lib/Analysis/AliasAnalysis.cpp

   1 //===- AliasAnalysis.cpp - Generic Alias Analysis Interface Implementation -==//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the generic AliasAnalysis interface which is used as the
  11 // common interface used by all clients and implementations of alias analysis.
  12 //
  13 // This file also implements the default version of the AliasAnalysis interface
  14 // that is to be used when no other implementation is specified.  This does some
  15 // simple tests that detect obvious cases: two different global pointers cannot
  16 // alias, a global cannot alias a malloc, two different mallocs cannot alias,
  17 // etc.
  18 //
  19 // This alias analysis implementation really isn't very good for anything, but
  20 // it is very fast, and makes a nice clean default implementation.  Because it
  21 // handles lots of little corner cases, other, more complex, alias analysis
  22 // implementations may choose to rely on this pass to resolve these simple and
  23 // easy cases.
  24 //
  25 //===----------------------------------------------------------------------===//
  26
  27 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  28 #include "llvm/Pass.h"
  29 #include "llvm/BasicBlock.h"
  30 #include "llvm/Function.h"
  31 #include "llvm/IntrinsicInst.h"
  32 #include "llvm/Instructions.h"
  33 #include "llvm/LLVMContext.h"
  34 #include "llvm/Type.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  36 using namespace llvm;
  37
  38 // Register the AliasAnalysis interface, providing a nice name to refer to.
  39 INITIALIZE_ANALYSIS_GROUP(AliasAnalysis, "Alias Analysis", NoAA)
  40 char AliasAnalysis::ID = 0;
  41
  42 //===----------------------------------------------------------------------===//
  43 // Default chaining methods
  44 //===----------------------------------------------------------------------===//
  45
  46 AliasAnalysis::AliasResult
  47 AliasAnalysis::alias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
  48   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
  49   return AA->alias(LocA, LocB);
  50 }
  51
  52 bool AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
  53                                            bool OrLocal) {
  54   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
  55   return AA->pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
  56 }
  57
  58 void AliasAnalysis::deleteValue(Value *V) {
  59   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
  60   AA->deleteValue(V);
  61 }
  62
  63 void AliasAnalysis::copyValue(Value *From, Value *To) {
  64   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
  65   AA->copyValue(From, To);
  66 }
  67
  68 AliasAnalysis::ModRefResult
  69 AliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
  70                              const Location &Loc) {
  71   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
  72
  73   ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
  74   if (MRB == DoesNotAccessMemory)
  75     return NoModRef;
  76
  77   ModRefResult Mask = ModRef;
  78   if (onlyReadsMemory(MRB))
  79     Mask = Ref;
  80
  81   if (onlyAccessesArgPointees(MRB)) {
  82     bool doesAlias = false;
  83     if (doesAccessArgPointees(MRB))
  84       for (ImmutableCallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), AE = CS.arg_end();
  85            AI != AE; ++AI)
  86         if (!isNoAlias(Location(*AI), Loc)) {
  87           doesAlias = true;
  88           break;
  89         }
  90
  91     if (!doesAlias)
  92       return NoModRef;
  93   }
  94
  95   // If Loc is a constant memory location, the call definitely could not
  96   // modify the memory location.
  97   if ((Mask & Mod) && pointsToConstantMemory(Loc))
  98     Mask = ModRefResult(Mask & ~Mod);
  99
 100   // If this is the end of the chain, don't forward.
 101   if (!AA) return Mask;
 102
 103   // Otherwise, fall back to the next AA in the chain. But we can merge
 104   // in any mask we've managed to compute.
 105   return ModRefResult(AA->getModRefInfo(CS, Loc) & Mask);
 106 }
 107
 108 AliasAnalysis::ModRefResult
 109 AliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1, ImmutableCallSite CS2) {
 110   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
 111
 112   // If CS1 or CS2 are readnone, they don't interact.
 113   ModRefBehavior CS1B = getModRefBehavior(CS1);
 114   if (CS1B == DoesNotAccessMemory) return NoModRef;
 115
 116   ModRefBehavior CS2B = getModRefBehavior(CS2);
 117   if (CS2B == DoesNotAccessMemory) return NoModRef;
 118
 119   // If they both only read from memory, there is no dependence.
 120   if (onlyReadsMemory(CS1B) && onlyReadsMemory(CS2B))
 121     return NoModRef;
 122
 123   AliasAnalysis::ModRefResult Mask = ModRef;
 124
 125   // If CS1 only reads memory, the only dependence on CS2 can be
 126   // from CS1 reading memory written by CS2.
 127   if (onlyReadsMemory(CS1B))
 128     Mask = ModRefResult(Mask & Ref);
 129
 130   // If CS2 only access memory through arguments, accumulate the mod/ref
 131   // information from CS1's references to the memory referenced by
 132   // CS2's arguments.
