDs.erase(*I);
+  }
+
+  /// \brief Query whether a pass is marked as preserved by this set.
+  template <typename PassT> bool preserved() const {
+    return preserved(PassT::ID());
+  }
+
+  /// \brief Query whether an abstract pass ID is marked as preserved by this
+  /// set.
+  bool preserved(void *PassID) const {
+    return PreservedPassIDs.count((void *)AllPassesID) ||
+           PreservedPassIDs.count(PassID);
+  }
+
+private:
+  // Note that this must not be -1 or -2 as those are already used by the
+  // SmallPtrSet.
+  static const uintptr_t AllPassesID = (intptr_t)(-3);
+
+  bool areAllPreserved() const {
+    return PreservedPassIDs.count((void *)AllPassesID);
+  }
+
+  SmallPtrSet<void *, 2> PreservedPassIDs;
+};
+
 /// \brief Implementation details of the pass manager interfaces.
 namespace detail {
 
 /// \brief Template for the abstract base class used to dispatch
 /// polymorphically over pass objects.
-template <typename T> struct PassConcept {
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT> struct PassConcept {
   // Boiler plate necessary for the container of derived classes.
   virtual ~PassConcept() {}
-  virtual PassConcept *clone() = 0;
 
   /// \brief The polymorphic API which runs the pass over a given IR entity.
-  virtual bool run(T Arg) = 0;
+  ///
+  /// Note that actual pass object can omit the analysis manager argument if
+  /// desired. Also that the analysis manager may be null if there is no
+  /// analysis manager in the pass pipeline.
+  virtual PreservedAnalyses run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *AM) = 0;
+
+  /// \brief Polymorphic method to access the name of a pass.
+  virtual StringRef name() = 0;
+};
+
+/// \brief SFINAE metafunction for computing whether \c PassT has a run method
+/// accepting an \c AnalysisManagerT.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT,
+          typename ResultT>
+class PassRunAcceptsAnalysisManager {
+  typedef char SmallType;
+  struct BigType {
+    char a, b;
+  };
+
+  template <typename T, ResultT (T::*)(IRUnitT, AnalysisManagerT *)>
+  struct Checker;
+
+  template <typename T> static SmallType f(Checker<T, &T::run> *);
+  template <typename T> static BigType f(...);
+
+public:
+  enum { Value = sizeof(f<PassT>(0)) == sizeof(SmallType) };
 };
 
 /// \brief A template wrapper used to implement the polymorphic API.
 ///
-/// Can be instantiated for any object which provides a \c run method
-/// accepting a \c T. It requires the pass to be a copyable
-/// object.
-template <typename T, typename PassT> struct PassModel : PassConcept<T> {
-  PassModel(PassT Pass) : Pass(llvm_move(Pass)) {}
-  virtual PassModel *clone() { return new PassModel(Pass); }
-  virtual bool run(T Arg) { return Pass.run(Arg); }
+/// Can be instantiated for any object which provides a \c run method accepting
+/// an \c IRUnitT. It requires the pass to be a copyable object. When the
+/// \c run method also accepts an \c AnalysisManagerT*, we pass it along.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT,
+          bool AcceptsAnalysisManager = PassRunAcceptsAnalysisManager<
+              IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, PreservedAnalyses>::Value>
+struct PassModel;
+
+/// \brief Specialization of \c PassModel for passes that accept an analyis
+/// manager.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT>
+struct PassModel<IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, true>
+    : PassConcept<IRUnitT, AnalysisManagerT> {
+  explicit PassModel(PassT Pass) : Pass(std::move(Pass)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  PassModel(const PassModel &Arg) : Pass(Arg.Pass) {}
+  PassModel(PassModel &&Arg) : Pass(std::move(Arg.Pass)) {}
+  friend void swap(PassModel &LHS, PassModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Pass, RHS.Pass);
+  }
+  PassModel &operator=(PassModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  PreservedAnalyses run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *AM) override {
+    return Pass.run(IR, AM);
+  }
+  StringRef name() override { return PassT::name(); }
   PassT Pass;
 };
 
-}
+/// \brief Specialization of \c PassModel for passes that accept an analyis
+/// manager.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT>
+struct PassModel<IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, false>
+    : PassConcept<IRUnitT, AnalysisManagerT> {
+  explicit PassModel(PassT Pass) : Pass(std::move(Pass)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  PassModel(const PassModel &Arg) : Pass(Arg.Pass) {}
+  PassModel(PassModel &&Arg) : Pass(std::move(Arg.Pass)) {}
+  friend void swap(PassModel &LHS, PassModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Pass, RHS.Pass);
+  }
+  PassModel &operator=(PassModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  PreservedAnalyses run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *AM) override {
+    return Pass.run(IR);
+  }
+  StringRef name() override { return PassT::name(); }
+  PassT Pass;
+};
+
+/// \brief Abstract concept of an analysis result.
