62dc7af2f16b20ec011042655b338be5f96d627c
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / DataStructure / Local.cpp
1 //===- Local.cpp - Compute a local data structure graph for a function ----===//
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 // Compute the local version of the data structure graph for a function.  The
11 // external interface to this file is the DSGraph constructor.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/Analysis/DataStructure.h"
16 #include "llvm/Analysis/DSGraph.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18 #include "llvm/DerivedTypes.h"
19 #include "llvm/Instructions.h"
20 #include "llvm/Intrinsics.h"
21 #include "llvm/Support/GetElementPtrTypeIterator.h"
22 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
23 #include "llvm/Target/TargetData.h"
24 #include "Support/CommandLine.h"
25 #include "Support/Debug.h"
26 #include "Support/Timer.h"
27 #include <iostream>
28
29 // FIXME: This should eventually be a FunctionPass that is automatically
30 // aggregated into a Pass.
31 //
32 #include "llvm/Module.h"
33
34 using namespace llvm;
35
36 static RegisterAnalysis<LocalDataStructures>
37 X("datastructure", "Local Data Structure Analysis");
38
39 static cl::opt<bool>
40 TrackIntegersAsPointers("dsa-track-integers",
41          cl::desc("If this is set, track integers as potential pointers"));
42
43 namespace llvm {
44 namespace DS {
45   // isPointerType - Return true if this type is big enough to hold a pointer.
46   bool isPointerType(const Type *Ty) {
47     if (isa<PointerType>(Ty))
48       return true;
49     else if (TrackIntegersAsPointers && Ty->isPrimitiveType() &&Ty->isInteger())
50       return Ty->getPrimitiveSize() >= PointerSize;
51     return false;
52   }
53 }}
54
55 using namespace DS;
56
57 namespace {
58   cl::opt<bool>
59   DisableDirectCallOpt("disable-direct-call-dsopt", cl::Hidden,
60                        cl::desc("Disable direct call optimization in "
61                                 "DSGraph construction"));
62   cl::opt<bool>
63   DisableFieldSensitivity("disable-ds-field-sensitivity", cl::Hidden,
64                           cl::desc("Disable field sensitivity in DSGraphs"));
65
66   //===--------------------------------------------------------------------===//
67   //  GraphBuilder Class
68   //===--------------------------------------------------------------------===//
69   //
70   /// This class is the builder class that constructs the local data structure
71   /// graph by performing a single pass over the function in question.
72   ///
73   class GraphBuilder : InstVisitor<GraphBuilder> {
74     DSGraph &G;
75     DSNodeHandle *RetNode;               // Node that gets returned...
76     DSScalarMap &ScalarMap;
77     std::vector<DSCallSite> *FunctionCalls;
78
79   public:
80     GraphBuilder(Function &f, DSGraph &g, DSNodeHandle &retNode, 
81                  std::vector<DSCallSite> &fc)
82       : G(g), RetNode(&retNode), ScalarMap(G.getScalarMap()),
83         FunctionCalls(&fc) {
84
85       // Create scalar nodes for all pointer arguments...
86       for (Function::aiterator I = f.abegin(), E = f.aend(); I != E; ++I)
87         if (isPointerType(I->getType()))
88           getValueDest(*I);
89
90       visit(f);  // Single pass over the function
91     }
92
93     // GraphBuilder ctor for working on the globals graph
94     GraphBuilder(DSGraph &g)
95       : G(g), RetNode(0), ScalarMap(G.getScalarMap()), FunctionCalls(0) {
96     }
97
98     void mergeInGlobalInitializer(GlobalVariable *GV);
99
100   private:
101     // Visitor functions, used to handle each instruction type we encounter...
102     friend class InstVisitor<GraphBuilder>;
103     void visitMallocInst(MallocInst &MI) { handleAlloc(MI, true); }
104     void visitAllocaInst(AllocaInst &AI) { handleAlloc(AI, false); }
105     void handleAlloc(AllocationInst &AI, bool isHeap);
106
107     void visitPHINode(PHINode &PN);
108
109     void visitGetElementPtrInst(User &GEP);
110     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
111     void visitLoadInst(LoadInst &LI);
112     void visitStoreInst(StoreInst &SI);
113     void visitCallInst(CallInst &CI);
114     void visitInvokeInst(InvokeInst &II);
115     void visitSetCondInst(SetCondInst &SCI) {}  // SetEQ & friends are ignored
116     void visitFreeInst(FreeInst &FI);
117     void visitCastInst(CastInst &CI);
118     void visitInstruction(Instruction &I);
119
120     void visitCallSite(CallSite CS);
121     void visitVANextInst(VANextInst &I);
122     void visitVAArgInst(VAArgInst   &I);
123
124     void MergeConstantInitIntoNode(DSNodeHandle &NH, Constant *C);
125   private:
126     // Helper functions used to implement the visitation functions...
127
128     /// createNode - Create a new DSNode, ensuring that it is properly added to
129     /// the graph.
130     ///
131     DSNode *createNode(const Type *Ty = 0) {
132       DSNode *N = new DSNode(Ty, &G);   // Create the node
133       if (DisableFieldSensitivity) {
134         // Create node handle referring to the old node so that it is
135         // immediately removed from the graph when the node handle is destroyed.
