Drop 'const'
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / IPA / CallGraph.cpp
index 98dfbf7e26f1e9df1455edbe74e10a974013d45a..5f9850c93dcbff08dd43d71558e6eed0fec6971a 100644 (file)
 //===- CallGraph.cpp - Build a Module's call graph ------------------------===//
 //
-// This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
-// useful tool for interprocedural optimization.
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// Every method in a module is represented as a node in the call graph.  The
-// callgraph node keeps track of which methods the are called by the method
-// corresponding to the node.
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
 //
-// A call graph will contain nodes where the method that they correspond to is
-// null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
-// represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
-// have edges to methods with the following properties:
-//   1. All methods in the module without internal linkage, since they could
-//      be called by methods outside of the our analysis capability.
-//   2. All methods whose address is used for something more than a direct call,
-//      for example being stored into a memory location.  Since they may be
-//      called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
-//
-// Similarly, methods have a call edge to the external node iff:
-//   1. The method is external, reflecting the fact that they could call
-//      anything without internal linkage or that has its address taken.
-//   2. The method contains an indirect method call.
-//
-// As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
-// method.  These will be used when we can prove (through pointer analysis) that
-// an indirect call site can call only a specific set of methods.
-//
-// Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
-// of all of the caller-callee relationships, which is useful for
-// transformations.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
-// CallGraph is, which is currently does by looking for a method named 'main'.
-// If no method named 'main' is found, the external node is used as the entry
-// node, reflecting the fact that any method without internal linkage could
-// be called into (which is common for libraries).
+// This file implements the CallGraph class and provides the BasicCallGraph
+// default implementation.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #include "llvm/Analysis/CallGraph.h"
 #include "llvm/Module.h"
-#include "llvm/Function.h"
-#include "llvm/iOther.h"
-#include "llvm/iTerminators.h"
-#include "Support/STLExtras.h"
-#include <algorithm>
-#include <iostream>
+#include "llvm/Instructions.h"
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
+#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include <ostream>
+using namespace llvm;
+
+/// isOnlyADirectCall - Return true if this callsite is *just* a direct call to
+/// the specified function.  Specifically return false if the callsite also
+/// takes the address of the function.
+static bool isOnlyADirectCall(Function *F, CallSite CS) {
+  if (!CS.getInstruction()) return false;
+  for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end(); I != E; ++I)
+    if (*I == F) return false;
+  return true;
+}
 
-AnalysisID CallGraph::ID(AnalysisID::create<CallGraph>());
+namespace {
 
-// getNodeFor - Return the node for the specified method or create one if it
-// does not already exist.
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// BasicCallGraph class definition
 //
-CallGraphNode *CallGraph::getNodeFor(Function *F) {
-  CallGraphNode *&CGN = MethodMap[F];
-  if (CGN) return CGN;
+class VISIBILITY_HIDDEN BasicCallGraph : public CallGraph, public ModulePass {
+  // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
+  // couldn't be found.
+  //
+  CallGraphNode *Root;
 
-  assert((!F || F->getParent() == Mod) && "Function not in current module!");
-  return CGN = new CallGraphNode(F);
-}
+  // ExternalCallingNode - This node has edges to all external functions and
+  // those internal functions that have their address taken.
+  CallGraphNode *ExternalCallingNode;
 