+///
+/// This concept is parameterized over the IR unit that this result pertains
+/// to.
+template <typename IRUnitT> struct AnalysisResultConcept {
+  virtual ~AnalysisResultConcept() {}
+
+  /// \brief Method to try and mark a result as invalid.
+  ///
+  /// When the outer analysis manager detects a change in some underlying
+  /// unit of the IR, it will call this method on all of the results cached.
+  ///
+  /// This method also receives a set of preserved analyses which can be used
+  /// to avoid invalidation because the pass which changed the underlying IR
+  /// took care to update or preserve the analysis result in some way.
+  ///
+  /// \returns true if the result is indeed invalid (the default).
+  virtual bool invalidate(IRUnitT IR, const PreservedAnalyses &PA) = 0;
+};
+
+/// \brief SFINAE metafunction for computing whether \c ResultT provides an
+/// \c invalidate member function.
+template <typename IRUnitT, typename ResultT> class ResultHasInvalidateMethod {
+  typedef char SmallType;
+  struct BigType {
+    char a, b;
+  };
+
+  template <typename T, bool (T::*)(IRUnitT, const PreservedAnalyses &)>
+  struct Checker;
+
+  template <typename T> static SmallType f(Checker<T, &T::invalidate> *);
+  template <typename T> static BigType f(...);
+
+public:
+  enum { Value = sizeof(f<ResultT>(0)) == sizeof(SmallType) };
+};
+
+/// \brief Wrapper to model the analysis result concept.
+///
+/// By default, this will implement the invalidate method with a trivial
+/// implementation so that the actual analysis result doesn't need to provide
+/// an invalidation handler. It is only selected when the invalidation handler
+/// is not part of the ResultT's interface.
+template <typename IRUnitT, typename PassT, typename ResultT,
+          bool HasInvalidateHandler =
+              ResultHasInvalidateMethod<IRUnitT, ResultT>::Value>
+struct AnalysisResultModel;
+
+/// \brief Specialization of \c AnalysisResultModel which provides the default
+/// invalidate functionality.
+template <typename IRUnitT, typename PassT, typename ResultT>
+struct AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, ResultT, false>
+    : AnalysisResultConcept<IRUnitT> {
+  explicit AnalysisResultModel(ResultT Result) : Result(std::move(Result)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  AnalysisResultModel(const AnalysisResultModel &Arg) : Result(Arg.Result) {}
+  AnalysisResultModel(AnalysisResultModel &&Arg)
+      : Result(std::move(Arg.Result)) {}
+  friend void swap(AnalysisResultModel &LHS, AnalysisResultModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Result, RHS.Result);
+  }
+  AnalysisResultModel &operator=(AnalysisResultModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief The model bases invalidation solely on being in the preserved set.
+  //
+  // FIXME: We should actually use two different concepts for analysis results
+  // rather than two different models, and avoid the indirect function call for
+  // ones that use the trivial behavior.
+  bool invalidate(IRUnitT, const PreservedAnalyses &PA) override {
+    return !PA.preserved(PassT::ID());
+  }
+
+  ResultT Result;
+};
+
+/// \brief Specialization of \c AnalysisResultModel which delegates invalidate
+/// handling to \c ResultT.
+template <typename IRUnitT, typename PassT, typename ResultT>
+struct AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, ResultT, true>
+    : AnalysisResultConcept<IRUnitT> {
+  explicit AnalysisResultModel(ResultT Result) : Result(std::move(Result)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  AnalysisResultModel(const AnalysisResultModel &Arg) : Result(Arg.Result) {}
+  AnalysisResultModel(AnalysisResultModel &&Arg)
+      : Result(std::move(Arg.Result)) {}
+  friend void swap(AnalysisResultModel &LHS, AnalysisResultModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Result, RHS.Result);
+  }
+  AnalysisResultModel &operator=(AnalysisResultModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief The model delegates to the \c ResultT method.
+  bool invalidate(IRUnitT IR, const PreservedAnalyses &PA) override {
+    return Result.invalidate(IR, PA);
+  }
+
+  ResultT Result;
+};
+
+/// \brief Abstract concept of an analysis pass.
+///
+/// This concept is parameterized over the IR unit that it can run over and
+/// produce an analysis result.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT>
+struct AnalysisPassConcept {
+  virtual ~AnalysisPassConcept() {}
+
+  /// \brief Method to run this analysis over a unit of IR.