136         DSNodeHandle OldNNH = N;
137         N->foldNodeCompletely();
138         if (DSNode *FN = N->getForwardNode())
139           N = FN;
140       }
141       return N;
142     }
143
144     /// setDestTo - Set the ScalarMap entry for the specified value to point to
145     /// the specified destination.  If the Value already points to a node, make
146     /// sure to merge the two destinations together.
147     ///
148     void setDestTo(Value &V, const DSNodeHandle &NH);
149
150     /// getValueDest - Return the DSNode that the actual value points to. 
151     ///
152     DSNodeHandle getValueDest(Value &V);
153
154     /// getLink - This method is used to return the specified link in the
155     /// specified node if one exists.  If a link does not already exist (it's
156     /// null), then we create a new node, link it, then return it.
157     ///
158     DSNodeHandle &getLink(const DSNodeHandle &Node, unsigned Link = 0);
159   };
160 }
161
162 using namespace DS;
163
164 //===----------------------------------------------------------------------===//
165 // DSGraph constructor - Simply use the GraphBuilder to construct the local
166 // graph.
167 DSGraph::DSGraph(const TargetData &td, Function &F, DSGraph *GG)
168   : GlobalsGraph(GG), TD(td) {
169   PrintAuxCalls = false;
170
171   DEBUG(std::cerr << "  [Loc] Calculating graph for: " << F.getName() << "\n");
172
173   // Use the graph builder to construct the local version of the graph
174   GraphBuilder B(F, *this, ReturnNodes[&F], FunctionCalls);
175 #ifndef NDEBUG
176   Timer::addPeakMemoryMeasurement();
177 #endif
178
179   // Remove all integral constants from the scalarmap!
180   for (DSScalarMap::iterator I = ScalarMap.begin(); I != ScalarMap.end();)
181     if (isa<ConstantIntegral>(I->first))
182       ScalarMap.erase(I++);
183     else
184       ++I;
185
186   // If there are any constant globals referenced in this function, merge their
187   // initializers into the local graph from the globals graph.
188   if (ScalarMap.global_begin() != ScalarMap.global_end()) {
189     ReachabilityCloner RC(*this, *GG, 0);
190     
191     for (DSScalarMap::global_iterator I = ScalarMap.global_begin();
192          I != ScalarMap.global_end(); ++I)
193       if (GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(*I))
194         if (!GV->isExternal() && GV->isConstant())
195           RC.merge(ScalarMap[GV], GG->ScalarMap[GV]);
196   }
197
198   markIncompleteNodes(DSGraph::MarkFormalArgs);
199
200   // Remove any nodes made dead due to merging...
201   removeDeadNodes(DSGraph::KeepUnreachableGlobals);
202 }
203
204
205 //===----------------------------------------------------------------------===//
206 // Helper method implementations...
207 //
208
209 /// getValueDest - Return the DSNode that the actual value points to.
210 ///
211 DSNodeHandle GraphBuilder::getValueDest(Value &Val) {
212   Value *V = &Val;
213   if (V == Constant::getNullValue(V->getType()))
214     return 0;  // Null doesn't point to anything, don't add to ScalarMap!
215
216   DSNodeHandle &NH = ScalarMap[V];
217   if (NH.getNode())
218     return NH;     // Already have a node?  Just return it...
219
220   // Otherwise we need to create a new node to point to.
221   // Check first for constant expressions that must be traversed to
222   // extract the actual value.
223   if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
224     if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(C)) {
225       return NH = getValueDest(*CPR->getValue());
226     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
227       if (CE->getOpcode() == Instruction::Cast)
228         NH = getValueDest(*CE->getOperand(0));
229       else if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
230         visitGetElementPtrInst(*CE);
231         DSScalarMap::iterator I = ScalarMap.find(CE);
232         assert(I != ScalarMap.end() && "GEP didn't get processed right?");
233         NH = I->second;
234       } else {
235         // This returns a conservative unknown node for any unhandled ConstExpr
236         return NH = createNode()->setUnknownNodeMarker();
237       }
238       if (NH.getNode() == 0) {  // (getelementptr null, X) returns null
239         ScalarMap.erase(V);
240         return 0;
241       }
242       return NH;
243
244     } else if (ConstantIntegral *CI = dyn_cast<ConstantIntegral>(C)) {
245       // Random constants are unknown mem
246       return NH = createNode()->setUnknownNodeMarker();
247     } else {
248       assert(0 && "Unknown constant type!");
249     }
250
251   // Otherwise we need to create a new node to point to...
252   DSNode *N;
253   if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
254     // Create a new global node for this global variable...
255     N = createNode(GV->getType()->getElementType());
256     N->addGlobal(GV);
257   } else {
258     // Otherwise just create a shadow node
259     N = createNode();
260   }
261
262   NH.setTo(N, 0);      // Remember that we are pointing to it...
263   return NH;
264 }
265
266
267 /// getLink - This method is used to return the specified link in the
268 /// specified node if one exists.  If a link does not already exist (it's
269 /// null), then we create a new node, link it, then return it.  We must
270 /// specify the type of the Node field we are accessing so that we know what
271 /// type should be linked to if we need to create a new node.
