Re-enable 91381 with fixes.
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / IPA / Andersens.cpp
1 //===- Andersens.cpp - Andersen's Interprocedural Alias Analysis ----------===//
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 defines an implementation of Andersen's interprocedural alias
11 // analysis
12 //
13 // In pointer analysis terms, this is a subset-based, flow-insensitive,
14 // field-sensitive, and context-insensitive algorithm pointer algorithm.
15 //
16 // This algorithm is implemented as three stages:
17 //   1. Object identification.
18 //   2. Inclusion constraint identification.
19 //   3. Offline constraint graph optimization
20 //   4. Inclusion constraint solving.
21 //
22 // The object identification stage identifies all of the memory objects in the
23 // program, which includes globals, heap allocated objects, and stack allocated
24 // objects.
25 //
26 // The inclusion constraint identification stage finds all inclusion constraints
27 // in the program by scanning the program, looking for pointer assignments and
28 // other statements that effect the points-to graph.  For a statement like "A =
29 // B", this statement is processed to indicate that A can point to anything that
30 // B can point to.  Constraints can handle copies, loads, and stores, and
31 // address taking.
32 //
33 // The offline constraint graph optimization portion includes offline variable
34 // substitution algorithms intended to compute pointer and location
35 // equivalences.  Pointer equivalences are those pointers that will have the
36 // same points-to sets, and location equivalences are those variables that
37 // always appear together in points-to sets.  It also includes an offline
38 // cycle detection algorithm that allows cycles to be collapsed sooner 
39 // during solving.
40 //
41 // The inclusion constraint solving phase iteratively propagates the inclusion
42 // constraints until a fixed point is reached.  This is an O(N^3) algorithm.
43 //
44 // Function constraints are handled as if they were structs with X fields.
45 // Thus, an access to argument X of function Y is an access to node index
46 // getNode(Y) + X.  This representation allows handling of indirect calls
47 // without any issues.  To wit, an indirect call Y(a,b) is equivalent to
48 // *(Y + 1) = a, *(Y + 2) = b.
49 // The return node for a function is always located at getNode(F) +
50 // CallReturnPos. The arguments start at getNode(F) + CallArgPos.
51 //
52 // Future Improvements:
53 //   Use of BDD's.
54 //===----------------------------------------------------------------------===//
55
56 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
57 #include "llvm/Constants.h"
58 #include "llvm/DerivedTypes.h"
59 #include "llvm/Instructions.h"
60 #include "llvm/Module.h"
61 #include "llvm/Pass.h"
62 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
63 #include "llvm/Support/InstIterator.h"
64 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
65 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
66 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
67 #include "llvm/Analysis/Passes.h"
68 #include "llvm/Support/Debug.h"
69 #include "llvm/System/Atomic.h"
70 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
71 #include "llvm/ADT/SparseBitVector.h"
72 #include "llvm/ADT/DenseSet.h"
73 #include <algorithm>
74 #include <set>
75 #include <list>
76 #include <map>
77 #include <stack>
78 #include <vector>
79 #include <queue>
80
81 // Determining the actual set of nodes the universal set can consist of is very
82 // expensive because it means propagating around very large sets.  We rely on
83 // other analysis being able to determine which nodes can never be pointed to in
84 // order to disambiguate further than "points-to anything".
85 #define FULL_UNIVERSAL 0
86
87 using namespace llvm;
88 #ifndef NDEBUG
89 STATISTIC(NumIters      , "Number of iterations to reach convergence");
90 #endif
91 STATISTIC(NumConstraints, "Number of constraints");
92 STATISTIC(NumNodes      , "Number of nodes");
93 STATISTIC(NumUnified    , "Number of variables unified");
94 STATISTIC(NumErased     , "Number of redundant constraints erased");
95
96 static const unsigned SelfRep = (unsigned)-1;
97 static const unsigned Unvisited = (unsigned)-1;
98 // Position of the function return node relative to the function node.
99 static const unsigned CallReturnPos = 1;
100 // Position of the function call node relative to the function node.
101 static const unsigned CallFirstArgPos = 2;
102
103 namespace {
104   struct BitmapKeyInfo {
105     static inline SparseBitVector<> *getEmptyKey() {
106       return reinterpret_cast<SparseBitVector<> *>(-1);
107     }
108     static inline SparseBitVector<> *getTombstoneKey() {
109       return reinterpret_cast<SparseBitVector<> *>(-2);
110     }
111     static unsigned getHashValue(const SparseBitVector<> *bitmap) {
112       return bitmap->getHashValue();
113     }
114     static bool isEqual(const SparseBitVector<> *LHS,
115                         const SparseBitVector<> *RHS) {
116       if (LHS == RHS)
117         return true;
118       else if (LHS == getEmptyKey() || RHS == getEmptyKey()
119                || LHS == getTombstoneKey() || RHS == getTombstoneKey())
120         return false;
121
122       return *LHS == *RHS;
123     }
124   };
125
126   class Andersens : public ModulePass, public AliasAnalysis,
127                     private InstVisitor<Andersens> {
128     struct Node;
129
130     /// Constraint - Objects of this structure are used to represent the various
131     /// constraints identified by the algorithm.  The constraints are 'copy',
132     /// for statements like "A = B", 'load' for statements like "A = *B",
133     /// 'store' for statements like "*A = B", and AddressOf for statements like
134     /// A = alloca;  The Offset is applied as *(A + K) = B for stores,
135     /// A = *(B + K) for loads, and A = B + K for copies.  It is
136     /// illegal on addressof constraints (because it is statically
137     /// resolvable to A = &C where C = B + K)
138
139     struct Constraint {
140       enum ConstraintType { Copy, Load, Store, AddressOf } Type;
141       unsigned Dest;
142       unsigned Src;
143       unsigned Offset;
144
145       Constraint(ConstraintType Ty, unsigned D, unsigned S, unsigned O = 0)
146         : Type(Ty), Dest(D), Src(S), Offset(O) {
147         assert((Offset == 0 || Ty != AddressOf) &&
148                "Offset is illegal on addressof constraints");
149       }
150
151       bool operator==(const Constraint &RHS) const {
152         return RHS.Type == Type
153           && RHS.Dest == Dest
154           && RHS.Src == Src
155           && RHS.Offset == Offset;
156       }
157
158       bool operator!=(const Constraint &RHS) const {
159         return !(*this == RHS);
160       }
161
162       bool operator<(const Constraint &RHS) const {
163         if (RHS.Type != Type)
164           return RHS.Type < Type;
165         else if (RHS.Dest != Dest)
166           return RHS.Dest < Dest;
167         else if (RHS.Src != Src)
168           return RHS.Src < Src;
169         return RHS.Offset < Offset;
170       }
171     };
172
173     // Information DenseSet requires implemented in order to be able to do
174     // it's thing
175     struct PairKeyInfo {
176       static inline std::pair<unsigned, unsigned> getEmptyKey() {
177         return std::make_pair(~0U, ~0U);
178       }
179       static inline std::pair<unsigned, unsigned> getTombstoneKey() {
180         return std::make_pair(~0U - 1, ~0U - 1);
181       }
182       static unsigned getHashValue(const std::pair<unsigned, unsigned> &P) {
183         return P.first ^ P.second;
184       }
185       static unsigned isEqual(const std::pair<unsigned, unsigned> &LHS,
186                               const std::pair<unsigned, unsigned> &RHS) {
187         return LHS == RHS;
188       }
189     };
190     
191     struct ConstraintKeyInfo {
192       static inline Constraint getEmptyKey() {
193         return Constraint(Constraint::Copy, ~0U, ~0U, ~0U);
194       }
195       static inline Constraint getTombstoneKey() {
196         return Constraint(Constraint::Copy, ~0U - 1, ~0U - 1, ~0U - 1);
197       }
198       static unsigned getHashValue(const Constraint &C) {
199         return C.Src ^ C.Dest ^ C.Type ^ C.Offset;
200       }
201       static bool isEqual(const Constraint &LHS,
202                           const Constraint &RHS) {
203         return LHS.Type == RHS.Type && LHS.Dest == RHS.Dest
204           && LHS.Src == RHS.Src && LHS.Offset == RHS.Offset;
205       }
206     };
207
208     // Node class - This class is used to represent a node in the constraint
209     // graph.  Due to various optimizations, it is not always the case that
210     // there is a mapping from a Node to a Value.  In particular, we add
211     // artificial Node's that represent the set of pointed-to variables shared
212     // for each location equivalent Node.
213     struct Node {
214     private:
215       static volatile sys::cas_flag Counter;
216
217     public:
218       Value *Val;
219       SparseBitVector<> *Edges;
220       SparseBitVector<> *PointsTo;
221       SparseBitVector<> *OldPointsTo;
222       std::list<Constraint> Constraints;
223
224       // Pointer and location equivalence labels
225       unsigned PointerEquivLabel;
226       unsigned LocationEquivLabel;
227       // Predecessor edges, both real and implicit
228       SparseBitVector<> *PredEdges;
229       SparseBitVector<> *ImplicitPredEdges;
230       // Set of nodes that point to us, only use for location equivalence.
231       SparseBitVector<> *PointedToBy;
232       // Number of incoming edges, used during variable substitution to early
233       // free the points-to sets
234       unsigned NumInEdges;
235       // True if our points-to set is in the Set2PEClass map
236       bool StoredInHash;
237       // True if our node has no indirect constraints (complex or otherwise)
238       bool Direct;
239       // True if the node is address taken, *or* it is part of a group of nodes
240       // that must be kept together.  This is set to true for functions and
241       // their arg nodes, which must be kept at the same position relative to
242       // their base function node.
243       bool AddressTaken;
244
245       // Nodes in cycles (or in equivalence classes) are united together using a
246       // standard union-find representation with path compression.  NodeRep
247       // gives the index into GraphNodes for the representative Node.
248       unsigned NodeRep;
249
250       // Modification timestamp.  Assigned from Counter.
251       // Used for work list prioritization.
252       unsigned Timestamp;
253
254       explicit Node(bool direct = true) :
255         Val(0), Edges(0), PointsTo(0), OldPointsTo(0), 
256         PointerEquivLabel(0), LocationEquivLabel(0), PredEdges(0),
257         ImplicitPredEdges(0), PointedToBy(0), NumInEdges(0),
258         StoredInHash(false), Direct(direct), AddressTaken(false),
259         NodeRep(SelfRep), Timestamp(0) { }
260
261       Node *setValue(Value *V) {
262         assert(Val == 0 && "Value already set for this node!");
263         Val = V;
264         return this;
265       }
266
267       /// getValue - Return the LLVM value corresponding to this node.
268       ///
269       Value *getValue() const { return Val; }
270
271       /// addPointerTo - Add a pointer to the list of pointees of this node,
272       /// returning true if this caused a new pointer to be added, or false if
273       /// we already knew about the points-to relation.
274       bool addPointerTo(unsigned Node) {
275         return PointsTo->test_and_set(Node);
276       }
277
278       /// intersects - Return true if the points-to set of this node intersects
279       /// with the points-to set of the specified node.
280       bool intersects(Node *N) const;
281
282       /// intersectsIgnoring - Return true if the points-to set of this node
283       /// intersects with the points-to set of the specified node on any nodes
284       /// except for the specified node to ignore.
285       bool intersectsIgnoring(Node *N, unsigned) const;
286
287       // Timestamp a node (used for work list prioritization)
288       void Stamp() {
289         Timestamp = sys::AtomicIncrement(&Counter);
290         --Timestamp;
291       }
292
293       bool isRep() const {
294         return( (int) NodeRep < 0 );
295       }
296     };
297
298     struct WorkListElement {
299       Node* node;
300       unsigned Timestamp;
301       WorkListElement(Node* n, unsigned t) : node(n), Timestamp(t) {}
302
303       // Note that we reverse the sense of the comparison because we
304       // actually want to give low timestamps the priority over high,
305       // whereas priority is typically interpreted as a greater value is
306       // given high priority.
307       bool operator<(const WorkListElement& that) const {
308         return( this->Timestamp > that.Timestamp );
309       }
310     };
311
312     // Priority-queue based work list specialized for Nodes.
313     class WorkList {
314       std::priority_queue<WorkListElement> Q;
315
316     public:
317       void insert(Node* n) {
318         Q.push( WorkListElement(n, n->Timestamp) );
319       }
320
321       // We automatically discard non-representative nodes and nodes
322       // that were in the work list twice (we keep a copy of the
323       // timestamp in the work list so we can detect this situation by
324       // comparing against the node's current timestamp).
325       Node* pop() {
326         while( !Q.empty() ) {
327           WorkListElement x = Q.top(); Q.pop();
328           Node* INode = x.node;
329
330           if( INode->isRep() &&
331               INode->Timestamp == x.Timestamp ) {
332             return(x.node);
333           }
334         }
335         return(0);
336       }
337
338       bool empty() {
339         return Q.empty();
340       }
341     };
342
343     /// GraphNodes - This vector is populated as part of the object
344     /// identification stage of the analysis, which populates this vector with a
345     /// node for each memory object and fills in the ValueNodes map.