-// addToCallGraph - Add a method to the call graph, and link the node to all of
-// the methods that it calls.
-//
-void CallGraph::addToCallGraph(Function *M) {
-  CallGraphNode *Node = getNodeFor(M);
-
-  // If this method has external linkage, 
-  if (!M->hasInternalLinkage()) {
-    ExternalNode->addCalledMethod(Node);
-
-    // Found the entry point?
-    if (M->getName() == "main") {
-      if (Root)
-        Root = ExternalNode;  // Found multiple external mains?  Don't pick one.
-      else
-        Root = Node;          // Found a main, keep track of it!
-    }
-  } else if (M->isExternal()) { // Not defined in this xlation unit?
-    Node->addCalledMethod(ExternalNode);  // It could call anything...
+  // CallsExternalNode - This node has edges to it from all functions making
+  // indirect calls or calling an external function.
+  CallGraphNode *CallsExternalNode;
+
+public:
+  static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
+  BasicCallGraph() : ModulePass((intptr_t)&ID), Root(0), 
+    ExternalCallingNode(0), CallsExternalNode(0) {}
+
+  // runOnModule - Compute the call graph for the specified module.
+  virtual bool runOnModule(Module &M) {
+    CallGraph::initialize(M);
+    
+    ExternalCallingNode = getOrInsertFunction(0);
+    CallsExternalNode = new CallGraphNode(0);
+    Root = 0;
+  
+    // Add every function to the call graph...
+    for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
+      addToCallGraph(I);
+  
+    // If we didn't find a main function, use the external call graph node
+    if (Root == 0) Root = ExternalCallingNode;
+    
+    return false;
   }
 
-  // Loop over all of the users of the method... looking for callers...
-  //
-  for (Value::use_iterator I = M->use_begin(), E = M->use_end(); I != E; ++I) {
-    User *U = *I;
-    if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(U))
-      getNodeFor(CI->getParent()->getParent())->addCalledMethod(Node);
-    else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(U))
-      getNodeFor(II->getParent()->getParent())->addCalledMethod(Node);
-    else                         // Can't classify the user!
-      ExternalNode->addCalledMethod(Node);
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
   }
 
-  // Look for an indirect method call...
-  for (Function::iterator BBI = M->begin(), BBE = M->end(); BBI != BBE; ++BBI) {
-    BasicBlock *BB = *BBI;
-    for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), IE = BB->end(); II != IE; ++II){
-      Instruction *I = *II;
-
-      if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(I)) {
-        if (CI->getCalledMethod() == 0)
-          Node->addCalledMethod(ExternalNode);
-      } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(I)) {
-        if (II->getCalledMethod() == 0)
-          Node->addCalledMethod(ExternalNode);
+  void print(std::ostream *o, const Module *M) const {
+    if (o) print(*o, M);
+  }
+
+  virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const {
+    o << "CallGraph Root is: ";
+    if (Function *F = getRoot()->getFunction())
+      o << F->getName() << "\n";
+    else
+      o << "<<null function: 0x" << getRoot() << ">>\n";
+    
+    CallGraph::print(o, M);
+  }
+
+  virtual void releaseMemory() {
+    destroy();
+  }
+  
+  /// dump - Print out this call graph.
+  ///
+  inline void dump() const {
+    print(cerr, Mod);
+  }
+
+  CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return ExternalCallingNode; }
+  CallGraphNode* getCallsExternalNode()   const { return CallsExternalNode; }
+
+  // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
+  // main cannot be found, the external node.
+  //
+  CallGraphNode *getRoot()             { return Root; }
+  const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
+
+private:
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Implementation of CallGraph construction
+  //
+
+  // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
+  // of the functions that it calls.
+  //
+  void addToCallGraph(Function *F) {
+    CallGraphNode *Node = getOrInsertFunction(F);
+
+    // If this function has external linkage, anything could call it.
+    if (!F->hasInternalLinkage()) {
+      ExternalCallingNode->addCalledFunction(CallSite(), Node);
+
+      // Found the entry point?
+      if (F->getName() == "main") {
+        if (Root)    // Found multiple external mains?  Don't pick one.
+          Root = ExternalCallingNode;
+        else
+          Root = Node;          // Found a main, keep track of it!
+      }
+    }
+
+    // If this function is not defined in this translation unit, it could call
+    // anything.
+    if (F->isDeclaration() && !F->getIntrinsicID())
+      Node->addCalledFunction(CallSite(), CallsExternalNode);
+
+    // Loop over all of the users of the function... looking for callers...
+    //
+    bool isUsedExternally = false;
+    for (Value::use_iterator I = F->use_begin(), E = F->use_end(); I != E; ++I){
+      if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
+        CallSite CS = CallSite::get(Inst);
+        if (isOnlyADirectCall(F, CS))
+          getOrInsertFunction(Inst->getParent()->getParent())
+              ->addCalledFunction(CS, Node);
+        else
+          isUsedExternally = true;
+      } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(*I)) {
+        for (Value::use_iterator I = GV->use_begin(), E = GV->use_end();
+             I != E; ++I)
+          if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*I)) {
+            CallSite CS = CallSite::get(Inst);
+            if (isOnlyADirectCall(F, CS))
+              getOrInsertFunction(Inst->getParent()->getParent())
+                ->addCalledFunction(CS, Node);
+            else
+              isUsedExternally = true;
+          } else {
+            isUsedExternally = true;
+          }
+      } else {                        // Can't classify the user!
+        isUsedExternally = true;
       }
     }
+    if (isUsedExternally)
+      ExternalCallingNode->addCalledFunction(CallSite(), Node);
+
+    // Look for an indirect function call.
+    for (Function::iterator BB = F->begin(), BBE = F->end(); BB != BBE; ++BB)
+      for (BasicBlock::iterator II = BB->begin(), IE = BB->end();
+           II != IE; ++II) {
+      CallSite CS = CallSite::get(II);
+      if (CS.getInstruction() && !CS.getCalledFunction())
+        Node->addCalledFunction(CS, CallsExternalNode);
+      }
   }
-}
 