 133   if (onlyAccessesArgPointees(CS2B)) {
 134     AliasAnalysis::ModRefResult R = NoModRef;
 135     if (doesAccessArgPointees(CS2B))
 136       for (ImmutableCallSite::arg_iterator
 137            I = CS2.arg_begin(), E = CS2.arg_end(); I != E; ++I) {
 138         R = ModRefResult((R | getModRefInfo(CS1, *I, UnknownSize)) & Mask);
 139         if (R == Mask)
 140           break;
 141       }
 142     return R;
 143   }
 144
 145   // If CS1 only accesses memory through arguments, check if CS2 references
 146   // any of the memory referenced by CS1's arguments. If not, return NoModRef.
 147   if (onlyAccessesArgPointees(CS1B)) {
 148     AliasAnalysis::ModRefResult R = NoModRef;
 149     if (doesAccessArgPointees(CS1B))
 150       for (ImmutableCallSite::arg_iterator
 151            I = CS1.arg_begin(), E = CS1.arg_end(); I != E; ++I)
 152         if (getModRefInfo(CS2, *I, UnknownSize) != NoModRef) {
 153           R = Mask;
 154           break;
 155         }
 156     if (R == NoModRef)
 157       return R;
 158   }
 159
 160   // If this is the end of the chain, don't forward.
 161   if (!AA) return Mask;
 162
 163   // Otherwise, fall back to the next AA in the chain. But we can merge
 164   // in any mask we've managed to compute.
 165   return ModRefResult(AA->getModRefInfo(CS1, CS2) & Mask);
 166 }
 167
 168 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 169 AliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
 170   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
 171
 172   ModRefBehavior Min = UnknownModRefBehavior;
 173
 174   // Call back into the alias analysis with the other form of getModRefBehavior
 175   // to see if it can give a better response.
 176   if (const Function *F = CS.getCalledFunction())
 177     Min = getModRefBehavior(F);
 178
 179   // If this is the end of the chain, don't forward.
 180   if (!AA) return Min;
 181
 182   // Otherwise, fall back to the next AA in the chain. But we can merge
 183   // in any result we've managed to compute.
 184   return ModRefBehavior(AA->getModRefBehavior(CS) & Min);
 185 }
 186
 187 AliasAnalysis::ModRefBehavior
 188 AliasAnalysis::getModRefBehavior(const Function *F) {
 189   assert(AA && "AA didn't call InitializeAliasAnalysis in its run method!");
 190   return AA->getModRefBehavior(F);
 191 }
 192
 193 //===----------------------------------------------------------------------===//
 194 // AliasAnalysis non-virtual helper method implementation
 195 //===----------------------------------------------------------------------===//
 196
 197 AliasAnalysis::Location AliasAnalysis::getLocation(const LoadInst *LI) {
 198   return Location(LI->getPointerOperand(),
 199                   getTypeStoreSize(LI->getType()),
 200                   LI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
 201 }
 202
 203 AliasAnalysis::Location AliasAnalysis::getLocation(const StoreInst *SI) {
 204   return Location(SI->getPointerOperand(),
 205                   getTypeStoreSize(SI->getValueOperand()->getType()),
 206                   SI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
 207 }
 208
 209 AliasAnalysis::Location AliasAnalysis::getLocation(const VAArgInst *VI) {
 210   return Location(VI->getPointerOperand(),
 211                   UnknownSize,
 212                   VI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa));
 213 }
 214
 215
 216 AliasAnalysis::Location
 217 AliasAnalysis::getLocationForSource(const MemTransferInst *MTI) {
 218   uint64_t Size = UnknownSize;
 219   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
 220     Size = C->getValue().getZExtValue();
 221
 222   // memcpy/memmove can have TBAA tags. For memcpy, they apply
 223   // to both the source and the destination.
 224   MDNode *TBAATag = MTI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
 225
 226   return Location(MTI->getRawSource(), Size, TBAATag);
 227 }
 228
 229 AliasAnalysis::Location
 230 AliasAnalysis::getLocationForDest(const MemIntrinsic *MTI) {
 231   uint64_t Size = UnknownSize;
 232   if (ConstantInt *C = dyn_cast<ConstantInt>(MTI->getLength()))
 233     Size = C->getValue().getZExtValue();
 234
 235   // memcpy/memmove can have TBAA tags. For memcpy, they apply
 236   // to both the source and the destination.
 237   MDNode *TBAATag = MTI->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa);
 238
 239   return Location(MTI->getRawDest(), Size, TBAATag);
 240 }
 241
 242
 243
 244 AliasAnalysis::ModRefResult
 245 AliasAnalysis::getModRefInfo(const LoadInst *L, const Location &Loc) {
 246   // Be conservative in the face of volatile.