346     std::vector<Node> GraphNodes;
347
348     /// ValueNodes - This map indicates the Node that a particular Value* is
349     /// represented by.  This contains entries for all pointers.
350     DenseMap<Value*, unsigned> ValueNodes;
351
352     /// ObjectNodes - This map contains entries for each memory object in the
353     /// program: globals, alloca's and mallocs.
354     DenseMap<Value*, unsigned> ObjectNodes;
355
356     /// ReturnNodes - This map contains an entry for each function in the
357     /// program that returns a value.
358     DenseMap<Function*, unsigned> ReturnNodes;
359
360     /// VarargNodes - This map contains the entry used to represent all pointers
361     /// passed through the varargs portion of a function call for a particular
362     /// function.  An entry is not present in this map for functions that do not
363     /// take variable arguments.
364     DenseMap<Function*, unsigned> VarargNodes;
365
366
367     /// Constraints - This vector contains a list of all of the constraints
368     /// identified by the program.
369     std::vector<Constraint> Constraints;
370
371     // Map from graph node to maximum K value that is allowed (for functions,
372     // this is equivalent to the number of arguments + CallFirstArgPos)
373     std::map<unsigned, unsigned> MaxK;
374
375     /// This enum defines the GraphNodes indices that correspond to important
376     /// fixed sets.
377     enum {
378       UniversalSet = 0,
379       NullPtr      = 1,
380       NullObject   = 2,
381       NumberSpecialNodes
382     };
383     // Stack for Tarjan's
384     std::stack<unsigned> SCCStack;
385     // Map from Graph Node to DFS number
386     std::vector<unsigned> Node2DFS;
387     // Map from Graph Node to Deleted from graph.
388     std::vector<bool> Node2Deleted;
389     // Same as Node Maps, but implemented as std::map because it is faster to
390     // clear 
391     std::map<unsigned, unsigned> Tarjan2DFS;
392     std::map<unsigned, bool> Tarjan2Deleted;
393     // Current DFS number
394     unsigned DFSNumber;
395
396     // Work lists.
397     WorkList w1, w2;
398     WorkList *CurrWL, *NextWL; // "current" and "next" work lists
399
400     // Offline variable substitution related things
401
402     // Temporary rep storage, used because we can't collapse SCC's in the
403     // predecessor graph by uniting the variables permanently, we can only do so
404     // for the successor graph.
405     std::vector<unsigned> VSSCCRep;
406     // Mapping from node to whether we have visited it during SCC finding yet.
407     std::vector<bool> Node2Visited;
408     // During variable substitution, we create unknowns to represent the unknown
409     // value that is a dereference of a variable.  These nodes are known as
410     // "ref" nodes (since they represent the value of dereferences).
411     unsigned FirstRefNode;
412     // During HVN, we create represent address taken nodes as if they were
413     // unknown (since HVN, unlike HU, does not evaluate unions).
414     unsigned FirstAdrNode;
415     // Current pointer equivalence class number
416     unsigned PEClass;
417     // Mapping from points-to sets to equivalence classes
418     typedef DenseMap<SparseBitVector<> *, unsigned, BitmapKeyInfo> BitVectorMap;
419     BitVectorMap Set2PEClass;
420     // Mapping from pointer equivalences to the representative node.  -1 if we
421     // have no representative node for this pointer equivalence class yet.
422     std::vector<int> PEClass2Node;
423     // Mapping from pointer equivalences to representative node.  This includes
424     // pointer equivalent but not location equivalent variables. -1 if we have
425     // no representative node for this pointer equivalence class yet.
426     std::vector<int> PENLEClass2Node;
427     // Union/Find for HCD
428     std::vector<unsigned> HCDSCCRep;
429     // HCD's offline-detected cycles; "Statically DeTected"
430     // -1 if not part of such a cycle, otherwise a representative node.
431     std::vector<int> SDT;
432     // Whether to use SDT (UniteNodes can use it during solving, but not before)
433     bool SDTActive;
434
435   public:
436     static char ID;
437     Andersens() : ModulePass(&ID) {}
438
439     bool runOnModule(Module &M) {
440       InitializeAliasAnalysis(this);
441       IdentifyObjects(M);
442       CollectConstraints(M);
443 #undef DEBUG_TYPE
444 #define DEBUG_TYPE "anders-aa-constraints"
445       DEBUG(PrintConstraints());
446 #undef DEBUG_TYPE
447 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
448       SolveConstraints();
449       DEBUG(PrintPointsToGraph());
450
451       // Free the constraints list, as we don't need it to respond to alias
452       // requests.
453       std::vector<Constraint>().swap(Constraints);
454       //These are needed for Print() (-analyze in opt)
455       //ObjectNodes.clear();
456       //ReturnNodes.clear();
457       //VarargNodes.clear();
458       return false;
459     }
460
461     void releaseMemory() {
462       // FIXME: Until we have transitively required passes working correctly,
463       // this cannot be enabled!  Otherwise, using -count-aa with the pass
464       // causes memory to be freed too early. :(
465 #if 0
466       // The memory objects and ValueNodes data structures at the only ones that
467       // are still live after construction.
468       std::vector<Node>().swap(GraphNodes);
469       ValueNodes.clear();
470 #endif
471     }
472
473     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
474       AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
475       AU.setPreservesAll();                         // Does not transform code
476     }
477
478     //------------------------------------------------
479     // Implement the AliasAnalysis API
480     //
481     AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
482                       const Value *V2, unsigned V2Size);
483     virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size);
484     virtual ModRefResult getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2);
485     bool pointsToConstantMemory(const Value *P);
486
487     virtual void deleteValue(Value *V) {
488       ValueNodes.erase(V);
489       getAnalysis<AliasAnalysis>().deleteValue(V);
490     }
491
492     virtual void copyValue(Value *From, Value *To) {
493       ValueNodes[To] = ValueNodes[From];
494       getAnalysis<AliasAnalysis>().copyValue(From, To);
495     }
496
497   private:
498     /// getNode - Return the node corresponding to the specified pointer scalar.
499     ///
500     unsigned getNode(Value *V) {
501       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V))
502         if (!isa<GlobalValue>(C))
503           return getNodeForConstantPointer(C);
504
505       DenseMap<Value*, unsigned>::iterator I = ValueNodes.find(V);
506       if (I == ValueNodes.end()) {
507 #ifndef NDEBUG
508         V->dump();
509 #endif
510         llvm_unreachable("Value does not have a node in the points-to graph!");
511       }
512       return I->second;
513     }
514
515     /// getObject - Return the node corresponding to the memory object for the
516     /// specified global or allocation instruction.
517     unsigned getObject(Value *V) const {
518       DenseMap<Value*, unsigned>::const_iterator I = ObjectNodes.find(V);
519       assert(I != ObjectNodes.end() &&
520              "Value does not have an object in the points-to graph!");
521       return I->second;
522     }
523
524     /// getReturnNode - Return the node representing the return value for the
525     /// specified function.
526     unsigned getReturnNode(Function *F) const {
527       DenseMap<Function*, unsigned>::const_iterator I = ReturnNodes.find(F);
528       assert(I != ReturnNodes.end() && "Function does not return a value!");
529       return I->second;
530     }
531
532     /// getVarargNode - Return the node representing the variable arguments
533     /// formal for the specified function.
534     unsigned getVarargNode(Function *F) const {
535       DenseMap<Function*, unsigned>::const_iterator I = VarargNodes.find(F);
536       assert(I != VarargNodes.end() && "Function does not take var args!");
537       return I->second;
538     }
539
540     /// getNodeValue - Get the node for the specified LLVM value and set the
541     /// value for it to be the specified value.
542     unsigned getNodeValue(Value &V) {
543       unsigned Index = getNode(&V);
544       GraphNodes[Index].setValue(&V);
545       return Index;
546     }
547
548     unsigned UniteNodes(unsigned First, unsigned Second,
549                         bool UnionByRank = true);
550     unsigned FindNode(unsigned Node);
551     unsigned FindNode(unsigned Node) const;
552
553     void IdentifyObjects(Module &M);
554     void CollectConstraints(Module &M);
555     bool AnalyzeUsesOfFunction(Value *);
556     void CreateConstraintGraph();
557     void OptimizeConstraints();
558     unsigned FindEquivalentNode(unsigned, unsigned);
559     void ClumpAddressTaken();
560     void RewriteConstraints();
561     void HU();
562     void HVN();
563     void HCD();
564     void Search(unsigned Node);
565     void UnitePointerEquivalences();
566     void SolveConstraints();
567     bool QueryNode(unsigned Node);
568     void Condense(unsigned Node);
569     void HUValNum(unsigned Node);
570     void HVNValNum(unsigned Node);
571     unsigned getNodeForConstantPointer(Constant *C);
572     unsigned getNodeForConstantPointerTarget(Constant *C);
573     void AddGlobalInitializerConstraints(unsigned, Constant *C);
574
575     void AddConstraintsForNonInternalLinkage(Function *F);
576     void AddConstraintsForCall(CallSite CS, Function *F);
577     bool AddConstraintsForExternalCall(CallSite CS, Function *F);
578
579
580     void PrintNode(const Node *N) const;
581     void PrintConstraints() const ;
582     void PrintConstraint(const Constraint &) const;
583     void PrintLabels() const;
584     void PrintPointsToGraph() const;
585
586     //===------------------------------------------------------------------===//
587     // Instruction visitation methods for adding constraints
588     //
589     friend class InstVisitor<Andersens>;
590     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
591     void visitInvokeInst(InvokeInst &II) { visitCallSite(CallSite(&II)); }
592     void visitCallInst(CallInst &CI) { 
593       if (isMalloc(&CI)) visitAlloc(CI);
594       else visitCallSite(CallSite(&CI)); 
595     }
596     void visitCallSite(CallSite CS);
597     void visitAllocaInst(AllocaInst &I);
598     void visitAlloc(Instruction &I);
599     void visitLoadInst(LoadInst &LI);
600     void visitStoreInst(StoreInst &SI);
601     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP);
602     void visitPHINode(PHINode &PN);
603     void visitCastInst(CastInst &CI);
604     void visitICmpInst(ICmpInst &ICI) {} // NOOP!
605     void visitFCmpInst(FCmpInst &ICI) {} // NOOP!
606     void visitSelectInst(SelectInst &SI);
607     void visitVAArg(VAArgInst &I);
608     void visitInstruction(Instruction &I);
609
610     //===------------------------------------------------------------------===//
611     // Implement Analyize interface
612     //
613     void print(raw_ostream &O, const Module*) const {
614       PrintPointsToGraph();
615     }
616   };
617 }
618
619 char Andersens::ID = 0;
620 static RegisterPass<Andersens>
621 X("anders-aa", "Andersen's Interprocedural Alias Analysis (experimental)",
622   false, true);
623 static RegisterAnalysisGroup<AliasAnalysis> Y(X);
624
625 // Initialize Timestamp Counter (static).
626 volatile llvm::sys::cas_flag Andersens::Node::Counter = 0;
627
628 ModulePass *llvm::createAndersensPass() { return new Andersens(); }
629
630 //===----------------------------------------------------------------------===//
631 //                  AliasAnalysis Interface Implementation
632 //===----------------------------------------------------------------------===//
633
634 AliasAnalysis::AliasResult Andersens::alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
635                                             const Value *V2, unsigned V2Size) {
636   Node *N1 = &GraphNodes[FindNode(getNode(const_cast<Value*>(V1)))];
637   Node *N2 = &GraphNodes[FindNode(getNode(const_cast<Value*>(V2)))];
638
639   // Check to see if the two pointers are known to not alias.  They don't alias
640   // if their points-to sets do not intersect.
641   if (!N1->intersectsIgnoring(N2, NullObject))
642     return NoAlias;
643
644   return AliasAnalysis::alias(V1, V1Size, V2, V2Size);
645 }
646
647 AliasAnalysis::ModRefResult
648 Andersens::getModRefInfo(CallSite CS, Value *P, unsigned Size) {
649   // The only thing useful that we can contribute for mod/ref information is
650   // when calling external function calls: if we know that memory never escapes
651   // from the program, it cannot be modified by an external call.
652   //
653   // NOTE: This is not really safe, at least not when the entire program is not
654   // available.  The deal is that the external function could call back into the
655   // program and modify stuff.  We ignore this technical niggle for now.  This
656   // is, after all, a "research quality" implementation of Andersen's analysis.
657   if (Function *F = CS.getCalledFunction())
658     if (F->isDeclaration()) {
659       Node *N1 = &GraphNodes[FindNode(getNode(P))];
660
661       if (N1->PointsTo->empty())
662         return NoModRef;
663 #if FULL_UNIVERSAL
664       if (!UniversalSet->PointsTo->test(FindNode(getNode(P))))
665         return NoModRef;  // Universal set does not contain P
666 #else
667       if (!N1->PointsTo->test(UniversalSet))
668         return NoModRef;  // P doesn't point to the universal set.