+  /// \returns A unique_ptr to the analysis result object to be queried by
+  /// users.
+  virtual std::unique_ptr<AnalysisResultConcept<IRUnitT>>
+  run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *AM) = 0;
+};
+
+/// \brief Wrapper to model the analysis pass concept.
+///
+/// Can wrap any type which implements a suitable \c run method. The method
+/// must accept the IRUnitT as an argument and produce an object which can be
+/// wrapped in a \c AnalysisResultModel.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT,
+          bool AcceptsAnalysisManager = PassRunAcceptsAnalysisManager<
+              IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, typename PassT::Result>::Value>
+struct AnalysisPassModel;
+
+/// \brief Specialization of \c AnalysisPassModel which passes an
+/// \c AnalysisManager to PassT's run method.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT>
+struct AnalysisPassModel<IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, true>
+    : AnalysisPassConcept<IRUnitT, AnalysisManagerT> {
+  explicit AnalysisPassModel(PassT Pass) : Pass(std::move(Pass)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  AnalysisPassModel(const AnalysisPassModel &Arg) : Pass(Arg.Pass) {}
+  AnalysisPassModel(AnalysisPassModel &&Arg) : Pass(std::move(Arg.Pass)) {}
+  friend void swap(AnalysisPassModel &LHS, AnalysisPassModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Pass, RHS.Pass);
+  }
+  AnalysisPassModel &operator=(AnalysisPassModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  // FIXME: Replace PassT::Result with type traits when we use C++11.
+  typedef AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, typename PassT::Result>
+      ResultModelT;
+
+  /// \brief The model delegates to the \c PassT::run method.
+  ///
+  /// The return is wrapped in an \c AnalysisResultModel.
+  std::unique_ptr<AnalysisResultConcept<IRUnitT>>
+  run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *AM) override {
+    return make_unique<ResultModelT>(Pass.run(IR, AM));
+  }
+
+  PassT Pass;
+};
+
+/// \brief Specialization of \c AnalysisPassModel which does not pass an
+/// \c AnalysisManager to PassT's run method.
+template <typename IRUnitT, typename AnalysisManagerT, typename PassT>
+struct AnalysisPassModel<IRUnitT, AnalysisManagerT, PassT, false>
+    : AnalysisPassConcept<IRUnitT, AnalysisManagerT> {
+  explicit AnalysisPassModel(PassT Pass) : Pass(std::move(Pass)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  AnalysisPassModel(const AnalysisPassModel &Arg) : Pass(Arg.Pass) {}
+  AnalysisPassModel(AnalysisPassModel &&Arg) : Pass(std::move(Arg.Pass)) {}
+  friend void swap(AnalysisPassModel &LHS, AnalysisPassModel &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Pass, RHS.Pass);
+  }
+  AnalysisPassModel &operator=(AnalysisPassModel RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  // FIXME: Replace PassT::Result with type traits when we use C++11.
+  typedef AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, typename PassT::Result>
+      ResultModelT;
+
+  /// \brief The model delegates to the \c PassT::run method.
+  ///
+  /// The return is wrapped in an \c AnalysisResultModel.
+  std::unique_ptr<AnalysisResultConcept<IRUnitT>>
+  run(IRUnitT IR, AnalysisManagerT *) override {
+    return make_unique<ResultModelT>(Pass.run(IR));
+  }
+
+  PassT Pass;
+};
+
+} // End namespace detail
+
+class ModuleAnalysisManager;
 
 class ModulePassManager {
 public:
-  ModulePassManager(Module *M) : M(M) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  ModulePassManager() {}
+  ModulePassManager(ModulePassManager &&Arg) : Passes(std::move(Arg.Passes)) {}
+  ModulePassManager &operator=(ModulePassManager &&RHS) {
+    Passes = std::move(RHS.Passes);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Run all of the module passes in this module pass manager over
+  /// a module.
+  ///
+  /// This method should only be called for a single module as there is the
+  /// expectation that the lifetime of a pass is bounded to that of a module.
+  PreservedAnalyses run(Module *M, ModuleAnalysisManager *AM = nullptr);
 
   template <typename ModulePassT> void addPass(ModulePassT Pass) {
-    Passes.push_back(new ModulePassModel<ModulePassT>(llvm_move(Pass)));
+    Passes.emplace_back(new ModulePassModel<ModulePassT>(std::move(Pass)));
   }
 
-  void run() {
-    for (unsigned Idx = 0, Size = Passes.size(); Idx != Size; ++Idx)
-      Passes[Idx]->run(M);
-  }
+  static StringRef name() { return "ModulePassManager"; }
 
 private:
   // Pull in the concept type and model template specialized for modules.