 247   if (L->isVolatile())
 248     return ModRef;
 249
 250   // If the load address doesn't alias the given address, it doesn't read
 251   // or write the specified memory.
 252   if (!alias(getLocation(L), Loc))
 253     return NoModRef;
 254
 255   // Otherwise, a load just reads.
 256   return Ref;
 257 }
 258
 259 AliasAnalysis::ModRefResult
 260 AliasAnalysis::getModRefInfo(const StoreInst *S, const Location &Loc) {
 261   // Be conservative in the face of volatile.
 262   if (S->isVolatile())
 263     return ModRef;
 264
 265   // If the store address cannot alias the pointer in question, then the
 266   // specified memory cannot be modified by the store.
 267   if (!alias(getLocation(S), Loc))
 268     return NoModRef;
 269
 270   // If the pointer is a pointer to constant memory, then it could not have been
 271   // modified by this store.
 272   if (pointsToConstantMemory(Loc))
 273     return NoModRef;
 274
 275   // Otherwise, a store just writes.
 276   return Mod;
 277 }
 278
 279 AliasAnalysis::ModRefResult
 280 AliasAnalysis::getModRefInfo(const VAArgInst *V, const Location &Loc) {
 281   // If the va_arg address cannot alias the pointer in question, then the
 282   // specified memory cannot be accessed by the va_arg.
 283   if (!alias(getLocation(V), Loc))
 284     return NoModRef;
 285
 286   // If the pointer is a pointer to constant memory, then it could not have been
 287   // modified by this va_arg.
 288   if (pointsToConstantMemory(Loc))
 289     return NoModRef;
 290
 291   // Otherwise, a va_arg reads and writes.
 292   return ModRef;
 293 }
 294
 295 // AliasAnalysis destructor: DO NOT move this to the header file for
 296 // AliasAnalysis or else clients of the AliasAnalysis class may not depend on
 297 // the AliasAnalysis.o file in the current .a file, causing alias analysis
 298 // support to not be included in the tool correctly!
 299 //
 300 AliasAnalysis::~AliasAnalysis() {}
 301
 302 /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize the
 303 /// AliasAnalysis interface before any other methods are called.
 304 ///
 305 void AliasAnalysis::InitializeAliasAnalysis(Pass *P) {
 306   TD = P->getAnalysisIfAvailable<TargetData>();
 307   AA = &P->getAnalysis<AliasAnalysis>();
 308 }
 309
 310 // getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
 311 // directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
 312 void AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
 313   AU.addRequired<AliasAnalysis>();         // All AA's chain
 314 }
 315
 316 /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
 317 /// if known, or a conservative value otherwise.
 318 ///
 319 uint64_t AliasAnalysis::getTypeStoreSize(const Type *Ty) {
 320   return TD ? TD->getTypeStoreSize(Ty) : UnknownSize;
 321 }
 322
 323 /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
 324 /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
 325 ///
 326 bool AliasAnalysis::canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB,
 327                                         const Location &Loc) {
 328   return canInstructionRangeModify(BB.front(), BB.back(), Loc);
 329 }
 330
 331 /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the execution
 332 /// of the specified instructions to modify the value pointed to by Ptr.  The
 333 /// instructions to consider are all of the instructions in the range of [I1,I2]
 334 /// INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
 335 ///
 336 bool AliasAnalysis::canInstructionRangeModify(const Instruction &I1,
 337                                               const Instruction &I2,
 338                                               const Location &Loc) {
 339   assert(I1.getParent() == I2.getParent() &&
 340          "Instructions not in same basic block!");
 341   BasicBlock::const_iterator I = &I1;
 342   BasicBlock::const_iterator E = &I2;
 343   ++E;  // Convert from inclusive to exclusive range.
 344
 345   for (; I != E; ++I) // Check every instruction in range
 346     if (getModRefInfo(I, Loc) & Mod)
 347       return true;
 348   return false;
 349 }
 350
 351 /// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
 352 /// function.
 353 bool llvm::isNoAliasCall(const Value *V) {
 354   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V))
 355     return ImmutableCallSite(cast<Instruction>(V))
 356       .paramHasAttr(0, Attribute::NoAlias);
 357   return false;
 358 }
 359
 360 /// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
 361 /// identifiable object.  This returns true for:
 362 ///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
 363 ///    Allocas and Mallocs
 364 ///    ByVal and NoAlias Arguments
 365 ///    NoAlias returns
 366 ///
 367 bool llvm::isIdentifiedObject(const Value *V) {
 368   if (isa<AllocaInst>(V))
 369     return true;
 370   if (isa<GlobalValue>(V) && !isa<GlobalAlias>(V))
 371     return true;
 372   if (isNoAliasCall(V))
 373     return true;
 374   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
 375     return A->hasNoAliasAttr() || A->hasByValAttr();
 376   return false;
 377 }