-bool CallGraph::run(Module *TheModule) {
-  destroy();
+  //
+  // destroy - Release memory for the call graph
+  virtual void destroy() {
+    /// CallsExternalNode is not in the function map, delete it explicitly.
+    delete CallsExternalNode;
+    CallsExternalNode = 0;
+    CallGraph::destroy();
+  }
+};
 
-  Mod = TheModule;
-  ExternalNode = getNodeFor(0);
-  Root = 0;
+RegisterAnalysisGroup<CallGraph> X("Call Graph");
+RegisterPass<BasicCallGraph> Y("basiccg", "Basic CallGraph Construction");
+RegisterAnalysisGroup<CallGraph, true> Z(Y);
 
-  // Add every method to the call graph...
-  for_each(Mod->begin(), Mod->end(), bind_obj(this,&CallGraph::addToCallGraph));
+} //End anonymous namespace
 
-  // If we didn't find a main method, use the external call graph node
-  if (Root == 0) Root = ExternalNode;
-  
-  return false;
+char CallGraph::ID = 0;
+char BasicCallGraph::ID = 0;
+
+void CallGraph::initialize(Module &M) {
+  Mod = &M;
 }
 
 void CallGraph::destroy() {
-  for (MethodMapTy::iterator I = MethodMap.begin(), E = MethodMap.end();
-       I != E; ++I)
-    delete I->second;
-  MethodMap.clear();
+  if (!FunctionMap.empty()) {
+    for (FunctionMapTy::iterator I = FunctionMap.begin(), E = FunctionMap.end();
+        I != E; ++I)
+      delete I->second;
+    FunctionMap.clear();
+  }
 }
 
-
-void WriteToOutput(const CallGraphNode *CGN, std::ostream &o) {
-  if (CGN->getMethod())
-    o << "Call graph node for method: '" << CGN->getMethod()->getName() <<"'\n";
-  else
-    o << "Call graph node null method:\n";
-
-  for (unsigned i = 0; i < CGN->size(); ++i)
-    if ((*CGN)[i]->getMethod())
-      o << "  Calls method '" << (*CGN)[i]->getMethod()->getName() << "'\n";
-    else
-      o << "  Calls external node\n";
-  o << "\n";
+void CallGraph::print(std::ostream &OS, const Module *M) const {
+  for (CallGraph::const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
+    I->second->print(OS);
 }
 