-  typedef detail::PassConcept<Module *> ModulePassConcept;
+  typedef detail::PassConcept<Module *, ModuleAnalysisManager>
+  ModulePassConcept;
   template <typename PassT>
-  struct ModulePassModel : detail::PassModel<Module *, PassT> {
-    ModulePassModel(PassT Pass) : detail::PassModel<Module *, PassT>(Pass) {}
+  struct ModulePassModel
+      : detail::PassModel<Module *, ModuleAnalysisManager, PassT> {
+    ModulePassModel(PassT Pass)
+        : detail::PassModel<Module *, ModuleAnalysisManager, PassT>(
+              std::move(Pass)) {}
   };
 
-  Module *M;
-  std::vector<polymorphic_ptr<ModulePassConcept> > Passes;
+  ModulePassManager(const ModulePassManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ModulePassManager &operator=(const ModulePassManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  std::vector<std::unique_ptr<ModulePassConcept>> Passes;
 };
 
+class FunctionAnalysisManager;
+
 class FunctionPassManager {
 public:
-  template <typename FunctionPassT> void addPass(FunctionPassT Pass) {
-    Passes.push_back(new FunctionPassModel<FunctionPassT>(llvm_move(Pass)));
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  FunctionPassManager() {}
+  FunctionPassManager(FunctionPassManager &&Arg)
+      : Passes(std::move(Arg.Passes)) {}
+  FunctionPassManager &operator=(FunctionPassManager &&RHS) {
+    Passes = std::move(RHS.Passes);
+    return *this;
   }
 
-  bool run(Module *M) {
-    bool Changed = false;
-    for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
-      for (unsigned Idx = 0, Size = Passes.size(); Idx != Size; ++Idx)
-        Changed |= Passes[Idx]->run(I);
-    return Changed;
+  template <typename FunctionPassT> void addPass(FunctionPassT Pass) {
+    Passes.emplace_back(new FunctionPassModel<FunctionPassT>(std::move(Pass)));
   }
 
+  PreservedAnalyses run(Function *F, FunctionAnalysisManager *AM = nullptr);
+
+  static StringRef name() { return "FunctionPassManager"; }
+
 private:
   // Pull in the concept type and model template specialized for functions.
-  typedef detail::PassConcept<Function *> FunctionPassConcept;
+  typedef detail::PassConcept<Function *, FunctionAnalysisManager>
+  FunctionPassConcept;
   template <typename PassT>
-  struct FunctionPassModel : detail::PassModel<Function *, PassT> {
+  struct FunctionPassModel
+      : detail::PassModel<Function *, FunctionAnalysisManager, PassT> {
     FunctionPassModel(PassT Pass)
-        : detail::PassModel<Function *, PassT>(Pass) {}
+        : detail::PassModel<Function *, FunctionAnalysisManager, PassT>(
+              std::move(Pass)) {}
+  };
+
+  FunctionPassManager(const FunctionPassManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  FunctionPassManager &
+  operator=(const FunctionPassManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  std::vector<std::unique_ptr<FunctionPassConcept>> Passes;
+};
+
+namespace detail {
+
+/// \brief A CRTP base used to implement analysis managers.
+///
+/// This class template serves as the boiler plate of an analysis manager. Any
+/// analysis manager can be implemented on top of this base class. Any
+/// implementation will be required to provide specific hooks:
+///
+/// - getResultImpl
+/// - getCachedResultImpl
+/// - invalidateImpl
+///
+/// The details of the call pattern are within.
+template <typename DerivedT, typename IRUnitT> class AnalysisManagerBase {
+  DerivedT *derived_this() { return static_cast<DerivedT *>(this); }
+  const DerivedT *derived_this() const {
+    return static_cast<const DerivedT *>(this);
+  }
+
+  AnalysisManagerBase(const AnalysisManagerBase &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  AnalysisManagerBase &
+  operator=(const AnalysisManagerBase &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+protected:
+  typedef detail::AnalysisResultConcept<IRUnitT> ResultConceptT;
+  typedef detail::AnalysisPassConcept<IRUnitT, DerivedT> PassConceptT;
+
+  // FIXME: Provide template aliases for the models when we're using C++11 in
+  // a mode supporting them.
+
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  AnalysisManagerBase() {}
+  AnalysisManagerBase(AnalysisManagerBase &&Arg)
+      : AnalysisPasses(std::move(Arg.AnalysisPasses)) {}
+  AnalysisManagerBase &operator=(AnalysisManagerBase &&RHS) {
+    AnalysisPasses = std::move(RHS.AnalysisPasses);
+    return *this;
+  }
+
+public:
+  /// \brief Get the result of an analysis pass for this module.