669 #endif
670     }
671
672   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS, P, Size);
673 }
674
675 AliasAnalysis::ModRefResult
676 Andersens::getModRefInfo(CallSite CS1, CallSite CS2) {
677   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1,CS2);
678 }
679
680 /// pointsToConstantMemory - If we can determine that this pointer only points
681 /// to constant memory, return true.  In practice, this means that if the
682 /// pointer can only point to constant globals, functions, or the null pointer,
683 /// return true.
684 ///
685 bool Andersens::pointsToConstantMemory(const Value *P) {
686   Node *N = &GraphNodes[FindNode(getNode(const_cast<Value*>(P)))];
687   unsigned i;
688
689   for (SparseBitVector<>::iterator bi = N->PointsTo->begin();
690        bi != N->PointsTo->end();
691        ++bi) {
692     i = *bi;
693     Node *Pointee = &GraphNodes[i];
694     if (Value *V = Pointee->getValue()) {
695       if (!isa<GlobalValue>(V) || (isa<GlobalVariable>(V) &&
696                                    !cast<GlobalVariable>(V)->isConstant()))
697         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(P);
698     } else {
699       if (i != NullObject)
700         return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(P);
701     }
702   }
703
704   return true;
705 }
706
707 //===----------------------------------------------------------------------===//
708 //                       Object Identification Phase
709 //===----------------------------------------------------------------------===//
710
711 /// IdentifyObjects - This stage scans the program, adding an entry to the
712 /// GraphNodes list for each memory object in the program (global stack or
713 /// heap), and populates the ValueNodes and ObjectNodes maps for these objects.
714 ///
715 void Andersens::IdentifyObjects(Module &M) {
716   unsigned NumObjects = 0;
717
718   // Object #0 is always the universal set: the object that we don't know
719   // anything about.
720   assert(NumObjects == UniversalSet && "Something changed!");
721   ++NumObjects;
722
723   // Object #1 always represents the null pointer.
724   assert(NumObjects == NullPtr && "Something changed!");
725   ++NumObjects;
726
727   // Object #2 always represents the null object (the object pointed to by null)
728   assert(NumObjects == NullObject && "Something changed!");
729   ++NumObjects;
730
731   // Add all the globals first.
732   for (Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();
733        I != E; ++I) {
734     ObjectNodes[I] = NumObjects++;
735     ValueNodes[I] = NumObjects++;
736   }
737
738   // Add nodes for all of the functions and the instructions inside of them.
739   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
740     // The function itself is a memory object.
741     unsigned First = NumObjects;
742     ValueNodes[F] = NumObjects++;
743     if (isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType()))
744       ReturnNodes[F] = NumObjects++;
745     if (F->getFunctionType()->isVarArg())
746       VarargNodes[F] = NumObjects++;
747
748
749     // Add nodes for all of the incoming pointer arguments.
750     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
751          I != E; ++I)
752       {
753         if (isa<PointerType>(I->getType()))
754           ValueNodes[I] = NumObjects++;
755       }
756     MaxK[First] = NumObjects - First;
757
758     // Scan the function body, creating a memory object for each heap/stack
759     // allocation in the body of the function and a node to represent all
760     // pointer values defined by instructions and used as operands.
761     for (inst_iterator II = inst_begin(F), E = inst_end(F); II != E; ++II) {
762       // If this is an heap or stack allocation, create a node for the memory
763       // object.
764       if (isa<PointerType>(II->getType())) {
765         ValueNodes[&*II] = NumObjects++;
766         if (AllocaInst *AI = dyn_cast<AllocaInst>(&*II))
767           ObjectNodes[AI] = NumObjects++;
768         else if (isMalloc(&*II))
769           ObjectNodes[&*II] = NumObjects++;
770       }
771
772       // Calls to inline asm need to be added as well because the callee isn't
773       // referenced anywhere else.
774       if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(&*II)) {
775         Value *Callee = CI->getCalledValue();
776         if (isa<InlineAsm>(Callee))
777           ValueNodes[Callee] = NumObjects++;
778       }
779     }
780   }
781
782   // Now that we know how many objects to create, make them all now!
783   GraphNodes.resize(NumObjects);
784   NumNodes += NumObjects;
785 }
786
787 //===----------------------------------------------------------------------===//
788 //                     Constraint Identification Phase
789 //===----------------------------------------------------------------------===//
790
791 /// getNodeForConstantPointer - Return the node corresponding to the constant
792 /// pointer itself.
793 unsigned Andersens::getNodeForConstantPointer(Constant *C) {
794   assert(isa<PointerType>(C->getType()) && "Not a constant pointer!");
795
796   if (isa<ConstantPointerNull>(C) || isa<UndefValue>(C))
797     return NullPtr;
798   else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(C))
799     return getNode(GV);
800   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
801     switch (CE->getOpcode()) {
802     case Instruction::GetElementPtr:
803       return getNodeForConstantPointer(CE->getOperand(0));
804     case Instruction::IntToPtr:
805       return UniversalSet;
806     case Instruction::BitCast:
807       return getNodeForConstantPointer(CE->getOperand(0));
808     default:
809       errs() << "Constant Expr not yet handled: " << *CE << "\n";
810       llvm_unreachable(0);
811     }
812   } else {
813     llvm_unreachable("Unknown constant pointer!");
814   }
815   return 0;
816 }
817
818 /// getNodeForConstantPointerTarget - Return the node POINTED TO by the
819 /// specified constant pointer.
820 unsigned Andersens::getNodeForConstantPointerTarget(Constant *C) {
821   assert(isa<PointerType>(C->getType()) && "Not a constant pointer!");
822
823   if (isa<ConstantPointerNull>(C))
824     return NullObject;
825   else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(C))
826     return getObject(GV);
827   else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
828     switch (CE->getOpcode()) {
829     case Instruction::GetElementPtr:
830       return getNodeForConstantPointerTarget(CE->getOperand(0));
831     case Instruction::IntToPtr:
832       return UniversalSet;
833     case Instruction::BitCast:
834       return getNodeForConstantPointerTarget(CE->getOperand(0));
835     default:
836       errs() << "Constant Expr not yet handled: " << *CE << "\n";
837       llvm_unreachable(0);
838     }
839   } else {
840     llvm_unreachable("Unknown constant pointer!");
841   }
842   return 0;
843 }
844
845 /// AddGlobalInitializerConstraints - Add inclusion constraints for the memory
846 /// object N, which contains values indicated by C.
847 void Andersens::AddGlobalInitializerConstraints(unsigned NodeIndex,
848                                                 Constant *C) {
849   if (C->getType()->isSingleValueType()) {
850     if (isa<PointerType>(C->getType()))
851       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, NodeIndex,
852                                        getNodeForConstantPointer(C)));
853   } else if (C->isNullValue()) {
854     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, NodeIndex,
855                                      NullObject));
856     return;
857   } else if (!isa<UndefValue>(C)) {
858     // If this is an array or struct, include constraints for each element.
859     assert(isa<ConstantArray>(C) || isa<ConstantStruct>(C));
860     for (unsigned i = 0, e = C->getNumOperands(); i != e; ++i)
861       AddGlobalInitializerConstraints(NodeIndex,
862                                       cast<Constant>(C->getOperand(i)));
863   }
864 }
865
866 /// AddConstraintsForNonInternalLinkage - If this function does not have
867 /// internal linkage, realize that we can't trust anything passed into or
868 /// returned by this function.
869 void Andersens::AddConstraintsForNonInternalLinkage(Function *F) {
870   for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end(); I != E; ++I)
871     if (isa<PointerType>(I->getType()))
872       // If this is an argument of an externally accessible function, the
873       // incoming pointer might point to anything.
874       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNode(I),
875                                        UniversalSet));
876 }
877
878 /// AddConstraintsForCall - If this is a call to a "known" function, add the
879 /// constraints and return true.  If this is a call to an unknown function,
880 /// return false.
881 bool Andersens::AddConstraintsForExternalCall(CallSite CS, Function *F) {
882   assert(F->isDeclaration() && "Not an external function!");
883
884   // These functions don't induce any points-to constraints.
885   if (F->getName() == "atoi" || F->getName() == "atof" ||
886       F->getName() == "atol" || F->getName() == "atoll" ||
887       F->getName() == "remove" || F->getName() == "unlink" ||
888       F->getName() == "rename" || F->getName() == "memcmp" ||
889       F->getName() == "llvm.memset" ||
890       F->getName() == "strcmp" || F->getName() == "strncmp" ||
891       F->getName() == "execl" || F->getName() == "execlp" ||
892       F->getName() == "execle" || F->getName() == "execv" ||
893       F->getName() == "execvp" || F->getName() == "chmod" ||
894       F->getName() == "puts" || F->getName() == "write" ||
895       F->getName() == "open" || F->getName() == "create" ||
896       F->getName() == "truncate" || F->getName() == "chdir" ||
897       F->getName() == "mkdir" || F->getName() == "rmdir" ||
898       F->getName() == "read" || F->getName() == "pipe" ||
899       F->getName() == "wait" || F->getName() == "time" ||
900       F->getName() == "stat" || F->getName() == "fstat" ||
901       F->getName() == "lstat" || F->getName() == "strtod" ||
902       F->getName() == "strtof" || F->getName() == "strtold" ||
903       F->getName() == "fopen" || F->getName() == "fdopen" ||
904       F->getName() == "freopen" ||
905       F->getName() == "fflush" || F->getName() == "feof" ||
906       F->getName() == "fileno" || F->getName() == "clearerr" ||
907       F->getName() == "rewind" || F->getName() == "ftell" ||
908       F->getName() == "ferror" || F->getName() == "fgetc" ||
909       F->getName() == "fgetc" || F->getName() == "_IO_getc" ||
910       F->getName() == "fwrite" || F->getName() == "fread" ||
911       F->getName() == "fgets" || F->getName() == "ungetc" ||
912       F->getName() == "fputc" ||
913       F->getName() == "fputs" || F->getName() == "putc" ||
914       F->getName() == "ftell" || F->getName() == "rewind" ||
915       F->getName() == "_IO_putc" || F->getName() == "fseek" ||
916       F->getName() == "fgetpos" || F->getName() == "fsetpos" ||
917       F->getName() == "printf" || F->getName() == "fprintf" ||
918       F->getName() == "sprintf" || F->getName() == "vprintf" ||
919       F->getName() == "vfprintf" || F->getName() == "vsprintf" ||
920       F->getName() == "scanf" || F->getName() == "fscanf" ||
921       F->getName() == "sscanf" || F->getName() == "__assert_fail" ||
922       F->getName() == "modf")
923     return true;
924
925
926   // These functions do induce points-to edges.
927   if (F->getName() == "llvm.memcpy" ||
928       F->getName() == "llvm.memmove" ||
929       F->getName() == "memmove") {
930
931     const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
932     if (FTy->getNumParams() > 1 && 
933         isa<PointerType>(FTy->getParamType(0)) &&
934         isa<PointerType>(FTy->getParamType(1))) {
935
936       // *Dest = *Src, which requires an artificial graph node to represent the
937       // constraint.  It is broken up into *Dest = temp, temp = *Src
938       unsigned FirstArg = getNode(CS.getArgument(0));
939       unsigned SecondArg = getNode(CS.getArgument(1));
940       unsigned TempArg = GraphNodes.size();
941       GraphNodes.push_back(Node());
942       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store,
943                                        FirstArg, TempArg));
944       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Load,
945                                        TempArg, SecondArg));
946       // In addition, Dest = Src
947       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
948                                        FirstArg, SecondArg));
949       return true;
950     }
951   }
952
953   // Result = Arg0
954   if (F->getName() == "realloc" || F->getName() == "strchr" ||
955       F->getName() == "strrchr" || F->getName() == "strstr" ||
956       F->getName() == "strtok") {
957     const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
958     if (FTy->getNumParams() > 0 && 
959         isa<PointerType>(FTy->getParamType(0))) {
960       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
961                                        getNode(CS.getInstruction()),
962                                        getNode(CS.getArgument(0))));
963       return true;
964     }
965   }
966
967   return false;
968 }
969
970
971
972 /// AnalyzeUsesOfFunction - Look at all of the users of the specified function.
973 /// If this is used by anything complex (i.e., the address escapes), return
974 /// true.
975 bool Andersens::AnalyzeUsesOfFunction(Value *V) {
976
977   if (!isa<PointerType>(V->getType())) return true;
978
979   for (Value::use_iterator UI = V->use_begin(), E = V->use_end(); UI != E; ++UI)
980     if (isa<LoadInst>(*UI)) {
981       return false;
982     } else if (StoreInst *SI = dyn_cast<StoreInst>(*UI)) {
983       if (V == SI->getOperand(1)) {
984         return false;
985       } else if (SI->getOperand(1)) {
986         return true;  // Storing the pointer
987       }
988     } else if (GetElementPtrInst *GEP = dyn_cast<GetElementPtrInst>(*UI)) {
989       if (AnalyzeUsesOfFunction(GEP)) return true;
990     } else if (isFreeCall(*UI)) {
991       return false;
992     } else if (CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(*UI)) {
993       // Make sure that this is just the function being called, not that it is
994       // passing into the function.
