Change to use iterators instead of direct access
[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 will contain nodes where the function that they correspond to is
18 // null.  This 'external' node is used to represent control flow that is not
19 // represented (or analyzable) in the module.  As such, the external node will
20 // have edges to functions with the following properties:
21 //   1. All functions in the module without internal linkage, since they could
22 //      be called by functions outside of the our analysis capability.
23 //   2. All functions whose address is used for something more than a direct
24 //      call, for example being stored into a memory location.  Since they may
25 //      be called by an unknown caller later, they must be tracked as such.
26 //
27 // Similarly, functions have a call edge to the external node iff:
28 //   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
29 //      anything without internal linkage or that has its address taken.
30 //   2. The function contains an indirect function call.
31 //
32 // As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
33 // function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
34 // that an indirect call site can call only a specific set of functions.
35 //
36 // Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
37 // of all of the caller-callee relationships, which is useful for
38 // transformations.
39 //
40 // The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
41 // CallGraph is, which is currently does by looking for a function named 'main'.
42 // If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
43 // node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
44 // be called into (which is common for libraries).
45 //
46 //===----------------------------------------------------------------------===//
47
48 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
49 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
50
51 #include "Support/GraphTraits.h"
52 #include "Support/STLExtras.h"
53 #include "llvm/Pass.h"
54
55 namespace llvm {
56
57 class Function;
58 class Module;
59 class CallGraphNode;
60
61 //===----------------------------------------------------------------------===//
62 // CallGraph class definition
63 //
64 class CallGraph : public Pass {
65   Module *Mod;              // The module this call graph represents
66
67   typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
68   FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
69
70   // Root is root of the call graph, or the external node if a 'main' function
71   // couldn't be found.  ExternalNode is equivalent to (*this)[0].
72   //
73   CallGraphNode *Root, *ExternalNode;
74 public:
75
76   //===---------------------------------------------------------------------
77   // Accessors...
78   //
79   typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
80   typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
81
82   // getExternalNode - Return the node that points to all functions that are
83   // accessable from outside of the current program.
84   //
85         CallGraphNode *getExternalNode()       { return ExternalNode; }
86   const CallGraphNode *getExternalNode() const { return ExternalNode; }
87
88   // getRoot - Return the root of the call graph, which is either main, or if
89   // main cannot be found, the external node.
90   //
91         CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
92   const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
93
94   inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
95   inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
96   inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
97   inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
98
99
100   // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
101   // function
102   inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
103     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
104     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
105     return I->second;
106   }
107   inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
108     const_iterator I = FunctionMap.find(F);
109     assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
110     return I->second;
111   }
112
113   //===---------------------------------------------------------------------
114   // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
115   // modified
116   //
117   void addFunctionToModule(Function *F);
118
119
120   // removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
121   // it.  Because this removes the function from the module, the call graph node
122   // is destroyed.  This is only valid if the function does not call any other
123   // functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
124   // is to dropAllReferences before calling this.
125   //
126   Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
127   Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
128     return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
129   }
130
131
132   //===---------------------------------------------------------------------
133   // Pass infrastructure interface glue code...
134   //
135   CallGraph() : Root(0) {}
136   ~CallGraph() { destroy(); }
137
138   // run - Compute the call graph for the specified module.
139   virtual bool run(Module &M);
140
141   // getAnalysisUsage - This obviously provides a call graph
142   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
143     AU.setPreservesAll();
144   }
145
146   // releaseMemory - Data structures can be large, so free memory aggressively.
147   virtual void releaseMemory() {
148     destroy();
149   }
150
151   /// Print the types found in the module.  If the optional Module parameter is
152   /// passed in, then the types are printed symbolically if possible, using the
153   /// symbol table from the module.
154   ///
155   void print(std::ostream &o, const Module *M) const;
156
157   // stub - dummy function, just ignore it
158   static void stub();
159 private:
160   //===---------------------------------------------------------------------
161   // Implementation of CallGraph construction
162   //
163
164   // getNodeFor - Return the node for the specified function or create one if it
165   // does not already exist.
166   //
167   CallGraphNode *getNodeFor(Function *F);
168
169   // addToCallGraph - Add a function to the call graph, and link the node to all
170   // of the functions that it calls.
171   //
172   void addToCallGraph(Function *F);
173
174   // destroy - Release memory for the call graph
175   void destroy();
176 };
177
178
179 //===----------------------------------------------------------------------===//
180 // CallGraphNode class definition
181 //
182 class CallGraphNode {
183   Function *F;
184   std::vector<CallGraphNode*> CalledFunctions;
185
186   CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
187 public:
188   //===---------------------------------------------------------------------
189   // Accessor methods...
190   //
191
192   typedef std::vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
193   typedef std::vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
194
195   // getFunction - Return the function that this call graph node represents...
196   Function *getFunction() const { return F; }
197
198   inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
199   inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
200   inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
201   inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
202   inline unsigned size() const { return CalledFunctions.size(); }
203
204   // Subscripting operator - Return the i'th called function...
205   //
206   CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledFunctions[i];}
207
208
209   //===---------------------------------------------------------------------
210   // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
211   // modified
212   //
213
214   void removeAllCalledFunctions() {
215     CalledFunctions.clear();
216   }
217
218 private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
219   friend class CallGraph;
220
221   // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function...
222   inline CallGraphNode(Function *f) : F(f) {}
223   
224   // addCalledFunction add a function to the list of functions called by this
225   // one
226   void addCalledFunction(CallGraphNode *M) {
227     CalledFunctions.push_back(M);
228   }
229 };
230
231
232
233 //===----------------------------------------------------------------------===//
234 // GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
235 // graphs by the generic graph algorithms...
236 //
237
238 // Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
239 // traversals.
240 template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
241   typedef CallGraphNode NodeType;
242   typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
243
244   static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
245   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
246   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
247 };
248
249 template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
250   typedef const CallGraphNode NodeType;
251   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
252
253   static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
254   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
255   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
256 };
257
258 template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
259   static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
260     return CGN->getExternalNode();  // Start at the external node!
261   }
262   typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
263   typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
264
265   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
266   typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
267   static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
268     return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
269   }
270   static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
271     return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
272   }
273
274   static CallGraphNode &CGdereference (std::pair<const Function*,
275                                        CallGraphNode*> P) {
276     return *P.second;
277   }
278 };
279 template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
280   public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
281   static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
282     return CGN->getExternalNode();
283   }
284   // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
285   typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
286   static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
287   static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
288 };
289
290 // Make sure that any clients of this file link in PostDominators.cpp
291 static IncludeFile
292 CALLGRAPH_INCLUDE_FILE((void*)&CallGraph::stub);
293
294 } // End llvm namespace
295
296 #endif