272 ///
273 DSNodeHandle &GraphBuilder::getLink(const DSNodeHandle &node, unsigned LinkNo) {
274   DSNodeHandle &Node = const_cast<DSNodeHandle&>(node);
275   DSNodeHandle &Link = Node.getLink(LinkNo);
276   if (!Link.getNode()) {
277     // If the link hasn't been created yet, make and return a new shadow node
278     Link = createNode();
279   }
280   return Link;
281 }
282
283
284 /// setDestTo - Set the ScalarMap entry for the specified value to point to the
285 /// specified destination.  If the Value already points to a node, make sure to
286 /// merge the two destinations together.
287 ///
288 void GraphBuilder::setDestTo(Value &V, const DSNodeHandle &NH) {
289   ScalarMap[&V].mergeWith(NH);
290 }
291
292
293 //===----------------------------------------------------------------------===//
294 // Specific instruction type handler implementations...
295 //
296
297 /// Alloca & Malloc instruction implementation - Simply create a new memory
298 /// object, pointing the scalar to it.
299 ///
300 void GraphBuilder::handleAlloc(AllocationInst &AI, bool isHeap) {
301   DSNode *N = createNode();
302   if (isHeap)
303     N->setHeapNodeMarker();
304   else
305     N->setAllocaNodeMarker();
306   setDestTo(AI, N);
307 }
308
309 // PHINode - Make the scalar for the PHI node point to all of the things the
310 // incoming values point to... which effectively causes them to be merged.
311 //
312 void GraphBuilder::visitPHINode(PHINode &PN) {
313   if (!isPointerType(PN.getType())) return; // Only pointer PHIs
314
315   DSNodeHandle &PNDest = ScalarMap[&PN];
316   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
317     PNDest.mergeWith(getValueDest(*PN.getIncomingValue(i)));
318 }
319
320 void GraphBuilder::visitGetElementPtrInst(User &GEP) {
321   DSNodeHandle Value = getValueDest(*GEP.getOperand(0));
322   if (Value.getNode() == 0) return;
323
324   // As a special case, if all of the index operands of GEP are constant zeros,
325   // handle this just like we handle casts (ie, don't do much).
326   bool AllZeros = true;
327   for (unsigned i = 1, e = GEP.getNumOperands(); i != e; ++i)
328     if (GEP.getOperand(i) !=
329            Constant::getNullValue(GEP.getOperand(i)->getType())) {
330       AllZeros = false;
331       break;
332     }
333
334   // If all of the indices are zero, the result points to the operand without
335   // applying the type.
336   if (AllZeros) {
337     setDestTo(GEP, Value);
338     return;
339   }
340
341
342   const PointerType *PTy = cast<PointerType>(GEP.getOperand(0)->getType());
343   const Type *CurTy = PTy->getElementType();
344
345   if (Value.getNode()->mergeTypeInfo(CurTy, Value.getOffset())) {
346     // If the node had to be folded... exit quickly
347     setDestTo(GEP, Value);  // GEP result points to folded node
348     return;
349   }
350
351   const TargetData &TD = Value.getNode()->getTargetData();
352
353 #if 0
354   // Handle the pointer index specially...
355   if (GEP.getNumOperands() > 1 &&
356       (!isa<Constant>(GEP.getOperand(1)) ||
357        !cast<Constant>(GEP.getOperand(1))->isNullValue())) {
358
359     // If we already know this is an array being accessed, don't do anything...
360     if (!TopTypeRec.isArray) {
361       TopTypeRec.isArray = true;
362
363       // If we are treating some inner field pointer as an array, fold the node
364       // up because we cannot handle it right.  This can come because of
365       // something like this:  &((&Pt->X)[1]) == &Pt->Y
366       //
367       if (Value.getOffset()) {
368         // Value is now the pointer we want to GEP to be...
369         Value.getNode()->foldNodeCompletely();
370         setDestTo(GEP, Value);  // GEP result points to folded node
371         return;
372       } else {
373         // This is a pointer to the first byte of the node.  Make sure that we
374         // are pointing to the outter most type in the node.
375         // FIXME: We need to check one more case here...
376       }
377     }
378   }
379 #endif
380
381   // All of these subscripts are indexing INTO the elements we have...
382   unsigned Offset = 0;
383   for (gep_type_iterator I = gep_type_begin(GEP), E = gep_type_end(GEP);
384        I != E; ++I)
385     if (const StructType *STy = dyn_cast<StructType>(*I)) {
386       unsigned FieldNo = cast<ConstantUInt>(I.getOperand())->getValue();
387       Offset += TD.getStructLayout(STy)->MemberOffsets[FieldNo];
388     } else if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(*I)) {
389       if (!isa<Constant>(I.getOperand()) ||
390           !cast<Constant>(I.getOperand())->isNullValue())
391         Value.getNode()->setArrayMarker();
392     }
393
394
395 #if 0
396     if (const SequentialType *STy = cast<SequentialType>(*I)) {
397       CurTy = STy->getElementType();
398       if (ConstantSInt *CS = dyn_cast<ConstantSInt>(GEP.getOperand(i))) {
399         Offset += CS->getValue()*TD.getTypeSize(CurTy);
400       } else {
401         // Variable index into a node.  We must merge all of the elements of the
402         // sequential type here.
403         if (isa<PointerType>(STy))
404           std::cerr << "Pointer indexing not handled yet!\n";
405         else {
406           const ArrayType *ATy = cast<ArrayType>(STy);
407           unsigned ElSize = TD.getTypeSize(CurTy);
408           DSNode *N = Value.getNode();
409           assert(N && "Value must have a node!");
410           unsigned RawOffset = Offset+Value.getOffset();
411
412           // Loop over all of the elements of the array, merging them into the
413           // zeroth element.