995       for (unsigned i = 1, e = CI->getNumOperands(); i != e; ++i)
996         if (CI->getOperand(i) == V) return true;
997     } else if (InvokeInst *II = dyn_cast<InvokeInst>(*UI)) {
998       // Make sure that this is just the function being called, not that it is
999       // passing into the function.
1000       for (unsigned i = 3, e = II->getNumOperands(); i != e; ++i)
1001         if (II->getOperand(i) == V) return true;
1002     } else if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(*UI)) {
1003       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr ||
1004           CE->getOpcode() == Instruction::BitCast) {
1005         if (AnalyzeUsesOfFunction(CE))
1006           return true;
1007       } else {
1008         return true;
1009       }
1010     } else if (ICmpInst *ICI = dyn_cast<ICmpInst>(*UI)) {
1011       if (!isa<ConstantPointerNull>(ICI->getOperand(1)))
1012         return true;  // Allow comparison against null.
1013     } else {
1014       return true;
1015     }
1016   return false;
1017 }
1018
1019 /// CollectConstraints - This stage scans the program, adding a constraint to
1020 /// the Constraints list for each instruction in the program that induces a
1021 /// constraint, and setting up the initial points-to graph.
1022 ///
1023 void Andersens::CollectConstraints(Module &M) {
1024   // First, the universal set points to itself.
1025   Constraints.push_back(Constraint(Constraint::AddressOf, UniversalSet,
1026                                    UniversalSet));
1027   Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store, UniversalSet,
1028                                    UniversalSet));
1029
1030   // Next, the null pointer points to the null object.
1031   Constraints.push_back(Constraint(Constraint::AddressOf, NullPtr, NullObject));
1032
1033   // Next, add any constraints on global variables and their initializers.
1034   for (Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();
1035        I != E; ++I) {
1036     // Associate the address of the global object as pointing to the memory for
1037     // the global: &G = <G memory>
1038     unsigned ObjectIndex = getObject(I);
1039     Node *Object = &GraphNodes[ObjectIndex];
1040     Object->setValue(I);
1041     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::AddressOf, getNodeValue(*I),
1042                                      ObjectIndex));
1043
1044     if (I->hasDefinitiveInitializer()) {
1045       AddGlobalInitializerConstraints(ObjectIndex, I->getInitializer());
1046     } else {
1047       // If it doesn't have an initializer (i.e. it's defined in another
1048       // translation unit), it points to the universal set.
1049       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, ObjectIndex,
1050                                        UniversalSet));
1051     }
1052   }
1053
1054   for (Module::iterator F = M.begin(), E = M.end(); F != E; ++F) {
1055     // Set up the return value node.
1056     if (isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType()))
1057       GraphNodes[getReturnNode(F)].setValue(F);
1058     if (F->getFunctionType()->isVarArg())
1059       GraphNodes[getVarargNode(F)].setValue(F);
1060
1061     // Set up incoming argument nodes.
1062     for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
1063          I != E; ++I)
1064       if (isa<PointerType>(I->getType()))
1065         getNodeValue(*I);
1066
1067     // At some point we should just add constraints for the escaping functions
1068     // at solve time, but this slows down solving. For now, we simply mark
1069     // address taken functions as escaping and treat them as external.
1070     if (!F->hasLocalLinkage() || AnalyzeUsesOfFunction(F))
1071       AddConstraintsForNonInternalLinkage(F);
1072
1073     if (!F->isDeclaration()) {
1074       // Scan the function body, creating a memory object for each heap/stack
1075       // allocation in the body of the function and a node to represent all
1076       // pointer values defined by instructions and used as operands.
1077       visit(F);
1078     } else {
1079       // External functions that return pointers return the universal set.
1080       if (isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType()))
1081         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1082                                          getReturnNode(F),
1083                                          UniversalSet));
1084
1085       // Any pointers that are passed into the function have the universal set
1086       // stored into them.
1087       for (Function::arg_iterator I = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
1088            I != E; ++I)
1089         if (isa<PointerType>(I->getType())) {
1090           // Pointers passed into external functions could have anything stored
1091           // through them.
1092           Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store, getNode(I),
1093                                            UniversalSet));
1094           // Memory objects passed into external function calls can have the
1095           // universal set point to them.
1096 #if FULL_UNIVERSAL
1097           Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1098                                            UniversalSet,
1099                                            getNode(I)));
1100 #else
1101           Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1102                                            getNode(I),
1103                                            UniversalSet));
1104 #endif
1105         }
1106
1107       // If this is an external varargs function, it can also store pointers
1108       // into any pointers passed through the varargs section.
1109       if (F->getFunctionType()->isVarArg())
1110         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store, getVarargNode(F),
1111                                          UniversalSet));
1112     }
1113   }
1114   NumConstraints += Constraints.size();
1115 }
1116
1117
1118 void Andersens::visitInstruction(Instruction &I) {
1119 #ifdef NDEBUG
1120   return;          // This function is just a big assert.
1121 #endif
1122   if (isa<BinaryOperator>(I))
1123     return;
1124   // Most instructions don't have any effect on pointer values.
1125   switch (I.getOpcode()) {
1126   case Instruction::Br:
1127   case Instruction::Switch:
1128   case Instruction::Unwind:
1129   case Instruction::Unreachable:
1130   case Instruction::ICmp:
1131   case Instruction::FCmp:
1132     return;
1133   default:
1134     // Is this something we aren't handling yet?
1135     errs() << "Unknown instruction: " << I;
1136     llvm_unreachable(0);
1137   }
1138 }
1139
1140 void Andersens::visitAllocaInst(AllocaInst &I) {
1141   visitAlloc(I);
1142 }
1143
1144 void Andersens::visitAlloc(Instruction &I) {
1145   unsigned ObjectIndex = getObject(&I);
1146   GraphNodes[ObjectIndex].setValue(&I);
1147   Constraints.push_back(Constraint(Constraint::AddressOf, getNodeValue(I),
1148                                    ObjectIndex));
1149 }
1150
1151 void Andersens::visitReturnInst(ReturnInst &RI) {
1152   if (RI.getNumOperands() && isa<PointerType>(RI.getOperand(0)->getType()))
1153     // return V   -->   <Copy/retval{F}/v>
1154     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1155                                      getReturnNode(RI.getParent()->getParent()),
1156                                      getNode(RI.getOperand(0))));
1157 }
1158
1159 void Andersens::visitLoadInst(LoadInst &LI) {
1160   if (isa<PointerType>(LI.getType()))
1161     // P1 = load P2  -->  <Load/P1/P2>
1162     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Load, getNodeValue(LI),
1163                                      getNode(LI.getOperand(0))));
1164 }
1165
1166 void Andersens::visitStoreInst(StoreInst &SI) {
1167   if (isa<PointerType>(SI.getOperand(0)->getType()))
1168     // store P1, P2  -->  <Store/P2/P1>
1169     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store,
1170                                      getNode(SI.getOperand(1)),
1171                                      getNode(SI.getOperand(0))));
1172 }
1173
1174 void Andersens::visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &GEP) {
1175   // P1 = getelementptr P2, ... --> <Copy/P1/P2>
1176   Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNodeValue(GEP),
1177                                    getNode(GEP.getOperand(0))));
1178 }
1179
1180 void Andersens::visitPHINode(PHINode &PN) {
1181   if (isa<PointerType>(PN.getType())) {
1182     unsigned PNN = getNodeValue(PN);
1183     for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i)
1184       // P1 = phi P2, P3  -->  <Copy/P1/P2>, <Copy/P1/P3>, ...
1185       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, PNN,
1186                                        getNode(PN.getIncomingValue(i))));
1187   }
1188 }
1189
1190 void Andersens::visitCastInst(CastInst &CI) {
1191   Value *Op = CI.getOperand(0);
1192   if (isa<PointerType>(CI.getType())) {
1193     if (isa<PointerType>(Op->getType())) {
1194       // P1 = cast P2  --> <Copy/P1/P2>
1195       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNodeValue(CI),
1196                                        getNode(CI.getOperand(0))));
1197     } else {
1198       // P1 = cast int --> <Copy/P1/Univ>
1199 #if 0
1200       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNodeValue(CI),
1201                                        UniversalSet));
1202 #else
1203       getNodeValue(CI);
1204 #endif
1205     }
1206   } else if (isa<PointerType>(Op->getType())) {
1207     // int = cast P1 --> <Copy/Univ/P1>
1208 #if 0
1209     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1210                                      UniversalSet,
1211                                      getNode(CI.getOperand(0))));
1212 #else
1213     getNode(CI.getOperand(0));
1214 #endif
1215   }
1216 }
1217
1218 void Andersens::visitSelectInst(SelectInst &SI) {
1219   if (isa<PointerType>(SI.getType())) {
1220     unsigned SIN = getNodeValue(SI);
1221     // P1 = select C, P2, P3   ---> <Copy/P1/P2>, <Copy/P1/P3>
1222     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, SIN,
1223                                      getNode(SI.getOperand(1))));
1224     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, SIN,
1225                                      getNode(SI.getOperand(2))));
1226   }
1227 }
1228
1229 void Andersens::visitVAArg(VAArgInst &I) {
1230   llvm_unreachable("vaarg not handled yet!");
1231 }
1232
1233 /// AddConstraintsForCall - Add constraints for a call with actual arguments
1234 /// specified by CS to the function specified by F.  Note that the types of
1235 /// arguments might not match up in the case where this is an indirect call and
1236 /// the function pointer has been casted.  If this is the case, do something
1237 /// reasonable.
1238 void Andersens::AddConstraintsForCall(CallSite CS, Function *F) {
1239   Value *CallValue = CS.getCalledValue();
1240   bool IsDeref = F == NULL;
1241
1242   // If this is a call to an external function, try to handle it directly to get
1243   // some taste of context sensitivity.
1244   if (F && F->isDeclaration() && AddConstraintsForExternalCall(CS, F))
1245     return;
1246
1247   if (isa<PointerType>(CS.getType())) {
1248     unsigned CSN = getNode(CS.getInstruction());
1249     if (!F || isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType())) {
1250       if (IsDeref)
1251         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Load, CSN,
1252                                          getNode(CallValue), CallReturnPos));
1253       else
1254         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, CSN,
1255                                          getNode(CallValue) + CallReturnPos));
1256     } else {
1257       // If the function returns a non-pointer value, handle this just like we
1258       // treat a nonpointer cast to pointer.
1259       Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, CSN,
1260                                        UniversalSet));
1261     }
1262   } else if (F && isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType())) {
1263 #if FULL_UNIVERSAL
1264     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1265                                      UniversalSet,
1266                                      getNode(CallValue) + CallReturnPos));
1267 #else
1268     Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1269                                       getNode(CallValue) + CallReturnPos,
1270                                       UniversalSet));
1271 #endif
1272                           
1273     
1274   }
1275
1276   CallSite::arg_iterator ArgI = CS.arg_begin(), ArgE = CS.arg_end();
1277   bool external = !F ||  F->isDeclaration();
1278   if (F) {
1279     // Direct Call
1280     Function::arg_iterator AI = F->arg_begin(), AE = F->arg_end();
1281     for (; AI != AE && ArgI != ArgE; ++AI, ++ArgI) 
1282       {
1283 #if !FULL_UNIVERSAL
1284         if (external && isa<PointerType>((*ArgI)->getType())) 
1285           {
1286             // Add constraint that ArgI can now point to anything due to
1287             // escaping, as can everything it points to. The second portion of
1288             // this should be taken care of by universal = *universal
1289             Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1290                                              getNode(*ArgI),
1291                                              UniversalSet));
1292           }
1293 #endif
1294         if (isa<PointerType>(AI->getType())) {
1295           if (isa<PointerType>((*ArgI)->getType())) {
1296             // Copy the actual argument into the formal argument.
1297             Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNode(AI),
1298                                              getNode(*ArgI)));
1299           } else {
1300             Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getNode(AI),
1301                                              UniversalSet));
1302           }
1303         } else if (isa<PointerType>((*ArgI)->getType())) {
1304 #if FULL_UNIVERSAL
1305           Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1306                                            UniversalSet,
1307                                            getNode(*ArgI)));
1308 #else
1309           Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy,
1310                                            getNode(*ArgI),
1311                                            UniversalSet));
1312 #endif
1313         }
1314       }
1315   } else {
1316     //Indirect Call
1317     unsigned ArgPos = CallFirstArgPos;
1318     for (; ArgI != ArgE; ++ArgI) {
1319       if (isa<PointerType>((*ArgI)->getType())) {
1320         // Copy the actual argument into the formal argument.
1321         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store,
1322                                          getNode(CallValue),
1323                                          getNode(*ArgI), ArgPos++));
1324       } else {
1325         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Store,
1326                                          getNode (CallValue),
1327                                          UniversalSet, ArgPos++));
1328       }
1329     }
1330   }
1331   // Copy all pointers passed through the varargs section to the varargs node.