+  ///
+  /// If there is not a valid cached result in the manager already, this will
+  /// re-run the analysis to produce a valid result.
+  template <typename PassT> typename PassT::Result &getResult(IRUnitT IR) {
+    assert(AnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
+           "This analysis pass was not registered prior to being queried");
+
+    ResultConceptT &ResultConcept =
+        derived_this()->getResultImpl(PassT::ID(), IR);
+    typedef detail::AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, typename PassT::Result>
+        ResultModelT;
+    return static_cast<ResultModelT &>(ResultConcept).Result;
+  }
+
+  /// \brief Get the cached result of an analysis pass for this module.
+  ///
+  /// This method never runs the analysis.
+  ///
+  /// \returns null if there is no cached result.
+  template <typename PassT>
+  typename PassT::Result *getCachedResult(IRUnitT IR) const {
+    assert(AnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
+           "This analysis pass was not registered prior to being queried");
+
+    ResultConceptT *ResultConcept =
+        derived_this()->getCachedResultImpl(PassT::ID(), IR);
+    if (!ResultConcept)
+      return 0;
+
+    typedef detail::AnalysisResultModel<IRUnitT, PassT, typename PassT::Result>
+        ResultModelT;
+    return &static_cast<ResultModelT *>(ResultConcept)->Result;
+  }
+
+  /// \brief Register an analysis pass with the manager.
+  ///
+  /// This provides an initialized and set-up analysis pass to the analysis
+  /// manager. Whomever is setting up analysis passes must use this to populate
+  /// the manager with all of the analysis passes available.
+  template <typename PassT> void registerPass(PassT Pass) {
+    assert(!AnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
+           "Registered the same analysis pass twice!");
+    typedef detail::AnalysisPassModel<IRUnitT, DerivedT, PassT> PassModelT;
+    AnalysisPasses[PassT::ID()].reset(new PassModelT(std::move(Pass)));
+  }
+
+  /// \brief Invalidate a specific analysis pass for an IR module.
+  ///
+  /// Note that the analysis result can disregard invalidation.
+  template <typename PassT> void invalidate(Module *M) {
+    assert(AnalysisPasses.count(PassT::ID()) &&
+           "This analysis pass was not registered prior to being invalidated");
+    derived_this()->invalidateImpl(PassT::ID(), M);
+  }
+
+  /// \brief Invalidate analyses cached for an IR unit.
+  ///
+  /// Walk through all of the analyses pertaining to this unit of IR and
+  /// invalidate them unless they are preserved by the PreservedAnalyses set.
+  void invalidate(IRUnitT IR, const PreservedAnalyses &PA) {
+    derived_this()->invalidateImpl(IR, PA);
+  }
+
+protected:
+  /// \brief Lookup a registered analysis pass.
+  PassConceptT &lookupPass(void *PassID) {
+    typename AnalysisPassMapT::iterator PI = AnalysisPasses.find(PassID);
+    assert(PI != AnalysisPasses.end() &&
+           "Analysis passes must be registered prior to being queried!");
+    return *PI->second;
+  }
+
+  /// \brief Lookup a registered analysis pass.
+  const PassConceptT &lookupPass(void *PassID) const {
+    typename AnalysisPassMapT::const_iterator PI = AnalysisPasses.find(PassID);
+    assert(PI != AnalysisPasses.end() &&
+           "Analysis passes must be registered prior to being queried!");
+    return *PI->second;
+  }
+
+private:
+  /// \brief Map type from module analysis pass ID to pass concept pointer.
+  typedef DenseMap<void *, std::unique_ptr<PassConceptT>> AnalysisPassMapT;
+
+  /// \brief Collection of module analysis passes, indexed by ID.
+  AnalysisPassMapT AnalysisPasses;
+};
+
+} // End namespace detail
+
+/// \brief A module analysis pass manager with lazy running and caching of
+/// results.
+class ModuleAnalysisManager
+    : public detail::AnalysisManagerBase<ModuleAnalysisManager, Module *> {
+  friend class detail::AnalysisManagerBase<ModuleAnalysisManager, Module *>;
+  typedef detail::AnalysisManagerBase<ModuleAnalysisManager, Module *> BaseT;
+  typedef BaseT::ResultConceptT ResultConceptT;
+  typedef BaseT::PassConceptT PassConceptT;
+
+public:
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  ModuleAnalysisManager() {}
+  ModuleAnalysisManager(ModuleAnalysisManager &&Arg)
+      : BaseT(std::move(static_cast<BaseT &>(Arg))),
+        ModuleAnalysisResults(std::move(Arg.ModuleAnalysisResults)) {}
+  ModuleAnalysisManager &operator=(ModuleAnalysisManager &&RHS) {
+    BaseT::operator=(std::move(static_cast<BaseT &>(RHS)));
+    ModuleAnalysisResults = std::move(RHS.ModuleAnalysisResults);
+    return *this;
+  }
+
+private:
+  ModuleAnalysisManager(const ModuleAnalysisManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  ModuleAnalysisManager &
+  operator=(const ModuleAnalysisManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  /// \brief Get a module pass result, running the pass if necessary.