414           for (unsigned i = 1, e = ATy->getNumElements(); i != e; ++i)
415             // Merge all of the byte components of this array element
416             for (unsigned j = 0; j != ElSize; ++j)
417               N->mergeIndexes(RawOffset+j, RawOffset+i*ElSize+j);
418         }
419       }
420     }
421 #endif
422
423   // Add in the offset calculated...
424   Value.setOffset(Value.getOffset()+Offset);
425
426   // Value is now the pointer we want to GEP to be...
427   setDestTo(GEP, Value);
428 }
429
430 void GraphBuilder::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
431   DSNodeHandle Ptr = getValueDest(*LI.getOperand(0));
432   if (Ptr.getNode() == 0) return;
433
434   // Make that the node is read from...
435   Ptr.getNode()->setReadMarker();
436
437   // Ensure a typerecord exists...
438   Ptr.getNode()->mergeTypeInfo(LI.getType(), Ptr.getOffset(), false);
439
440   if (isPointerType(LI.getType()))
441     setDestTo(LI, getLink(Ptr));
442 }
443
444 void GraphBuilder::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
445   const Type *StoredTy = SI.getOperand(0)->getType();
446   DSNodeHandle Dest = getValueDest(*SI.getOperand(1));
447   if (Dest.isNull()) return;
448
449   // Mark that the node is written to...
450   Dest.getNode()->setModifiedMarker();
451
452   // Ensure a type-record exists...
453   Dest.getNode()->mergeTypeInfo(StoredTy, Dest.getOffset());
454
455   // Avoid adding edges from null, or processing non-"pointer" stores
456   if (isPointerType(StoredTy))
457     Dest.addEdgeTo(getValueDest(*SI.getOperand(0)));
458 }
459
460 void GraphBuilder::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
461   if (RI.getNumOperands() && isPointerType(RI.getOperand(0)->getType()))
462     RetNode->mergeWith(getValueDest(*RI.getOperand(0)));
463 }
464
465 void GraphBuilder::visitVANextInst(VANextInst &I) {
466   getValueDest(*I.getOperand(0)).mergeWith(getValueDest(I));
467 }
468
469 void GraphBuilder::visitVAArgInst(VAArgInst &I) {
470   DSNodeHandle Ptr = getValueDest(*I.getOperand(0));
471   if (Ptr.isNull()) return;
472
473   // Make that the node is read from.
474   Ptr.getNode()->setReadMarker();
475
476   // Ensure a typerecord exists...
477   Ptr.getNode()->mergeTypeInfo(I.getType(), Ptr.getOffset(), false);
478
479   if (isPointerType(I.getType()))
480     setDestTo(I, getLink(Ptr));
481 }
482
483
484 void GraphBuilder::visitCallInst(CallInst &CI) {
485   visitCallSite(&CI);
486 }
487
488 void GraphBuilder::visitInvokeInst(InvokeInst &II) {
489   visitCallSite(&II);
490 }
491
492 void GraphBuilder::visitCallSite(CallSite CS) {
493   Value *Callee = CS.getCalledValue();
494   if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(Callee))
495     Callee = CPR->getValue();
496
497   // Special case handling of certain libc allocation functions here.
498   if (Function *F = dyn_cast<Function>(Callee))
499     if (F->isExternal())
500       switch (F->getIntrinsicID()) {
501       case Intrinsic::vastart:
502         getValueDest(*CS.getInstruction()).getNode()->setAllocaNodeMarker();
503         return;
504       case Intrinsic::vacopy:
505         getValueDest(*CS.getInstruction()).
506           mergeWith(getValueDest(**(CS.arg_begin())));
507         return;
508       case Intrinsic::vaend:
509         return;  // noop
510       case Intrinsic::memmove:
511       case Intrinsic::memcpy: {
512         // Merge the first & second arguments, and mark the memory read and
513         // modified.
514         DSNodeHandle RetNH = getValueDest(**CS.arg_begin());
515         RetNH.mergeWith(getValueDest(**(CS.arg_begin()+1)));
516         if (DSNode *N = RetNH.getNode())
517           N->setModifiedMarker()->setReadMarker();
518         return;
519       }
520       case Intrinsic::memset:
521         // Mark the memory modified.
522         if (DSNode *N = getValueDest(**CS.arg_begin()).getNode())
523           N->setModifiedMarker();
524         return;
525       default:
526         if (F->getName() == "calloc" || F->getName() == "posix_memalign" ||
527             F->getName() == "memalign" || F->getName() == "valloc") {
528           setDestTo(*CS.getInstruction(),
529                     createNode()->setHeapNodeMarker()->setModifiedMarker());
530           return;
531         } else if (F->getName() == "realloc") {
532           DSNodeHandle RetNH = getValueDest(*CS.getInstruction());
533           RetNH.mergeWith(getValueDest(**CS.arg_begin()));
534           if (DSNode *N = RetNH.getNode())
535             N->setHeapNodeMarker()->setModifiedMarker()->setReadMarker();
536           return;
537         } else if (F->getName() == "memmove") {
538           // Merge the first & second arguments, and mark the memory read and
539           // modified.