1332   if (F && F->getFunctionType()->isVarArg())
1333     for (; ArgI != ArgE; ++ArgI)
1334       if (isa<PointerType>((*ArgI)->getType()))
1335         Constraints.push_back(Constraint(Constraint::Copy, getVarargNode(F),
1336                                          getNode(*ArgI)));
1337   // If more arguments are passed in than we track, just drop them on the floor.
1338 }
1339
1340 void Andersens::visitCallSite(CallSite CS) {
1341   if (isa<PointerType>(CS.getType()))
1342     getNodeValue(*CS.getInstruction());
1343
1344   if (Function *F = CS.getCalledFunction()) {
1345     AddConstraintsForCall(CS, F);
1346   } else {
1347     AddConstraintsForCall(CS, NULL);
1348   }
1349 }
1350
1351 //===----------------------------------------------------------------------===//
1352 //                         Constraint Solving Phase
1353 //===----------------------------------------------------------------------===//
1354
1355 /// intersects - Return true if the points-to set of this node intersects
1356 /// with the points-to set of the specified node.
1357 bool Andersens::Node::intersects(Node *N) const {
1358   return PointsTo->intersects(N->PointsTo);
1359 }
1360
1361 /// intersectsIgnoring - Return true if the points-to set of this node
1362 /// intersects with the points-to set of the specified node on any nodes
1363 /// except for the specified node to ignore.
1364 bool Andersens::Node::intersectsIgnoring(Node *N, unsigned Ignoring) const {
1365   // TODO: If we are only going to call this with the same value for Ignoring,
1366   // we should move the special values out of the points-to bitmap.
1367   bool WeHadIt = PointsTo->test(Ignoring);
1368   bool NHadIt = N->PointsTo->test(Ignoring);
1369   bool Result = false;
1370   if (WeHadIt)
1371     PointsTo->reset(Ignoring);
1372   if (NHadIt)
1373     N->PointsTo->reset(Ignoring);
1374   Result = PointsTo->intersects(N->PointsTo);
1375   if (WeHadIt)
1376     PointsTo->set(Ignoring);
1377   if (NHadIt)
1378     N->PointsTo->set(Ignoring);
1379   return Result;
1380 }
1381
1382
1383 /// Clump together address taken variables so that the points-to sets use up
1384 /// less space and can be operated on faster.
1385
1386 void Andersens::ClumpAddressTaken() {
1387 #undef DEBUG_TYPE
1388 #define DEBUG_TYPE "anders-aa-renumber"
1389   std::vector<unsigned> Translate;
1390   std::vector<Node> NewGraphNodes;
1391
1392   Translate.resize(GraphNodes.size());
1393   unsigned NewPos = 0;
1394
1395   for (unsigned i = 0; i < Constraints.size(); ++i) {
1396     Constraint &C = Constraints[i];
1397     if (C.Type == Constraint::AddressOf) {
1398       GraphNodes[C.Src].AddressTaken = true;
1399     }
1400   }
1401   for (unsigned i = 0; i < NumberSpecialNodes; ++i) {
1402     unsigned Pos = NewPos++;
1403     Translate[i] = Pos;
1404     NewGraphNodes.push_back(GraphNodes[i]);
1405     DEBUG(errs() << "Renumbering node " << i << " to node " << Pos << "\n");
1406   }
1407
1408   // I believe this ends up being faster than making two vectors and splicing
1409   // them.
1410   for (unsigned i = NumberSpecialNodes; i < GraphNodes.size(); ++i) {
1411     if (GraphNodes[i].AddressTaken) {
1412       unsigned Pos = NewPos++;
1413       Translate[i] = Pos;
1414       NewGraphNodes.push_back(GraphNodes[i]);
1415       DEBUG(errs() << "Renumbering node " << i << " to node " << Pos << "\n");
1416     }
1417   }
1418
1419   for (unsigned i = NumberSpecialNodes; i < GraphNodes.size(); ++i) {
1420     if (!GraphNodes[i].AddressTaken) {
1421       unsigned Pos = NewPos++;
1422       Translate[i] = Pos;
1423       NewGraphNodes.push_back(GraphNodes[i]);
1424       DEBUG(errs() << "Renumbering node " << i << " to node " << Pos << "\n");
1425     }
1426   }
1427
1428   for (DenseMap<Value*, unsigned>::iterator Iter = ValueNodes.begin();
1429        Iter != ValueNodes.end();
1430        ++Iter)
1431     Iter->second = Translate[Iter->second];
1432
1433   for (DenseMap<Value*, unsigned>::iterator Iter = ObjectNodes.begin();
1434        Iter != ObjectNodes.end();
1435        ++Iter)
1436     Iter->second = Translate[Iter->second];
1437
1438   for (DenseMap<Function*, unsigned>::iterator Iter = ReturnNodes.begin();
1439        Iter != ReturnNodes.end();
1440        ++Iter)
1441     Iter->second = Translate[Iter->second];
1442
1443   for (DenseMap<Function*, unsigned>::iterator Iter = VarargNodes.begin();
1444        Iter != VarargNodes.end();
1445        ++Iter)
1446     Iter->second = Translate[Iter->second];
1447
1448   for (unsigned i = 0; i < Constraints.size(); ++i) {
1449     Constraint &C = Constraints[i];
1450     C.Src = Translate[C.Src];
1451     C.Dest = Translate[C.Dest];
1452   }
1453
1454   GraphNodes.swap(NewGraphNodes);
1455 #undef DEBUG_TYPE
1456 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
1457 }
1458
1459 /// The technique used here is described in "Exploiting Pointer and Location
1460 /// Equivalence to Optimize Pointer Analysis. In the 14th International Static
1461 /// Analysis Symposium (SAS), August 2007."  It is known as the "HVN" algorithm,
1462 /// and is equivalent to value numbering the collapsed constraint graph without
1463 /// evaluating unions.  This is used as a pre-pass to HU in order to resolve
1464 /// first order pointer dereferences and speed up/reduce memory usage of HU.
1465 /// Running both is equivalent to HRU without the iteration
1466 /// HVN in more detail:
1467 /// Imagine the set of constraints was simply straight line code with no loops
1468 /// (we eliminate cycles, so there are no loops), such as:
1469 /// E = &D
1470 /// E = &C
1471 /// E = F
1472 /// F = G
1473 /// G = F
1474 /// Applying value numbering to this code tells us:
1475 /// G == F == E
1476 ///
1477 /// For HVN, this is as far as it goes.  We assign new value numbers to every
1478 /// "address node", and every "reference node".
1479 /// To get the optimal result for this, we use a DFS + SCC (since all nodes in a
1480 /// cycle must have the same value number since the = operation is really
1481 /// inclusion, not overwrite), and value number nodes we receive points-to sets
1482 /// before we value our own node.
1483 /// The advantage of HU over HVN is that HU considers the inclusion property, so
1484 /// that if you have
1485 /// E = &D
1486 /// E = &C
1487 /// E = F
1488 /// F = G
1489 /// F = &D
1490 /// G = F
1491 /// HU will determine that G == F == E.  HVN will not, because it cannot prove
1492 /// that the points to information ends up being the same because they all
1493 /// receive &D from E anyway.
1494
1495 void Andersens::HVN() {
1496   DEBUG(errs() << "Beginning HVN\n");
1497   // Build a predecessor graph.  This is like our constraint graph with the
1498   // edges going in the opposite direction, and there are edges for all the
1499   // constraints, instead of just copy constraints.  We also build implicit
1500   // edges for constraints are implied but not explicit.  I.E for the constraint
1501   // a = &b, we add implicit edges *a = b.  This helps us capture more cycles
1502   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i) {
1503     Constraint &C = Constraints[i];
1504     if (C.Type == Constraint::AddressOf) {
1505       GraphNodes[C.Src].AddressTaken = true;
1506       GraphNodes[C.Src].Direct = false;
1507
1508       // Dest = &src edge
1509       unsigned AdrNode = C.Src + FirstAdrNode;
1510       if (!GraphNodes[C.Dest].PredEdges)
1511         GraphNodes[C.Dest].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1512       GraphNodes[C.Dest].PredEdges->set(AdrNode);
1513
1514       // *Dest = src edge
1515       unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1516       if (!GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges)
1517         GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1518       GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges->set(C.Src);
1519     } else if (C.Type == Constraint::Load) {
1520       if (C.Offset == 0) {
1521         // dest = *src edge
1522         if (!GraphNodes[C.Dest].PredEdges)
1523           GraphNodes[C.Dest].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1524         GraphNodes[C.Dest].PredEdges->set(C.Src + FirstRefNode);
1525       } else {
1526         GraphNodes[C.Dest].Direct = false;
1527       }
1528     } else if (C.Type == Constraint::Store) {
1529       if (C.Offset == 0) {
1530         // *dest = src edge
1531         unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1532         if (!GraphNodes[RefNode].PredEdges)
1533           GraphNodes[RefNode].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1534         GraphNodes[RefNode].PredEdges->set(C.Src);
1535       }
1536     } else {
1537       // Dest = Src edge and *Dest = *Src edge
1538       if (!GraphNodes[C.Dest].PredEdges)
1539         GraphNodes[C.Dest].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1540       GraphNodes[C.Dest].PredEdges->set(C.Src);
1541       unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1542       if (!GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges)
1543         GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1544       GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges->set(C.Src + FirstRefNode);
1545     }
1546   }
1547   PEClass = 1;
1548   // Do SCC finding first to condense our predecessor graph
1549   DFSNumber = 0;
1550   Node2DFS.insert(Node2DFS.begin(), GraphNodes.size(), 0);
1551   Node2Deleted.insert(Node2Deleted.begin(), GraphNodes.size(), false);
1552   Node2Visited.insert(Node2Visited.begin(), GraphNodes.size(), false);
1553
1554   for (unsigned i = 0; i < FirstRefNode; ++i) {
1555     unsigned Node = VSSCCRep[i];
1556     if (!Node2Visited[Node])
1557       HVNValNum(Node);
1558   }
1559   for (BitVectorMap::iterator Iter = Set2PEClass.begin();
1560        Iter != Set2PEClass.end();
1561        ++Iter)
1562     delete Iter->first;
1563   Set2PEClass.clear();
1564   Node2DFS.clear();
1565   Node2Deleted.clear();
1566   Node2Visited.clear();
1567   DEBUG(errs() << "Finished HVN\n");
1568
1569 }
1570
1571 /// This is the workhorse of HVN value numbering. We combine SCC finding at the
1572 /// same time because it's easy.
1573 void Andersens::HVNValNum(unsigned NodeIndex) {
1574   unsigned MyDFS = DFSNumber++;
1575   Node *N = &GraphNodes[NodeIndex];
1576   Node2Visited[NodeIndex] = true;
1577   Node2DFS[NodeIndex] = MyDFS;
1578
1579   // First process all our explicit edges
1580   if (N->PredEdges)
1581     for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->PredEdges->begin();
1582          Iter != N->PredEdges->end();
1583          ++Iter) {
1584       unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1585       if (!Node2Deleted[j]) {
1586         if (!Node2Visited[j])
1587           HVNValNum(j);
1588         if (Node2DFS[NodeIndex] > Node2DFS[j])
1589           Node2DFS[NodeIndex] = Node2DFS[j];
1590       }
1591     }
1592
1593   // Now process all the implicit edges
1594   if (N->ImplicitPredEdges)
1595     for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->ImplicitPredEdges->begin();
1596          Iter != N->ImplicitPredEdges->end();
1597          ++Iter) {
1598       unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1599       if (!Node2Deleted[j]) {
1600         if (!Node2Visited[j])
1601           HVNValNum(j);
1602         if (Node2DFS[NodeIndex] > Node2DFS[j])
1603           Node2DFS[NodeIndex] = Node2DFS[j];
1604       }
1605     }
1606
1607   // See if we found any cycles
1608   if (MyDFS == Node2DFS[NodeIndex]) {
1609     while (!SCCStack.empty() && Node2DFS[SCCStack.top()] >= MyDFS) {
1610       unsigned CycleNodeIndex = SCCStack.top();
1611       Node *CycleNode = &GraphNodes[CycleNodeIndex];
1612       VSSCCRep[CycleNodeIndex] = NodeIndex;
1613       // Unify the nodes
1614       N->Direct &= CycleNode->Direct;
1615
1616       if (CycleNode->PredEdges) {
1617         if (!N->PredEdges)
1618           N->PredEdges = new SparseBitVector<>;
1619         *(N->PredEdges) |= CycleNode->PredEdges;
1620         delete CycleNode->PredEdges;
1621         CycleNode->PredEdges = NULL;
1622       }
1623       if (CycleNode->ImplicitPredEdges) {
1624         if (!N->ImplicitPredEdges)
1625           N->ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1626         *(N->ImplicitPredEdges) |= CycleNode->ImplicitPredEdges;
1627         delete CycleNode->ImplicitPredEdges;
1628         CycleNode->ImplicitPredEdges = NULL;
1629       }
1630
1631       SCCStack.pop();
1632     }
1633
1634     Node2Deleted[NodeIndex] = true;
1635
1636     if (!N->Direct) {
1637       GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel = PEClass++;
1638       return;
1639     }
1640
1641     // Collect labels of successor nodes
1642     bool AllSame = true;
1643     unsigned First = ~0;
1644     SparseBitVector<> *Labels = new SparseBitVector<>;
1645     bool Used = false;
1646
1647     if (N->PredEdges)
1648       for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->PredEdges->begin();
1649            Iter != N->PredEdges->end();
1650          ++Iter) {
1651         unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1652         unsigned Label = GraphNodes[j].PointerEquivLabel;
1653         // Ignore labels that are equal to us or non-pointers
1654         if (j == NodeIndex || Label == 0)
1655           continue;
1656         if (First == (unsigned)~0)
1657           First = Label;
1658         else if (First != Label)
1659           AllSame = false;
1660         Labels->set(Label);
1661     }
1662
1663     // We either have a non-pointer, a copy of an existing node, or a new node.