+  ResultConceptT &getResultImpl(void *PassID, Module *M);
+
+  /// \brief Get a cached module pass result or return null.
+  ResultConceptT *getCachedResultImpl(void *PassID, Module *M) const;
+
+  /// \brief Invalidate a module pass result.
+  void invalidateImpl(void *PassID, Module *M);
+
+  /// \brief Invalidate results across a module.
+  void invalidateImpl(Module *M, const PreservedAnalyses &PA);
+
+  /// \brief Map type from module analysis pass ID to pass result concept
+  /// pointer.
+  typedef DenseMap<void *,
+                   std::unique_ptr<detail::AnalysisResultConcept<Module *>>>
+      ModuleAnalysisResultMapT;
+
+  /// \brief Cache of computed module analysis results for this module.
+  ModuleAnalysisResultMapT ModuleAnalysisResults;
+};
+
+/// \brief A function analysis manager to coordinate and cache analyses run over
+/// a module.
+class FunctionAnalysisManager
+    : public detail::AnalysisManagerBase<FunctionAnalysisManager, Function *> {
+  friend class detail::AnalysisManagerBase<FunctionAnalysisManager, Function *>;
+  typedef detail::AnalysisManagerBase<FunctionAnalysisManager, Function *>
+      BaseT;
+  typedef BaseT::ResultConceptT ResultConceptT;
+  typedef BaseT::PassConceptT PassConceptT;
+
+public:
+  // Most public APIs are inherited from the CRTP base class.
+
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  FunctionAnalysisManager() {}
+  FunctionAnalysisManager(FunctionAnalysisManager &&Arg)
+      : BaseT(std::move(static_cast<BaseT &>(Arg))),
+        FunctionAnalysisResults(std::move(Arg.FunctionAnalysisResults)) {}
+  FunctionAnalysisManager &operator=(FunctionAnalysisManager &&RHS) {
+    BaseT::operator=(std::move(static_cast<BaseT &>(RHS)));
+    FunctionAnalysisResults = std::move(RHS.FunctionAnalysisResults);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Returns true if the analysis manager has an empty results cache.
+  bool empty() const;
+
+  /// \brief Clear the function analysis result cache.
+  ///
+  /// This routine allows cleaning up when the set of functions itself has
+  /// potentially changed, and thus we can't even look up a a result and
+  /// invalidate it directly. Notably, this does *not* call invalidate
+  /// functions as there is nothing to be done for them.
+  void clear();
+
+private:
+  FunctionAnalysisManager(const FunctionAnalysisManager &)
+      LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  FunctionAnalysisManager &
+  operator=(const FunctionAnalysisManager &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+
+  /// \brief Get a function pass result, running the pass if necessary.
+  ResultConceptT &getResultImpl(void *PassID, Function *F);
+
+  /// \brief Get a cached function pass result or return null.
+  ResultConceptT *getCachedResultImpl(void *PassID, Function *F) const;
+
+  /// \brief Invalidate a function pass result.
+  void invalidateImpl(void *PassID, Function *F);
+
+  /// \brief Invalidate the results for a function..
+  void invalidateImpl(Function *F, const PreservedAnalyses &PA);
+
+  /// \brief List of function analysis pass IDs and associated concept pointers.
+  ///
+  /// Requires iterators to be valid across appending new entries and arbitrary
+  /// erases. Provides both the pass ID and concept pointer such that it is
+  /// half of a bijection and provides storage for the actual result concept.
+  typedef std::list<std::pair<
+      void *, std::unique_ptr<detail::AnalysisResultConcept<Function *>>>>
+          FunctionAnalysisResultListT;
+
+  /// \brief Map type from function pointer to our custom list type.
+  typedef DenseMap<Function *, FunctionAnalysisResultListT>
+      FunctionAnalysisResultListMapT;
+
+  /// \brief Map from function to a list of function analysis results.
+  ///
+  /// Provides linear time removal of all analysis results for a function and
+  /// the ultimate storage for a particular cached analysis result.
+  FunctionAnalysisResultListMapT FunctionAnalysisResultLists;
+
+  /// \brief Map type from a pair of analysis ID and function pointer to an
+  /// iterator into a particular result list.