540           DSNodeHandle RetNH = getValueDest(**CS.arg_begin());
541           RetNH.mergeWith(getValueDest(**(CS.arg_begin()+1)));
542           if (DSNode *N = RetNH.getNode())
543             N->setModifiedMarker()->setReadMarker();
544           return;
545
546         } else if (F->getName() == "atoi" || F->getName() == "atof" ||
547                    F->getName() == "atol" || F->getName() == "atoll" ||
548                    F->getName() == "remove" || F->getName() == "unlink" ||
549                    F->getName() == "rename" || F->getName() == "memcmp" ||
550                    F->getName() == "strcmp" || F->getName() == "strncmp" ||
551                    F->getName() == "execl" || F->getName() == "execlp" ||
552                    F->getName() == "execle" || F->getName() == "execv" ||
553                    F->getName() == "execvp" || F->getName() == "chmod" ||
554                    F->getName() == "puts" || F->getName() == "write" ||
555                    F->getName() == "open" || F->getName() == "create" ||
556                    F->getName() == "truncate" || F->getName() == "chdir" ||
557                    F->getName() == "mkdir" || F->getName() == "rmdir") {
558           // These functions read all of their pointer operands.
559           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
560                AI != E; ++AI) {
561             if (isPointerType((*AI)->getType()))
562               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
563                 N->setReadMarker();   
564           }
565           return;
566         } else if (F->getName() == "read" || F->getName() == "pipe" ||
567                    F->getName() == "wait" || F->getName() == "time") {
568           // These functions write all of their pointer operands.
569           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
570                AI != E; ++AI) {
571             if (isPointerType((*AI)->getType()))
572               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
573                 N->setModifiedMarker();   
574           }
575           return;
576         } else if (F->getName() == "stat" || F->getName() == "fstat" ||
577                    F->getName() == "lstat") {
578           // These functions read their first operand if its a pointer.
579           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
580           if (isPointerType((*AI)->getType())) {
581             DSNodeHandle Path = getValueDest(**AI);
582             if (DSNode *N = Path.getNode()) N->setReadMarker();
583           }
584
585           // Then they write into the stat buffer.
586           DSNodeHandle StatBuf = getValueDest(**++AI);
587           if (DSNode *N = StatBuf.getNode()) {
588             N->setModifiedMarker();
589             const Type *StatTy = F->getFunctionType()->getParamType(1);
590             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(StatTy))
591               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), StatBuf.getOffset());
592           }
593           return;
594         } else if (F->getName() == "strtod" || F->getName() == "strtof" ||
595                    F->getName() == "strtold") {
596           // These functions read the first pointer
597           if (DSNode *Str = getValueDest(**CS.arg_begin()).getNode()) {
598             Str->setReadMarker();
599             // If the second parameter is passed, it will point to the first
600             // argument node.
601             const DSNodeHandle &EndPtrNH = getValueDest(**(CS.arg_begin()+1));
602             if (DSNode *End = EndPtrNH.getNode()) {
603               End->mergeTypeInfo(PointerType::get(Type::SByteTy),
604                                  EndPtrNH.getOffset(), false);
605               End->setModifiedMarker();
606               DSNodeHandle &Link = getLink(EndPtrNH);
607               Link.mergeWith(getValueDest(**CS.arg_begin()));
608             }
609           }
610
611           return;
612         } else if (F->getName() == "fopen" || F->getName() == "fdopen" ||
613                    F->getName() == "freopen") {
614           // These functions read all of their pointer operands.
615           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
616                AI != E; ++AI)
617             if (isPointerType((*AI)->getType()))
618               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
619                 N->setReadMarker();
620           
621           // fopen allocates in an unknown way and writes to the file
622           // descriptor.  Also, merge the allocated type into the node.
623           DSNodeHandle Result = getValueDest(*CS.getInstruction());
624           if (DSNode *N = Result.getNode()) {
625             N->setModifiedMarker()->setUnknownNodeMarker();
626             const Type *RetTy = F->getFunctionType()->getReturnType();
627             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(RetTy))
628               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), Result.getOffset());
629           }
630
631           // If this is freopen, merge the file descriptor passed in with the
632           // result.
633           if (F->getName() == "freopen")
634             Result.mergeWith(getValueDest(**--CS.arg_end()));
635
636           return;
637         } else if (F->getName() == "fclose" && CS.arg_end()-CS.arg_begin() ==1){
638           // fclose reads and deallocates the memory in an unknown way for the
639           // file descriptor.  It merges the FILE type into the descriptor.
640           DSNodeHandle H = getValueDest(**CS.arg_begin());
641           if (DSNode *N = H.getNode()) {
642             N->setReadMarker()->setUnknownNodeMarker();
643             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(0);
644             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
645               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
646           }
647           return;
648         } else if (CS.arg_end()-CS.arg_begin() == 1 && 
649                    (F->getName() == "fflush" || F->getName() == "feof" ||
650                     F->getName() == "fileno" || F->getName() == "clearerr" ||
651                     F->getName() == "rewind" || F->getName() == "ftell" ||
652                     F->getName() == "ferror" || F->getName() == "fgetc" ||
653                     F->getName() == "fgetc" || F->getName() == "_IO_getc")) {
654           // fflush reads and writes the memory for the file descriptor.  It
655           // merges the FILE type into the descriptor.