1664     // Assign the appropriate pointer equivalence label.
1665     if (Labels->empty()) {
1666       GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel = 0;
1667     } else if (AllSame) {
1668       GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel = First;
1669     } else {
1670       GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel = Set2PEClass[Labels];
1671       if (GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel == 0) {
1672         unsigned EquivClass = PEClass++;
1673         Set2PEClass[Labels] = EquivClass;
1674         GraphNodes[NodeIndex].PointerEquivLabel = EquivClass;
1675         Used = true;
1676       }
1677     }
1678     if (!Used)
1679       delete Labels;
1680   } else {
1681     SCCStack.push(NodeIndex);
1682   }
1683 }
1684
1685 /// The technique used here is described in "Exploiting Pointer and Location
1686 /// Equivalence to Optimize Pointer Analysis. In the 14th International Static
1687 /// Analysis Symposium (SAS), August 2007."  It is known as the "HU" algorithm,
1688 /// and is equivalent to value numbering the collapsed constraint graph
1689 /// including evaluating unions.
1690 void Andersens::HU() {
1691   DEBUG(errs() << "Beginning HU\n");
1692   // Build a predecessor graph.  This is like our constraint graph with the
1693   // edges going in the opposite direction, and there are edges for all the
1694   // constraints, instead of just copy constraints.  We also build implicit
1695   // edges for constraints are implied but not explicit.  I.E for the constraint
1696   // a = &b, we add implicit edges *a = b.  This helps us capture more cycles
1697   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i) {
1698     Constraint &C = Constraints[i];
1699     if (C.Type == Constraint::AddressOf) {
1700       GraphNodes[C.Src].AddressTaken = true;
1701       GraphNodes[C.Src].Direct = false;
1702
1703       GraphNodes[C.Dest].PointsTo->set(C.Src);
1704       // *Dest = src edge
1705       unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1706       if (!GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges)
1707         GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1708       GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges->set(C.Src);
1709       GraphNodes[C.Src].PointedToBy->set(C.Dest);
1710     } else if (C.Type == Constraint::Load) {
1711       if (C.Offset == 0) {
1712         // dest = *src edge
1713         if (!GraphNodes[C.Dest].PredEdges)
1714           GraphNodes[C.Dest].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1715         GraphNodes[C.Dest].PredEdges->set(C.Src + FirstRefNode);
1716       } else {
1717         GraphNodes[C.Dest].Direct = false;
1718       }
1719     } else if (C.Type == Constraint::Store) {
1720       if (C.Offset == 0) {
1721         // *dest = src edge
1722         unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1723         if (!GraphNodes[RefNode].PredEdges)
1724           GraphNodes[RefNode].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1725         GraphNodes[RefNode].PredEdges->set(C.Src);
1726       }
1727     } else {
1728       // Dest = Src edge and *Dest = *Src edg
1729       if (!GraphNodes[C.Dest].PredEdges)
1730         GraphNodes[C.Dest].PredEdges = new SparseBitVector<>;
1731       GraphNodes[C.Dest].PredEdges->set(C.Src);
1732       unsigned RefNode = C.Dest + FirstRefNode;
1733       if (!GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges)
1734         GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1735       GraphNodes[RefNode].ImplicitPredEdges->set(C.Src + FirstRefNode);
1736     }
1737   }
1738   PEClass = 1;
1739   // Do SCC finding first to condense our predecessor graph
1740   DFSNumber = 0;
1741   Node2DFS.insert(Node2DFS.begin(), GraphNodes.size(), 0);
1742   Node2Deleted.insert(Node2Deleted.begin(), GraphNodes.size(), false);
1743   Node2Visited.insert(Node2Visited.begin(), GraphNodes.size(), false);
1744
1745   for (unsigned i = 0; i < FirstRefNode; ++i) {
1746     if (FindNode(i) == i) {
1747       unsigned Node = VSSCCRep[i];
1748       if (!Node2Visited[Node])
1749         Condense(Node);
1750     }
1751   }
1752
1753   // Reset tables for actual labeling
1754   Node2DFS.clear();
1755   Node2Visited.clear();
1756   Node2Deleted.clear();
1757   // Pre-grow our densemap so that we don't get really bad behavior
1758   Set2PEClass.resize(GraphNodes.size());
1759
1760   // Visit the condensed graph and generate pointer equivalence labels.
1761   Node2Visited.insert(Node2Visited.begin(), GraphNodes.size(), false);
1762   for (unsigned i = 0; i < FirstRefNode; ++i) {
1763     if (FindNode(i) == i) {
1764       unsigned Node = VSSCCRep[i];
1765       if (!Node2Visited[Node])
1766         HUValNum(Node);
1767     }
1768   }
1769   // PEClass nodes will be deleted by the deleting of N->PointsTo in our caller.
1770   Set2PEClass.clear();
1771   DEBUG(errs() << "Finished HU\n");
1772 }
1773
1774
1775 /// Implementation of standard Tarjan SCC algorithm as modified by Nuutilla.
1776 void Andersens::Condense(unsigned NodeIndex) {
1777   unsigned MyDFS = DFSNumber++;
1778   Node *N = &GraphNodes[NodeIndex];
1779   Node2Visited[NodeIndex] = true;
1780   Node2DFS[NodeIndex] = MyDFS;
1781
1782   // First process all our explicit edges
1783   if (N->PredEdges)
1784     for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->PredEdges->begin();
1785          Iter != N->PredEdges->end();
1786          ++Iter) {
1787       unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1788       if (!Node2Deleted[j]) {
1789         if (!Node2Visited[j])
1790           Condense(j);
1791         if (Node2DFS[NodeIndex] > Node2DFS[j])
1792           Node2DFS[NodeIndex] = Node2DFS[j];
1793       }
1794     }
1795
1796   // Now process all the implicit edges
1797   if (N->ImplicitPredEdges)
1798     for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->ImplicitPredEdges->begin();
1799          Iter != N->ImplicitPredEdges->end();
1800          ++Iter) {
1801       unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1802       if (!Node2Deleted[j]) {
1803         if (!Node2Visited[j])
1804           Condense(j);
1805         if (Node2DFS[NodeIndex] > Node2DFS[j])
1806           Node2DFS[NodeIndex] = Node2DFS[j];
1807       }
1808     }
1809
1810   // See if we found any cycles
1811   if (MyDFS == Node2DFS[NodeIndex]) {
1812     while (!SCCStack.empty() && Node2DFS[SCCStack.top()] >= MyDFS) {
1813       unsigned CycleNodeIndex = SCCStack.top();
1814       Node *CycleNode = &GraphNodes[CycleNodeIndex];
1815       VSSCCRep[CycleNodeIndex] = NodeIndex;
1816       // Unify the nodes
1817       N->Direct &= CycleNode->Direct;
1818
1819       *(N->PointsTo) |= CycleNode->PointsTo;
1820       delete CycleNode->PointsTo;
1821       CycleNode->PointsTo = NULL;
1822       if (CycleNode->PredEdges) {
1823         if (!N->PredEdges)
1824           N->PredEdges = new SparseBitVector<>;
1825         *(N->PredEdges) |= CycleNode->PredEdges;
1826         delete CycleNode->PredEdges;
1827         CycleNode->PredEdges = NULL;
1828       }
1829       if (CycleNode->ImplicitPredEdges) {
1830         if (!N->ImplicitPredEdges)
1831           N->ImplicitPredEdges = new SparseBitVector<>;
1832         *(N->ImplicitPredEdges) |= CycleNode->ImplicitPredEdges;
1833         delete CycleNode->ImplicitPredEdges;
1834         CycleNode->ImplicitPredEdges = NULL;
1835       }
1836       SCCStack.pop();
1837     }
1838
1839     Node2Deleted[NodeIndex] = true;
1840
1841     // Set up number of incoming edges for other nodes
1842     if (N->PredEdges)
1843       for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->PredEdges->begin();
1844            Iter != N->PredEdges->end();
1845            ++Iter)
1846         ++GraphNodes[VSSCCRep[*Iter]].NumInEdges;
1847   } else {
1848     SCCStack.push(NodeIndex);
1849   }
1850 }
1851
1852 void Andersens::HUValNum(unsigned NodeIndex) {
1853   Node *N = &GraphNodes[NodeIndex];
1854   Node2Visited[NodeIndex] = true;
1855
1856   // Eliminate dereferences of non-pointers for those non-pointers we have
1857   // already identified.  These are ref nodes whose non-ref node:
1858   // 1. Has already been visited determined to point to nothing (and thus, a
1859   // dereference of it must point to nothing)
1860   // 2. Any direct node with no predecessor edges in our graph and with no
1861   // points-to set (since it can't point to anything either, being that it
1862   // receives no points-to sets and has none).
1863   if (NodeIndex >= FirstRefNode) {
1864     unsigned j = VSSCCRep[FindNode(NodeIndex - FirstRefNode)];
1865     if ((Node2Visited[j] && !GraphNodes[j].PointerEquivLabel)
1866         || (GraphNodes[j].Direct && !GraphNodes[j].PredEdges
1867             && GraphNodes[j].PointsTo->empty())){
1868       return;
1869     }
1870   }
1871     // Process all our explicit edges
1872   if (N->PredEdges)
1873     for (SparseBitVector<>::iterator Iter = N->PredEdges->begin();
1874          Iter != N->PredEdges->end();
1875          ++Iter) {
1876       unsigned j = VSSCCRep[*Iter];
1877       if (!Node2Visited[j])
1878         HUValNum(j);
1879
1880       // If this edge turned out to be the same as us, or got no pointer
1881       // equivalence label (and thus points to nothing) , just decrement our
1882       // incoming edges and continue.
1883       if (j == NodeIndex || GraphNodes[j].PointerEquivLabel == 0) {
1884         --GraphNodes[j].NumInEdges;
1885         continue;
1886       }
1887
1888       *(N->PointsTo) |= GraphNodes[j].PointsTo;
1889
1890       // If we didn't end up storing this in the hash, and we're done with all
1891       // the edges, we don't need the points-to set anymore.
1892       --GraphNodes[j].NumInEdges;
1893       if (!GraphNodes[j].NumInEdges && !GraphNodes[j].StoredInHash) {
1894         delete GraphNodes[j].PointsTo;
1895         GraphNodes[j].PointsTo = NULL;
1896       }
1897     }
1898   // If this isn't a direct node, generate a fresh variable.
1899   if (!N->Direct) {
1900     N->PointsTo->set(FirstRefNode + NodeIndex);
1901   }
1902
1903   // See If we have something equivalent to us, if not, generate a new
1904   // equivalence class.
1905   if (N->PointsTo->empty()) {
1906     delete N->PointsTo;
1907     N->PointsTo = NULL;
1908   } else {
1909     if (N->Direct) {
1910       N->PointerEquivLabel = Set2PEClass[N->PointsTo];
1911       if (N->PointerEquivLabel == 0) {
1912         unsigned EquivClass = PEClass++;
1913         N->StoredInHash = true;
1914         Set2PEClass[N->PointsTo] = EquivClass;
1915         N->PointerEquivLabel = EquivClass;
1916       }
1917     } else {
1918       N->PointerEquivLabel = PEClass++;
1919     }
1920   }
1921 }
1922
1923 /// Rewrite our list of constraints so that pointer equivalent nodes are
1924 /// replaced by their the pointer equivalence class representative.
1925 void Andersens::RewriteConstraints() {
1926   std::vector<Constraint> NewConstraints;
1927   DenseSet<Constraint, ConstraintKeyInfo> Seen;
1928
1929   PEClass2Node.clear();
1930   PENLEClass2Node.clear();
1931
1932   // We may have from 1 to Graphnodes + 1 equivalence classes.
1933   PEClass2Node.insert(PEClass2Node.begin(), GraphNodes.size() + 1, -1);
1934   PENLEClass2Node.insert(PENLEClass2Node.begin(), GraphNodes.size() + 1, -1);
1935
1936   // Rewrite constraints, ignoring non-pointer constraints, uniting equivalent
1937   // nodes, and rewriting constraints to use the representative nodes.