+  typedef DenseMap<std::pair<void *, Function *>,
+                   FunctionAnalysisResultListT::iterator>
+      FunctionAnalysisResultMapT;
+
+  /// \brief Map from an analysis ID and function to a particular cached
+  /// analysis result.
+  FunctionAnalysisResultMapT FunctionAnalysisResults;
+};
+
+/// \brief A module analysis which acts as a proxy for a function analysis
+/// manager.
+///
+/// This primarily proxies invalidation information from the module analysis
+/// manager and module pass manager to a function analysis manager. You should
+/// never use a function analysis manager from within (transitively) a module
+/// pass manager unless your parent module pass has received a proxy result
+/// object for it.
+class FunctionAnalysisManagerModuleProxy {
+public:
+  class Result;
+
+  static void *ID() { return (void *)&PassID; }
+
+  explicit FunctionAnalysisManagerModuleProxy(FunctionAnalysisManager &FAM)
+      : FAM(&FAM) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  FunctionAnalysisManagerModuleProxy(
+      const FunctionAnalysisManagerModuleProxy &Arg)
+      : FAM(Arg.FAM) {}
+  FunctionAnalysisManagerModuleProxy(FunctionAnalysisManagerModuleProxy &&Arg)
+      : FAM(std::move(Arg.FAM)) {}
+  FunctionAnalysisManagerModuleProxy &
+  operator=(FunctionAnalysisManagerModuleProxy RHS) {
+    std::swap(FAM, RHS.FAM);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Run the analysis pass and create our proxy result object.
+  ///
+  /// This doesn't do any interesting work, it is primarily used to insert our
+  /// proxy result object into the module analysis cache so that we can proxy
+  /// invalidation to the function analysis manager.
+  ///
+  /// In debug builds, it will also assert that the analysis manager is empty
+  /// as no queries should arrive at the function analysis manager prior to
+  /// this analysis being requested.
+  Result run(Module *M);
+
+private:
+  static char PassID;
+
+  FunctionAnalysisManager *FAM;
+};
+
+/// \brief The result proxy object for the
+/// \c FunctionAnalysisManagerModuleProxy.
+///
+/// See its documentation for more information.
+class FunctionAnalysisManagerModuleProxy::Result {
+public:
+  explicit Result(FunctionAnalysisManager &FAM) : FAM(&FAM) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  Result(const Result &Arg) : FAM(Arg.FAM) {}
+  Result(Result &&Arg) : FAM(std::move(Arg.FAM)) {}
+  Result &operator=(Result RHS) {
+    std::swap(FAM, RHS.FAM);
+    return *this;
+  }
+  ~Result();
+
+  /// \brief Accessor for the \c FunctionAnalysisManager.
+  FunctionAnalysisManager &getManager() { return *FAM; }
+
+  /// \brief Handler for invalidation of the module.
+  ///
+  /// If this analysis itself is preserved, then we assume that the set of \c
+  /// Function objects in the \c Module hasn't changed and thus we don't need
+  /// to invalidate *all* cached data associated with a \c Function* in the \c
+  /// FunctionAnalysisManager.
+  ///
+  /// Regardless of whether this analysis is marked as preserved, all of the
+  /// analyses in the \c FunctionAnalysisManager are potentially invalidated
+  /// based on the set of preserved analyses.
+  bool invalidate(Module *M, const PreservedAnalyses &PA);
+
+private:
+  FunctionAnalysisManager *FAM;
+};
+
+/// \brief A function analysis which acts as a proxy for a module analysis
+/// manager.
+///
+/// This primarily provides an accessor to a parent module analysis manager to
+/// function passes. Only the const interface of the module analysis manager is
+/// provided to indicate that once inside of a function analysis pass you
+/// cannot request a module analysis to actually run. Instead, the user must
+/// rely on the \c getCachedResult API.
+///
+/// This proxy *doesn't* manage the invalidation in any way. That is handled by
+/// the recursive return path of each layer of the pass manager and the
+/// returned PreservedAnalysis set.
+class ModuleAnalysisManagerFunctionProxy {
+public:
+  /// \brief Result proxy object for \c ModuleAnalysisManagerFunctionProxy.
+  class Result {
+  public:
+    explicit Result(const ModuleAnalysisManager &MAM) : MAM(&MAM) {}
+    // We have to explicitly define all the special member functions because
+    // MSVC refuses to generate them.
+    Result(const Result &Arg) : MAM(Arg.MAM) {}
+    Result(Result &&Arg) : MAM(std::move(Arg.MAM)) {}
+    Result &operator=(Result RHS) {
+      std::swap(MAM, RHS.MAM);
+      return *this;
+    }
+
+    const ModuleAnalysisManager &getManager() const { return *MAM; }
+
+    /// \brief Handle invalidation by ignoring it, this pass is immutable.
