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[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
1 //===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very
11 // useful tool for interprocedural optimization.
12 //
13 // Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
14 // callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
15 // corresponding to the node.
16 //
17 // A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
18 // null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
19 // represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
20 // builds one external node such that:
21 //   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
22 //      from this external node, indicating that they could be called by
23 //      functions outside of the module.
24 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
25 //      call, for example being stored into a memory location will also have an
26 //      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
27 //      caller later, they must be tracked as such.
28 //
29 // There is a second external node added for calls that leave this module.
30 // Functions have a call edge to the external node iff:
31 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
32 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
33 //   2. The function contains an indirect function call.
34 //
35 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
36 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
37 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
38 //
39 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
40 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
41 // transformations.
42 //
43 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
44 // CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
45 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
46 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
47 // be called into (which is common for libraries).
48 //
49 //===----------------------------------------------------------------------===//
50
51 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
52 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
53
54 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
55 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
56 #include "llvm/Pass.h"
57
58 namespace llvm {
59
60 class Function;
61 class Module;
62 class CallGraphNode;
63
64 //===----------------------------------------------------------------------===//
65 // CallGraph class definition
66 //
67 class CallGraph {
68 protected:
69   Module *Mod;              // The module this call graph represents
70
71   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
72   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
73
74 public:
75   //===---------------------------------------------------------------------
76   // Accessors...
77   //
78   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
79   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
80
81   /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
82   ///
83   Module &getModule() const { return *Mod; }
84
85   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
86   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
87   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
88   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
89
90   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
91   // function
92   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
93     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
94     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
95     return I->second;
96   }
97   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
98     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
99     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
100     return I->second;
101   }
102
103   //Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls 
104   // into the callgraph.  Override this if you want behavioural inheritance.
105   virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
106   
107   //Return the root/main method in the module, or some other root node, such
108   // as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioural 
109   // inheritance.
110   virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
111   virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
112   
113   //===---------------------------------------------------------------------
114   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
115   // modified.
116   //
117
118   /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
119   /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
120   /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
121   /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
122   /// do this is to dropAllReferences before calling this.
123   ///
124   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
125   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
126     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
127   }
128
129   /// changeFunction - This method changes the function associated with this
130   /// CallGraphNode, for use by transformations that need to change the
131   /// prototype of a Function (thus they must create a new Function and move the
132   /// old code over).
133   void changeFunction(Function *OldF, Function *NewF);
134
135   //===---------------------------------------------------------------------
136   // Pass infrastructure interface glue code...
137   //
138 protected:
139   CallGraph() {}
140   
141 public:
142   virtual ~CallGraph() { destroy(); }
143
144   /// initialize - Call this method before calling other methods, 
145   /// re/initializes the state of the CallGraph.
146   ///
147   void initialize(Module &M);
148
149   virtual void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
150
151   // stub - dummy function, just ignore it
152   static void stub();
153 protected:
154
155   // destroy - Release memory for the call graph
156   virtual void destroy();
157 };
158
159 //===----------------------------------------------------------------------===//
160 // CallGraphNode class definition
161 //
162 class CallGraphNode {
163   Function *F;
164   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
165
166   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
167 public:
168   //===---------------------------------------------------------------------
169   // Accessor methods...
170   //
171
172   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
173   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
174
175   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
176   Function *getFunction() const { return F; }
177
178   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
179   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
180   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
181   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
182   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
183
184   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
185   //
186   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
187
188   /// dump - Print out this call graph node.
189   ///
190   void dump() const;
191   void print(std::ostream &OS) const;
192
193   //===---------------------------------------------------------------------
194   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
195   // modified
196   //
197
198   /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
199   /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
200   void removeAllCalledFunctions() {
201     CalledFunctions.clear();
202   }
203
204   /// addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
205   /// one.
206   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
207     CalledFunctions.push_back(M);
208   }
209
210   /// removeCallEdgeTo - This method removes a *single* edge to the specified
211   /// callee function.  Note that this method takes linear time, so it should be
212   /// used sparingly.
213   void removeCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
214
215   /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes any call edges from this node to
216   /// the specified callee function.  This takes more time to execute than
217   /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
218   void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
219
220   friend class CallGraph;
221
222   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
223   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
224 };
225
226 //===----------------------------------------------------------------------===//
227 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
228 // graphs by the generic graph algorithms...
229 //
230
231 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
232 // traversals.
233 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
234   typedef CallGraphNode NodeType;
235   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
236
237   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
238   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
239   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
240 };
241
242 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
243   typedef const CallGraphNode NodeType;
244   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
245
246   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
247   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
248   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
249 };
250
251 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
252   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
253     return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
254   }
255   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
256   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
257
258   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
259   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
260   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
261     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
262   }
263   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
264     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
265   }
266
267   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
268                                        CallGraphNode*> P) {
269     return *P.second;
270   }
271 };
272
273 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
274   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
275   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
276     return CGN->getExternalCallingNode();
277   }
278   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
279   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
280   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
281   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
282 };
283
284 // Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
285 static IncludeFile
286 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
287
288 extern void BasicCallGraphStub();
289 static IncludeFile HDR_INCLUDE_CALLGRAPH_CPP((void*)&BasicCallGraphStub);
290
291 } // End llvm namespace
292
293 #endif