1938   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i) {
1939     Constraint &C = Constraints[i];
1940     unsigned RHSNode = FindNode(C.Src);
1941     unsigned LHSNode = FindNode(C.Dest);
1942     unsigned RHSLabel = GraphNodes[VSSCCRep[RHSNode]].PointerEquivLabel;
1943     unsigned LHSLabel = GraphNodes[VSSCCRep[LHSNode]].PointerEquivLabel;
1944
1945     // First we try to eliminate constraints for things we can prove don't point
1946     // to anything.
1947     if (LHSLabel == 0) {
1948       DEBUG(PrintNode(&GraphNodes[LHSNode]));
1949       DEBUG(errs() << " is a non-pointer, ignoring constraint.\n");
1950       continue;
1951     }
1952     if (RHSLabel == 0) {
1953       DEBUG(PrintNode(&GraphNodes[RHSNode]));
1954       DEBUG(errs() << " is a non-pointer, ignoring constraint.\n");
1955       continue;
1956     }
1957     // This constraint may be useless, and it may become useless as we translate
1958     // it.
1959     if (C.Src == C.Dest && C.Type == Constraint::Copy)
1960       continue;
1961
1962     C.Src = FindEquivalentNode(RHSNode, RHSLabel);
1963     C.Dest = FindEquivalentNode(FindNode(LHSNode), LHSLabel);
1964     if ((C.Src == C.Dest && C.Type == Constraint::Copy)
1965         || Seen.count(C))
1966       continue;
1967
1968     Seen.insert(C);
1969     NewConstraints.push_back(C);
1970   }
1971   Constraints.swap(NewConstraints);
1972   PEClass2Node.clear();
1973 }
1974
1975 /// See if we have a node that is pointer equivalent to the one being asked
1976 /// about, and if so, unite them and return the equivalent node.  Otherwise,
1977 /// return the original node.
1978 unsigned Andersens::FindEquivalentNode(unsigned NodeIndex,
1979                                        unsigned NodeLabel) {
1980   if (!GraphNodes[NodeIndex].AddressTaken) {
1981     if (PEClass2Node[NodeLabel] != -1) {
1982       // We found an existing node with the same pointer label, so unify them.
1983       // We specifically request that Union-By-Rank not be used so that
1984       // PEClass2Node[NodeLabel] U= NodeIndex and not the other way around.
1985       return UniteNodes(PEClass2Node[NodeLabel], NodeIndex, false);
1986     } else {
1987       PEClass2Node[NodeLabel] = NodeIndex;
1988       PENLEClass2Node[NodeLabel] = NodeIndex;
1989     }
1990   } else if (PENLEClass2Node[NodeLabel] == -1) {
1991     PENLEClass2Node[NodeLabel] = NodeIndex;
1992   }
1993
1994   return NodeIndex;
1995 }
1996
1997 void Andersens::PrintLabels() const {
1998   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
1999     if (i < FirstRefNode) {
2000       PrintNode(&GraphNodes[i]);
2001     } else if (i < FirstAdrNode) {
2002       DEBUG(errs() << "REF(");
2003       PrintNode(&GraphNodes[i-FirstRefNode]);
2004       DEBUG(errs() <<")");
2005     } else {
2006       DEBUG(errs() << "ADR(");
2007       PrintNode(&GraphNodes[i-FirstAdrNode]);
2008       DEBUG(errs() <<")");
2009     }
2010
2011     DEBUG(errs() << " has pointer label " << GraphNodes[i].PointerEquivLabel
2012          << " and SCC rep " << VSSCCRep[i]
2013          << " and is " << (GraphNodes[i].Direct ? "Direct" : "Not direct")
2014          << "\n");
2015   }
2016 }
2017
2018 /// The technique used here is described in "The Ant and the
2019 /// Grasshopper: Fast and Accurate Pointer Analysis for Millions of
2020 /// Lines of Code. In Programming Language Design and Implementation
2021 /// (PLDI), June 2007." It is known as the "HCD" (Hybrid Cycle
2022 /// Detection) algorithm. It is called a hybrid because it performs an
2023 /// offline analysis and uses its results during the solving (online)
2024 /// phase. This is just the offline portion; the results of this
2025 /// operation are stored in SDT and are later used in SolveContraints()
2026 /// and UniteNodes().
2027 void Andersens::HCD() {
2028   DEBUG(errs() << "Starting HCD.\n");
2029   HCDSCCRep.resize(GraphNodes.size());
2030
2031   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2032     GraphNodes[i].Edges = new SparseBitVector<>;
2033     HCDSCCRep[i] = i;
2034   }
2035
2036   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i) {
2037     Constraint &C = Constraints[i];
2038     assert (C.Src < GraphNodes.size() && C.Dest < GraphNodes.size());
2039     if (C.Type == Constraint::AddressOf) {
2040       continue;
2041     } else if (C.Type == Constraint::Load) {
2042       if( C.Offset == 0 )
2043         GraphNodes[C.Dest].Edges->set(C.Src + FirstRefNode);
2044     } else if (C.Type == Constraint::Store) {
2045       if( C.Offset == 0 )
2046         GraphNodes[C.Dest + FirstRefNode].Edges->set(C.Src);
2047     } else {
2048       GraphNodes[C.Dest].Edges->set(C.Src);
2049     }
2050   }
2051
2052   Node2DFS.insert(Node2DFS.begin(), GraphNodes.size(), 0);
2053   Node2Deleted.insert(Node2Deleted.begin(), GraphNodes.size(), false);
2054   Node2Visited.insert(Node2Visited.begin(), GraphNodes.size(), false);
2055   SDT.insert(SDT.begin(), GraphNodes.size() / 2, -1);
2056
2057   DFSNumber = 0;
2058   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2059     unsigned Node = HCDSCCRep[i];
2060     if (!Node2Deleted[Node])
2061       Search(Node);
2062   }
2063
2064   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i)
2065     if (GraphNodes[i].Edges != NULL) {
2066       delete GraphNodes[i].Edges;
2067       GraphNodes[i].Edges = NULL;
2068     }
2069
2070   while( !SCCStack.empty() )
2071     SCCStack.pop();
2072
2073   Node2DFS.clear();
2074   Node2Visited.clear();
2075   Node2Deleted.clear();
2076   HCDSCCRep.clear();
2077   DEBUG(errs() << "HCD complete.\n");
2078 }
2079
2080 // Component of HCD: 
2081 // Use Nuutila's variant of Tarjan's algorithm to detect
2082 // Strongly-Connected Components (SCCs). For non-trivial SCCs
2083 // containing ref nodes, insert the appropriate information in SDT.
2084 void Andersens::Search(unsigned Node) {
2085   unsigned MyDFS = DFSNumber++;
2086
2087   Node2Visited[Node] = true;
2088   Node2DFS[Node] = MyDFS;
2089
2090   for (SparseBitVector<>::iterator Iter = GraphNodes[Node].Edges->begin(),
2091                                    End  = GraphNodes[Node].Edges->end();
2092        Iter != End;
2093        ++Iter) {
2094     unsigned J = HCDSCCRep[*Iter];
2095     assert(GraphNodes[J].isRep() && "Debug check; must be representative");
2096     if (!Node2Deleted[J]) {
2097       if (!Node2Visited[J])
2098         Search(J);
2099       if (Node2DFS[Node] > Node2DFS[J])
2100         Node2DFS[Node] = Node2DFS[J];
2101     }
2102   }
2103
2104   if( MyDFS != Node2DFS[Node] ) {
2105     SCCStack.push(Node);
2106     return;
2107   }
2108
2109   // This node is the root of a SCC, so process it.
2110   //
2111   // If the SCC is "non-trivial" (not a singleton) and contains a reference 
2112   // node, we place this SCC into SDT.  We unite the nodes in any case.
2113   if (!SCCStack.empty() && Node2DFS[SCCStack.top()] >= MyDFS) {
2114     SparseBitVector<> SCC;
2115
2116     SCC.set(Node);
2117
2118     bool Ref = (Node >= FirstRefNode);
2119
2120     Node2Deleted[Node] = true;
2121
2122     do {
2123       unsigned P = SCCStack.top(); SCCStack.pop();
2124       Ref |= (P >= FirstRefNode);
2125       SCC.set(P);
2126       HCDSCCRep[P] = Node;
2127     } while (!SCCStack.empty() && Node2DFS[SCCStack.top()] >= MyDFS);
2128
2129     if (Ref) {
2130       unsigned Rep = SCC.find_first();
2131       assert(Rep < FirstRefNode && "The SCC didn't have a non-Ref node!");
2132
2133       SparseBitVector<>::iterator i = SCC.begin();
2134
2135       // Skip over the non-ref nodes
2136       while( *i < FirstRefNode )
2137         ++i;
2138
2139       while( i != SCC.end() )
2140         SDT[ (*i++) - FirstRefNode ] = Rep;
2141     }
2142   }
2143 }
2144
2145
2146 /// Optimize the constraints by performing offline variable substitution and
2147 /// other optimizations.
2148 void Andersens::OptimizeConstraints() {
2149   DEBUG(errs() << "Beginning constraint optimization\n");
2150
2151   SDTActive = false;
2152
2153   // Function related nodes need to stay in the same relative position and can't
2154   // be location equivalent.
2155   for (std::map<unsigned, unsigned>::iterator Iter = MaxK.begin();
2156        Iter != MaxK.end();
2157        ++Iter) {
2158     for (unsigned i = Iter->first;
2159          i != Iter->first + Iter->second;
2160          ++i) {
2161       GraphNodes[i].AddressTaken = true;
2162       GraphNodes[i].Direct = false;
2163     }
2164   }
2165
2166   ClumpAddressTaken();
2167   FirstRefNode = GraphNodes.size();
2168   FirstAdrNode = FirstRefNode + GraphNodes.size();
2169   GraphNodes.insert(GraphNodes.end(), 2 * GraphNodes.size(),
2170                     Node(false));
2171   VSSCCRep.resize(GraphNodes.size());
2172   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2173     VSSCCRep[i] = i;
2174   }
2175   HVN();
2176   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2177     Node *N = &GraphNodes[i];
2178     delete N->PredEdges;
2179     N->PredEdges = NULL;
2180     delete N->ImplicitPredEdges;
2181     N->ImplicitPredEdges = NULL;
2182   }
2183 #undef DEBUG_TYPE
2184 #define DEBUG_TYPE "anders-aa-labels"
2185   DEBUG(PrintLabels());
2186 #undef DEBUG_TYPE
2187 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
2188   RewriteConstraints();
2189   // Delete the adr nodes.
2190   GraphNodes.resize(FirstRefNode * 2);
2191
2192   // Now perform HU
2193   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2194     Node *N = &GraphNodes[i];
2195     if (FindNode(i) == i) {
2196       N->PointsTo = new SparseBitVector<>;
2197       N->PointedToBy = new SparseBitVector<>;
2198       // Reset our labels
2199     }
2200     VSSCCRep[i] = i;
2201     N->PointerEquivLabel = 0;
2202   }
2203   HU();
2204 #undef DEBUG_TYPE
2205 #define DEBUG_TYPE "anders-aa-labels"
2206   DEBUG(PrintLabels());
2207 #undef DEBUG_TYPE
2208 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
2209   RewriteConstraints();
2210   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2211     if (FindNode(i) == i) {
2212       Node *N = &GraphNodes[i];
2213       delete N->PointsTo;
2214       N->PointsTo = NULL;
2215       delete N->PredEdges;
2216       N->PredEdges = NULL;
2217       delete N->ImplicitPredEdges;
2218       N->ImplicitPredEdges = NULL;
2219       delete N->PointedToBy;
2220       N->PointedToBy = NULL;
2221     }
2222   }
2223
2224   // perform Hybrid Cycle Detection (HCD)
2225   HCD();
2226   SDTActive = true;
2227
2228   // No longer any need for the upper half of GraphNodes (for ref nodes).
2229   GraphNodes.erase(GraphNodes.begin() + FirstRefNode, GraphNodes.end());
2230
2231   // HCD complete.
2232
2233   DEBUG(errs() << "Finished constraint optimization\n");
2234   FirstRefNode = 0;
2235   FirstAdrNode = 0;
2236 }
2237
2238 /// Unite pointer but not location equivalent variables, now that the constraint
2239 /// graph is built.
2240 void Andersens::UnitePointerEquivalences() {
2241   DEBUG(errs() << "Uniting remaining pointer equivalences\n");
2242   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2243     if (GraphNodes[i].AddressTaken && GraphNodes[i].isRep()) {
2244       unsigned Label = GraphNodes[i].PointerEquivLabel;
2245
2246       if (Label && PENLEClass2Node[Label] != -1)
2247         UniteNodes(i, PENLEClass2Node[Label]);
2248     }
2249   }
2250   DEBUG(errs() << "Finished remaining pointer equivalences\n");
2251   PENLEClass2Node.clear();
2252 }
2253
2254 /// Create the constraint graph used for solving points-to analysis.