+    bool invalidate(Function *) { return false; }
+
+  private:
+    const ModuleAnalysisManager *MAM;
   };
 
-  std::vector<polymorphic_ptr<FunctionPassConcept> > Passes;
+  static void *ID() { return (void *)&PassID; }
+
+  ModuleAnalysisManagerFunctionProxy(const ModuleAnalysisManager &MAM)
+      : MAM(&MAM) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  ModuleAnalysisManagerFunctionProxy(
+      const ModuleAnalysisManagerFunctionProxy &Arg)
+      : MAM(Arg.MAM) {}
+  ModuleAnalysisManagerFunctionProxy(ModuleAnalysisManagerFunctionProxy &&Arg)
+      : MAM(std::move(Arg.MAM)) {}
+  ModuleAnalysisManagerFunctionProxy &
+  operator=(ModuleAnalysisManagerFunctionProxy RHS) {
+    std::swap(MAM, RHS.MAM);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Run the analysis pass and create our proxy result object.
+  /// Nothing to see here, it just forwards the \c MAM reference into the
+  /// result.
+  Result run(Function *) { return Result(*MAM); }
+
+private:
+  static char PassID;
+
+  const ModuleAnalysisManager *MAM;
 };
 
+/// \brief Trivial adaptor that maps from a module to its functions.
+///
+/// Designed to allow composition of a FunctionPass(Manager) and
+/// a ModulePassManager. Note that if this pass is constructed with a pointer
+/// to a \c ModuleAnalysisManager it will run the
+/// \c FunctionAnalysisManagerModuleProxy analysis prior to running the function
+/// pass over the module to enable a \c FunctionAnalysisManager to be used
+/// within this run safely.
+template <typename FunctionPassT> class ModuleToFunctionPassAdaptor {
+public:
+  explicit ModuleToFunctionPassAdaptor(FunctionPassT Pass)
+      : Pass(std::move(Pass)) {}
+  // We have to explicitly define all the special member functions because MSVC
+  // refuses to generate them.
+  ModuleToFunctionPassAdaptor(const ModuleToFunctionPassAdaptor &Arg)
+      : Pass(Arg.Pass) {}
+  ModuleToFunctionPassAdaptor(ModuleToFunctionPassAdaptor &&Arg)
+      : Pass(std::move(Arg.Pass)) {}
+  friend void swap(ModuleToFunctionPassAdaptor &LHS, ModuleToFunctionPassAdaptor &RHS) {
+    using std::swap;
+    swap(LHS.Pass, RHS.Pass);
+  }
+  ModuleToFunctionPassAdaptor &operator=(ModuleToFunctionPassAdaptor RHS) {
+    swap(*this, RHS);
+    return *this;
+  }
+
+  /// \brief Runs the function pass across every function in the module.
+  PreservedAnalyses run(Module *M, ModuleAnalysisManager *AM) {
+    FunctionAnalysisManager *FAM = nullptr;
+    if (AM)
+      // Setup the function analysis manager from its proxy.
+      FAM = &AM->getResult<FunctionAnalysisManagerModuleProxy>(M).getManager();
+
+    PreservedAnalyses PA = PreservedAnalyses::all();
+    for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I) {
+      PreservedAnalyses PassPA = Pass.run(I, FAM);
+
+      // We know that the function pass couldn't have invalidated any other
+      // function's analyses (that's the contract of a function pass), so
+      // directly handle the function analysis manager's invalidation here.
+      if (FAM)
+        FAM->invalidate(I, PassPA);
+
+      // Then intersect the preserved set so that invalidation of module
+      // analyses will eventually occur when the module pass completes.
+      PA.intersect(std::move(PassPA));
+    }
+
+    // By definition we preserve the proxy. This precludes *any* invalidation
+    // of function analyses by the proxy, but that's OK because we've taken
+    // care to invalidate analyses in the function analysis manager
+    // incrementally above.
+    PA.preserve<FunctionAnalysisManagerModuleProxy>();
+    return PA;
+  }
+
+  static StringRef name() { return "ModuleToFunctionPassAdaptor"; }
+
+private:
+  FunctionPassT Pass;
+};
+
+/// \brief A function to deduce a function pass type and wrap it in the
+/// templated adaptor.
+template <typename FunctionPassT>
+ModuleToFunctionPassAdaptor<FunctionPassT>
+createModuleToFunctionPassAdaptor(FunctionPassT Pass) {
+  return std::move(ModuleToFunctionPassAdaptor<FunctionPassT>(std::move(Pass)));
 }
+
+}
+
+#endif