656           DSNodeHandle H = getValueDest(**CS.arg_begin());
657           if (DSNode *N = H.getNode()) {
658             N->setReadMarker()->setModifiedMarker();
659           
660             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(0);
661             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
662               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
663           }
664           return;
665         } else if (CS.arg_end()-CS.arg_begin() == 4 && 
666                    (F->getName() == "fwrite" || F->getName() == "fread")) {
667           // fread writes the first operand, fwrite reads it.  They both
668           // read/write the FILE descriptor, and merges the FILE type.
669           DSNodeHandle H = getValueDest(**--CS.arg_end());
670           if (DSNode *N = H.getNode()) {
671             N->setReadMarker()->setModifiedMarker();
672             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(3);
673             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
674               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
675           }
676
677           H = getValueDest(**CS.arg_begin());
678           if (DSNode *N = H.getNode())
679             if (F->getName() == "fwrite")
680               N->setReadMarker();
681             else
682               N->setModifiedMarker();
683           return;
684         } else if (F->getName() == "fgets" && CS.arg_end()-CS.arg_begin() == 3){
685           // fgets reads and writes the memory for the file descriptor.  It
686           // merges the FILE type into the descriptor, and writes to the
687           // argument.  It returns the argument as well.
688           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
689           DSNodeHandle H = getValueDest(**AI);
690           if (DSNode *N = H.getNode())
691             N->setModifiedMarker();                        // Writes buffer
692           H.mergeWith(getValueDest(*CS.getInstruction())); // Returns buffer
693           ++AI; ++AI;
694
695           // Reads and writes file descriptor, merge in FILE type.
696           H = getValueDest(**AI);
697           if (DSNode *N = H.getNode()) {
698             N->setReadMarker()->setModifiedMarker();
699             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(2);
700             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
701               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
702           }
703           return;
704         } else if (F->getName() == "ungetc" || F->getName() == "fputc" ||
705                    F->getName() == "fputs" || F->getName() == "putc" ||
706                    F->getName() == "ftell" || F->getName() == "rewind" ||
707                    F->getName() == "_IO_putc") {
708           // These functions read and write the memory for the file descriptor,
709           // which is passes as the last argument.
710           DSNodeHandle H = getValueDest(**--CS.arg_end());
711           if (DSNode *N = H.getNode()) {
712             N->setReadMarker()->setModifiedMarker();
713             const Type *ArgTy = *--F->getFunctionType()->param_end();
714             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
715               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
716           }
717
718           // Any pointer arguments are read.
719           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
720                AI != E; ++AI)
721             if (isPointerType((*AI)->getType()))
722               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
723                 N->setReadMarker();   
724           return;
725         } else if (F->getName() == "fseek" || F->getName() == "fgetpos" ||
726                    F->getName() == "fsetpos") {
727           // These functions read and write the memory for the file descriptor,
728           // and read/write all other arguments.
729           DSNodeHandle H = getValueDest(**CS.arg_begin());
730           if (DSNode *N = H.getNode()) {
731             const Type *ArgTy = *--F->getFunctionType()->param_end();
732             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
733               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
734           }
735
736           // Any pointer arguments are read.
737           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
738                AI != E; ++AI)
739             if (isPointerType((*AI)->getType()))
740               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
741                 N->setReadMarker()->setModifiedMarker();
742           return;
743         } else if (F->getName() == "printf" || F->getName() == "fprintf" ||
744                    F->getName() == "sprintf") {
745           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
746
747           if (F->getName() == "fprintf") {
748             // fprintf reads and writes the FILE argument, and applies the type
749             // to it.
750             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI);
751             if (DSNode *N = H.getNode()) {
752               N->setModifiedMarker();
753               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
754               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
755                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
756             }
757           } else if (F->getName() == "sprintf") {
758             // sprintf writes the first string argument.
759             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI++);
760             if (DSNode *N = H.getNode()) {
761               N->setModifiedMarker();
762               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
763               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
764                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
765             }
766           }
767
768           for (; AI != E; ++AI) {
769             // printf reads all pointer arguments.
770             if (isPointerType((*AI)->getType()))
771               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
772                 N->setReadMarker();   
773           }
774           return;
775         } else if (F->getName() == "vprintf" || F->getName() == "vfprintf" ||
776                    F->getName() == "vsprintf") {
777           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
778
779           if (F->getName() == "vfprintf") {
780             // ffprintf reads and writes the FILE argument, and applies the type
781             // to it.
782             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI);
783             if (DSNode *N = H.getNode()) {
784               N->setModifiedMarker()->setReadMarker();
785               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
786               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
787                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
788             }
789             ++AI;
790           } else if (F->getName() == "vsprintf") {
791             // vsprintf writes the first string argument.
792             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI++);
793             if (DSNode *N = H.getNode()) {
794               N->setModifiedMarker();
795               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
796               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
797                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
798             }
799           }
800
801           // Read the format
802           if (AI != E) {
803             if (isPointerType((*AI)->getType()))
804               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
805                 N->setReadMarker();
806             ++AI;
807           }
808           
809           // Read the valist, and the pointed-to objects.