-void WriteToOutput(const CallGraph &CG, std::ostream &o) {
-  for (CallGraph::const_iterator I = CG.begin(), E = CG.end(); I != E; ++I)
-    o << I->second;
+void CallGraph::dump() const {
+  print(cerr, 0);
 }
 
-
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 // Implementations of public modification methods
 //
 
-// Methods to keep a call graph up to date with a method 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.
 //
-void CallGraph::addMethodToModule(Function *Meth) {
-  assert(0 && "not implemented");
-  abort();
+Function *CallGraph::removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN) {
+  assert(CGN->CalledFunctions.empty() && "Cannot remove function from call "
+         "graph if it references other functions!");
+  Function *F = CGN->getFunction(); // Get the function for the call graph node
+  delete CGN;                       // Delete the call graph node for this func
+  FunctionMap.erase(F);             // Remove the call graph node from the map
+
+  Mod->getFunctionList().remove(F);
+  return F;
 }
 
-// removeMethodFromModule - Unlink the method from this module, returning it.
-// Because this removes the method from the module, the call graph node is
-// destroyed.  This is only valid if the method does not call any other
-// methods (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
-// is to dropAllReferences before calling this.
-//
-Function *CallGraph::removeMethodFromModule(CallGraphNode *CGN) {
-  assert(CGN->CalledMethods.empty() && "Cannot remove method from call graph"
-        " if it references other methods!");
-  Function *M = CGN->getMethod(); // Get the function for the call graph node
-  delete CGN;                     // Delete the call graph node for this func
-  MethodMap.erase(M);             // Remove the call graph node from the map
-
-  Mod->getFunctionList().remove(M);
-  return M;
+// 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 CallGraph::changeFunction(Function *OldF, Function *NewF) {
+  iterator I = FunctionMap.find(OldF);
+  CallGraphNode *&New = FunctionMap[NewF];
+  assert(I != FunctionMap.end() && I->second && !New &&
+         "OldF didn't exist in CG or NewF already does!");
+  New = I->second;
+  New->F = NewF;
+  FunctionMap.erase(I);
+}
+
+// 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.
+CallGraphNode *CallGraph::getOrInsertFunction(const Function *F) {
+  CallGraphNode *&CGN = FunctionMap[F];
+  if (CGN) return CGN;
+  
+  assert((!F || F->getParent() == Mod) && "Function not in current module!");
+  return CGN = new CallGraphNode(const_cast<Function*>(F));
+}
+
+void CallGraphNode::print(std::ostream &OS) const {
+  if (Function *F = getFunction())
+    OS << "Call graph node for function: '" << F->getName() <<"'\n";
+  else
+    OS << "Call graph node <<null function: 0x" << this << ">>:\n";
+
+  for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
+    if (I->second->getFunction())
+      OS << "  Calls function '" << I->second->getFunction()->getName() <<"'\n";
+  else
+    OS << "  Calls external node\n";
+  OS << "\n";
+}
+
+void CallGraphNode::dump() const { print(cerr); }
+
+void CallGraphNode::removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee) {
+  for (unsigned i = CalledFunctions.size(); ; --i) {
+    assert(i && "Cannot find callee to remove!");
+    if (CalledFunctions[i-1].second == Callee) {
+      CalledFunctions.erase(CalledFunctions.begin()+i-1);
+      return;
+    }
+  }
+}
+
+// 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.
+void CallGraphNode::removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee) {
+  for (unsigned i = 0, e = CalledFunctions.size(); i != e; ++i)
+    if (CalledFunctions[i].second == Callee) {
+      CalledFunctions[i] = CalledFunctions.back();
+      CalledFunctions.pop_back();
+      --i; --e;
+    }
 }
 
+// Enuse that users of CallGraph.h also link with this file
+DEFINING_FILE_FOR(CallGraph)