810           if (AI != E && isPointerType((*AI)->getType())) {
811             const DSNodeHandle &VAList = getValueDest(**AI);
812             if (DSNode *N = VAList.getNode()) {
813               N->setReadMarker();
814               N->mergeTypeInfo(PointerType::get(Type::SByteTy),
815                                VAList.getOffset(), false);
816
817               DSNodeHandle &VAListObjs = getLink(VAList);
818               VAListObjs.getNode()->setReadMarker();
819             }
820           }
821
822           return;
823         } else if (F->getName() == "scanf" || F->getName() == "fscanf" ||
824                    F->getName() == "sscanf") {
825           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
826
827           if (F->getName() == "fscanf") {
828             // fscanf reads and writes the FILE argument, and applies the type
829             // to it.
830             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI);
831             if (DSNode *N = H.getNode()) {
832               N->setReadMarker();
833               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
834               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
835                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
836             }
837           } else if (F->getName() == "sscanf") {
838             // sscanf reads the first string argument.
839             DSNodeHandle H = getValueDest(**AI++);
840             if (DSNode *N = H.getNode()) {
841               N->setReadMarker();
842               const Type *ArgTy = (*AI)->getType();
843               if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
844                 N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
845             }
846           }
847
848           for (; AI != E; ++AI) {
849             // scanf writes all pointer arguments.
850             if (isPointerType((*AI)->getType()))
851               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
852                 N->setModifiedMarker();   
853           }
854           return;
855         } else if (F->getName() == "strtok") {
856           // strtok reads and writes the first argument, returning it.  It reads
857           // its second arg.  FIXME: strtok also modifies some hidden static
858           // data.  Someday this might matter.
859           CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin();
860           DSNodeHandle H = getValueDest(**AI++);
861           if (DSNode *N = H.getNode()) {
862             N->setReadMarker()->setModifiedMarker();      // Reads/Writes buffer
863             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(0);
864             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
865               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
866           }
867           H.mergeWith(getValueDest(*CS.getInstruction())); // Returns buffer
868
869           H = getValueDest(**AI);       // Reads delimiter
870           if (DSNode *N = H.getNode()) {
871             N->setReadMarker();
872             const Type *ArgTy = F->getFunctionType()->getParamType(1);
873             if (const PointerType *PTy = dyn_cast<PointerType>(ArgTy))
874               N->mergeTypeInfo(PTy->getElementType(), H.getOffset());
875           }
876           return;
877         } else if (F->getName() == "strchr" || F->getName() == "strrchr" ||
878                    F->getName() == "strstr") {
879           // These read their arguments, and return the first one
880           DSNodeHandle H = getValueDest(**CS.arg_begin());
881           H.mergeWith(getValueDest(*CS.getInstruction())); // Returns buffer
882
883           for (CallSite::arg_iterator AI = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
884                AI != E; ++AI)
885             if (isPointerType((*AI)->getType()))
886               if (DSNode *N = getValueDest(**AI).getNode())
887                 N->setReadMarker();
888     
889           if (DSNode *N = H.getNode())
890             N->setReadMarker();
891           return;
892         } else if (F->getName() == "modf" && CS.arg_end()-CS.arg_begin() == 2) {
893           // This writes its second argument, and forces it to double.
894           DSNodeHandle H = getValueDest(**--CS.arg_end());
895           if (DSNode *N = H.getNode()) {
896             N->setModifiedMarker();
897             N->mergeTypeInfo(Type::DoubleTy, H.getOffset());
898           }
899           return;
900         } else {
901           // Unknown function, warn if it returns a pointer type or takes a
902           // pointer argument.
903           bool Warn = isPointerType(CS.getInstruction()->getType());
904           if (!Warn)
905             for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end();
906                  I != E; ++I)
907               if (isPointerType((*I)->getType())) {
908                 Warn = true;
909                 break;
910               }
911           if (Warn)
912             std::cerr << "WARNING: Call to unknown external function '"
913                       << F->getName() << "' will cause pessimistic results!\n";
914         }
915       }
916
917
918   // Set up the return value...
919   DSNodeHandle RetVal;
920   Instruction *I = CS.getInstruction();
921   if (isPointerType(I->getType()))
922     RetVal = getValueDest(*I);
923
924   DSNode *CalleeNode = 0;
925   if (DisableDirectCallOpt || !isa<Function>(Callee)) {
926     CalleeNode = getValueDest(*Callee).getNode();
927     if (CalleeNode == 0) {
928       std::cerr << "WARNING: Program is calling through a null pointer?\n"<< *I;
929       return;  // Calling a null pointer?
930     }
931   }
932
933   std::vector<DSNodeHandle> Args;
934   Args.reserve(CS.arg_end()-CS.arg_begin());
935
936   // Calculate the arguments vector...
937   for (CallSite::arg_iterator I = CS.arg_begin(), E = CS.arg_end(); I != E; ++I)
938     if (isPointerType((*I)->getType()))
939       Args.push_back(getValueDest(**I));
940
941   // Add a new function call entry...
942   if (CalleeNode)
943     FunctionCalls->push_back(DSCallSite(CS, RetVal, CalleeNode, Args));
944   else
945     FunctionCalls->push_back(DSCallSite(CS, RetVal, cast<Function>(Callee),
946                                         Args));
947 }
948
949 void GraphBuilder::visitFreeInst(FreeInst &FI) {
950   // Mark that the node is written to...
951   if (DSNode *N = getValueDest(*FI.getOperand(0)).getNode())
952     N->setModifiedMarker()->setHeapNodeMarker();
953 }
954
955 /// Handle casts...
956 void GraphBuilder::visitCastInst(CastInst &CI) {
957   if (isPointerType(CI.getType()))
958     if (isPointerType(CI.getOperand(0)->getType())) {
959       // Cast one pointer to the other, just act like a copy instruction
960       setDestTo(CI, getValueDest(*CI.getOperand(0)));
961     } else {
962       // Cast something (floating point, small integer) to a pointer.  We need
963       // to track the fact that the node points to SOMETHING, just something we
964       // don't know about.  Make an "Unknown" node.
965       //
966       setDestTo(CI, createNode()->setUnknownNodeMarker());
967     }
968 }
969
970
971 // visitInstruction - For all other instruction types, if we have any arguments
972 // that are of pointer type, make them have unknown composition bits, and merge
973 // the nodes together.
974 void GraphBuilder::visitInstruction(Instruction &Inst) {
975   DSNodeHandle CurNode;
976   if (isPointerType(Inst.getType()))
977     CurNode = getValueDest(Inst);
978   for (User::op_iterator I = Inst.op_begin(), E = Inst.op_end(); I != E; ++I)
979     if (isPointerType((*I)->getType()))
980       CurNode.mergeWith(getValueDest(**I));
981
982   if (CurNode.getNode())
983     CurNode.getNode()->setUnknownNodeMarker();
984 }
985
986
987
988 //===----------------------------------------------------------------------===//
989 // LocalDataStructures Implementation
990 //===----------------------------------------------------------------------===//
991
992 // MergeConstantInitIntoNode - Merge the specified constant into the node
993 // pointed to by NH.
994 void GraphBuilder::MergeConstantInitIntoNode(DSNodeHandle &NH, Constant *C) {
995   // Ensure a type-record exists...
996   NH.getNode()->mergeTypeInfo(C->getType(), NH.getOffset());
997
998   if (C->getType()->isFirstClassType()) {
999     if (isPointerType(C->getType()))
1000       // Avoid adding edges from null, or processing non-"pointer" stores
1001       NH.addEdgeTo(getValueDest(*C));
1002     return;
1003   }
1004
1005   const TargetData &TD = NH.getNode()->getTargetData();
1006
1007   if (ConstantArray *CA = dyn_cast<ConstantArray>(C)) {
1008     for (unsigned i = 0, e = CA->getNumOperands(); i != e; ++i)
1009       // We don't currently do any indexing for arrays...
1010       MergeConstantInitIntoNode(NH, cast<Constant>(CA->getOperand(i)));
1011   } else if (ConstantStruct *CS = dyn_cast<ConstantStruct>(C)) {
1012     const StructLayout *SL = TD.getStructLayout(CS->getType());
1013     for (unsigned i = 0, e = CS->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1014       DSNodeHandle NewNH(NH.getNode(), NH.getOffset()+SL->MemberOffsets[i]);
1015       MergeConstantInitIntoNode(NewNH, cast<Constant>(CS->getOperand(i)));
1016     }
1017   } else if (ConstantAggregateZero *CAZ = dyn_cast<ConstantAggregateZero>(C)) {
1018     // Noop
1019   } else {
1020     assert(0 && "Unknown constant type!");
1021   }
1022 }
1023
1024 void GraphBuilder::mergeInGlobalInitializer(GlobalVariable *GV) {
1025   assert(!GV->isExternal() && "Cannot merge in external global!");
1026   // Get a node handle to the global node and merge the initializer into it.
1027   DSNodeHandle NH = getValueDest(*GV);
1028   MergeConstantInitIntoNode(NH, GV->getInitializer());
1029 }
1030
1031
1032 bool LocalDataStructures::run(Module &M) {
1033   GlobalsGraph = new DSGraph(getAnalysis<TargetData>());
1034
1035   const TargetData &TD = getAnalysis<TargetData>();
1036
1037   {
1038     GraphBuilder GGB(*GlobalsGraph);
1039     
1040     // Add initializers for all of the globals to the globals graph...
1041     for (Module::giterator I = M.gbegin(), E = M.gend(); I != E; ++I)
1042       if (!I->isExternal())
1043         GGB.mergeInGlobalInitializer(I);
1044   }
1045
1046   // Calculate all of the graphs...
1047   for (Module::iterator I = M.begin(), E = M.end(); I != E; ++I)
1048     if (!I->isExternal())
1049       DSInfo.insert(std::make_pair(I, new DSGraph(TD, *I, GlobalsGraph)));
1050
1051   GlobalsGraph->removeTriviallyDeadNodes();
1052   GlobalsGraph->markIncompleteNodes(DSGraph::MarkFormalArgs);
1053   return false;
1054 }
1055
1056 // releaseMemory - If the pass pipeline is done with this pass, we can release
1057 // our memory... here...
1058 //
1059 void LocalDataStructures::releaseMemory() {
1060   for (hash_map<Function*, DSGraph*>::iterator I = DSInfo.begin(),
1061          E = DSInfo.end(); I != E; ++I) {
1062     I->second->getReturnNodes().erase(I->first);
1063     if (I->second->getReturnNodes().empty())
1064       delete I->second;
1065   }
1066
1067   // Empty map so next time memory is released, data structures are not
1068   // re-deleted.
1069   DSInfo.clear();
1070   delete GlobalsGraph;
1071   GlobalsGraph = 0;
1072 }
1073