2255 ///
2256 void Andersens::CreateConstraintGraph() {
2257   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i) {
2258     Constraint &C = Constraints[i];
2259     assert (C.Src < GraphNodes.size() && C.Dest < GraphNodes.size());
2260     if (C.Type == Constraint::AddressOf)
2261       GraphNodes[C.Dest].PointsTo->set(C.Src);
2262     else if (C.Type == Constraint::Load)
2263       GraphNodes[C.Src].Constraints.push_back(C);
2264     else if (C.Type == Constraint::Store)
2265       GraphNodes[C.Dest].Constraints.push_back(C);
2266     else if (C.Offset != 0)
2267       GraphNodes[C.Src].Constraints.push_back(C);
2268     else
2269       GraphNodes[C.Src].Edges->set(C.Dest);
2270   }
2271 }
2272
2273 // Perform DFS and cycle detection.
2274 bool Andersens::QueryNode(unsigned Node) {
2275   assert(GraphNodes[Node].isRep() && "Querying a non-rep node");
2276   unsigned OurDFS = ++DFSNumber;
2277   SparseBitVector<> ToErase;
2278   SparseBitVector<> NewEdges;
2279   Tarjan2DFS[Node] = OurDFS;
2280
2281   // Changed denotes a change from a recursive call that we will bubble up.
2282   // Merged is set if we actually merge a node ourselves.
2283   bool Changed = false, Merged = false;
2284
2285   for (SparseBitVector<>::iterator bi = GraphNodes[Node].Edges->begin();
2286        bi != GraphNodes[Node].Edges->end();
2287        ++bi) {
2288     unsigned RepNode = FindNode(*bi);
2289     // If this edge points to a non-representative node but we are
2290     // already planning to add an edge to its representative, we have no
2291     // need for this edge anymore.
2292     if (RepNode != *bi && NewEdges.test(RepNode)){
2293       ToErase.set(*bi);
2294       continue;
2295     }
2296
2297     // Continue about our DFS.
2298     if (!Tarjan2Deleted[RepNode]){
2299       if (Tarjan2DFS[RepNode] == 0) {
2300         Changed |= QueryNode(RepNode);
2301         // May have been changed by QueryNode
2302         RepNode = FindNode(RepNode);
2303       }
2304       if (Tarjan2DFS[RepNode] < Tarjan2DFS[Node])
2305         Tarjan2DFS[Node] = Tarjan2DFS[RepNode];
2306     }
2307
2308     // We may have just discovered that this node is part of a cycle, in
2309     // which case we can also erase it.
2310     if (RepNode != *bi) {
2311       ToErase.set(*bi);
2312       NewEdges.set(RepNode);
2313     }
2314   }
2315
2316   GraphNodes[Node].Edges->intersectWithComplement(ToErase);
2317   GraphNodes[Node].Edges |= NewEdges;
2318
2319   // If this node is a root of a non-trivial SCC, place it on our 
2320   // worklist to be processed.
2321   if (OurDFS == Tarjan2DFS[Node]) {
2322     while (!SCCStack.empty() && Tarjan2DFS[SCCStack.top()] >= OurDFS) {
2323       Node = UniteNodes(Node, SCCStack.top());
2324
2325       SCCStack.pop();
2326       Merged = true;
2327     }
2328     Tarjan2Deleted[Node] = true;
2329
2330     if (Merged)
2331       NextWL->insert(&GraphNodes[Node]);
2332   } else {
2333     SCCStack.push(Node);
2334   }
2335
2336   return(Changed | Merged);
2337 }
2338
2339 /// SolveConstraints - This stage iteratively processes the constraints list
2340 /// propagating constraints (adding edges to the Nodes in the points-to graph)
2341 /// until a fixed point is reached.
2342 ///
2343 /// We use a variant of the technique called "Lazy Cycle Detection", which is
2344 /// described in "The Ant and the Grasshopper: Fast and Accurate Pointer
2345 /// Analysis for Millions of Lines of Code. In Programming Language Design and
2346 /// Implementation (PLDI), June 2007."
2347 /// The paper describes performing cycle detection one node at a time, which can
2348 /// be expensive if there are no cycles, but there are long chains of nodes that
2349 /// it heuristically believes are cycles (because it will DFS from each node
2350 /// without state from previous nodes).
2351 /// Instead, we use the heuristic to build a worklist of nodes to check, then
2352 /// cycle detect them all at the same time to do this more cheaply.  This
2353 /// catches cycles slightly later than the original technique did, but does it
2354 /// make significantly cheaper.
2355
2356 void Andersens::SolveConstraints() {
2357   CurrWL = &w1;
2358   NextWL = &w2;
2359
2360   OptimizeConstraints();
2361 #undef DEBUG_TYPE
2362 #define DEBUG_TYPE "anders-aa-constraints"
2363       DEBUG(PrintConstraints());
2364 #undef DEBUG_TYPE
2365 #define DEBUG_TYPE "anders-aa"
2366
2367   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2368     Node *N = &GraphNodes[i];
2369     N->PointsTo = new SparseBitVector<>;
2370     N->OldPointsTo = new SparseBitVector<>;
2371     N->Edges = new SparseBitVector<>;
2372   }
2373   CreateConstraintGraph();
2374   UnitePointerEquivalences();
2375   assert(SCCStack.empty() && "SCC Stack should be empty by now!");
2376   Node2DFS.clear();
2377   Node2Deleted.clear();
2378   Node2DFS.insert(Node2DFS.begin(), GraphNodes.size(), 0);
2379   Node2Deleted.insert(Node2Deleted.begin(), GraphNodes.size(), false);
2380   DFSNumber = 0;
2381   DenseSet<Constraint, ConstraintKeyInfo> Seen;
2382   DenseSet<std::pair<unsigned,unsigned>, PairKeyInfo> EdgesChecked;
2383
2384   // Order graph and add initial nodes to work list.
2385   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2386     Node *INode = &GraphNodes[i];
2387
2388     // Add to work list if it's a representative and can contribute to the
2389     // calculation right now.
2390     if (INode->isRep() && !INode->PointsTo->empty()
2391         && (!INode->Edges->empty() || !INode->Constraints.empty())) {
2392       INode->Stamp();
2393       CurrWL->insert(INode);
2394     }
2395   }
2396   std::queue<unsigned int> TarjanWL;
2397 #if !FULL_UNIVERSAL
2398   // "Rep and special variables" - in order for HCD to maintain conservative
2399   // results when !FULL_UNIVERSAL, we need to treat the special variables in
2400   // the same way that the !FULL_UNIVERSAL tweak does throughout the rest of
2401   // the analysis - it's ok to add edges from the special nodes, but never
2402   // *to* the special nodes.
2403   std::vector<unsigned int> RSV;
2404 #endif
2405   while( !CurrWL->empty() ) {
2406     DEBUG(errs() << "Starting iteration #" << ++NumIters << "\n");
2407
2408     Node* CurrNode;
2409     unsigned CurrNodeIndex;
2410
2411     // Actual cycle checking code.  We cycle check all of the lazy cycle
2412     // candidates from the last iteration in one go.
2413     if (!TarjanWL.empty()) {
2414       DFSNumber = 0;
2415       
2416       Tarjan2DFS.clear();
2417       Tarjan2Deleted.clear();
2418       while (!TarjanWL.empty()) {
2419         unsigned int ToTarjan = TarjanWL.front();
2420         TarjanWL.pop();
2421         if (!Tarjan2Deleted[ToTarjan]
2422             && GraphNodes[ToTarjan].isRep()
2423             && Tarjan2DFS[ToTarjan] == 0)
2424           QueryNode(ToTarjan);
2425       }
2426     }
2427     
2428     // Add to work list if it's a representative and can contribute to the
2429     // calculation right now.
2430     while( (CurrNode = CurrWL->pop()) != NULL ) {
2431       CurrNodeIndex = CurrNode - &GraphNodes[0];
2432       CurrNode->Stamp();
2433       
2434           
2435       // Figure out the changed points to bits
2436       SparseBitVector<> CurrPointsTo;
2437       CurrPointsTo.intersectWithComplement(CurrNode->PointsTo,
2438                                            CurrNode->OldPointsTo);
2439       if (CurrPointsTo.empty())
2440         continue;
2441
2442       *(CurrNode->OldPointsTo) |= CurrPointsTo;
2443
2444       // Check the offline-computed equivalencies from HCD.
2445       bool SCC = false;
2446       unsigned Rep;
2447
2448       if (SDT[CurrNodeIndex] >= 0) {
2449         SCC = true;
2450         Rep = FindNode(SDT[CurrNodeIndex]);
2451
2452 #if !FULL_UNIVERSAL
2453         RSV.clear();
2454 #endif
2455         for (SparseBitVector<>::iterator bi = CurrPointsTo.begin();
2456              bi != CurrPointsTo.end(); ++bi) {
2457           unsigned Node = FindNode(*bi);
2458 #if !FULL_UNIVERSAL
2459           if (Node < NumberSpecialNodes) {
2460             RSV.push_back(Node);
2461             continue;
2462           }
2463 #endif
2464           Rep = UniteNodes(Rep,Node);
2465         }
2466 #if !FULL_UNIVERSAL
2467         RSV.push_back(Rep);
2468 #endif
2469
2470         NextWL->insert(&GraphNodes[Rep]);
2471
2472         if ( ! CurrNode->isRep() )
2473           continue;
2474       }
2475
2476       Seen.clear();
2477
2478       /* Now process the constraints for this node.  */
2479       for (std::list<Constraint>::iterator li = CurrNode->Constraints.begin();
2480            li != CurrNode->Constraints.end(); ) {
2481         li->Src = FindNode(li->Src);
2482         li->Dest = FindNode(li->Dest);
2483
2484         // Delete redundant constraints
2485         if( Seen.count(*li) ) {
2486           std::list<Constraint>::iterator lk = li; li++;
2487
2488           CurrNode->Constraints.erase(lk);
2489           ++NumErased;
2490           continue;
2491         }
2492         Seen.insert(*li);
2493
2494         // Src and Dest will be the vars we are going to process.
2495         // This may look a bit ugly, but what it does is allow us to process
2496         // both store and load constraints with the same code.
2497         // Load constraints say that every member of our RHS solution has K
2498         // added to it, and that variable gets an edge to LHS. We also union
2499         // RHS+K's solution into the LHS solution.
2500         // Store constraints say that every member of our LHS solution has K
2501         // added to it, and that variable gets an edge from RHS. We also union
2502         // RHS's solution into the LHS+K solution.
2503         unsigned *Src;
2504         unsigned *Dest;
2505         unsigned K = li->Offset;
2506         unsigned CurrMember;
2507         if (li->Type == Constraint::Load) {
2508           Src = &CurrMember;
2509           Dest = &li->Dest;
2510         } else if (li->Type == Constraint::Store) {
2511           Src = &li->Src;
2512           Dest = &CurrMember;
2513         } else {
2514           // TODO Handle offseted copy constraint
2515           li++;
2516           continue;
2517         }
2518
2519         // See if we can use Hybrid Cycle Detection (that is, check
2520         // if it was a statically detected offline equivalence that
2521         // involves pointers; if so, remove the redundant constraints).
2522         if( SCC && K == 0 ) {
2523 #if FULL_UNIVERSAL
2524           CurrMember = Rep;
2525
2526           if (GraphNodes[*Src].Edges->test_and_set(*Dest))
2527             if (GraphNodes[*Dest].PointsTo |= *(GraphNodes[*Src].PointsTo))
2528               NextWL->insert(&GraphNodes[*Dest]);
2529 #else
2530           for (unsigned i=0; i < RSV.size(); ++i) {
2531             CurrMember = RSV[i];
2532
2533             if (*Dest < NumberSpecialNodes)
2534               continue;
2535             if (GraphNodes[*Src].Edges->test_and_set(*Dest))
2536               if (GraphNodes[*Dest].PointsTo |= *(GraphNodes[*Src].PointsTo))
2537                 NextWL->insert(&GraphNodes[*Dest]);
2538           }
2539 #endif
2540           // since all future elements of the points-to set will be
2541           // equivalent to the current ones, the complex constraints
2542           // become redundant.
2543           //
2544           std::list<Constraint>::iterator lk = li; li++;
2545 #if !FULL_UNIVERSAL
2546           // In this case, we can still erase the constraints when the
2547           // elements of the points-to sets are referenced by *Dest,
2548           // but not when they are referenced by *Src (i.e. for a Load
2549           // constraint). This is because if another special variable is
2550           // put into the points-to set later, we still need to add the
2551           // new edge from that special variable.
2552           if( lk->Type != Constraint::Load)
2553 #endif
2554           GraphNodes[CurrNodeIndex].Constraints.erase(lk);
2555         } else {
2556           const SparseBitVector<> &Solution = CurrPointsTo;
2557
2558           for (SparseBitVector<>::iterator bi = Solution.begin();
2559                bi != Solution.end();
2560                ++bi) {
2561             CurrMember = *bi;
2562
2563             // Need to increment the member by K since that is where we are
2564             // supposed to copy to/from.  Note that in positive weight cycles,
2565             // which occur in address taking of fields, K can go past
2566             // MaxK[CurrMember] elements, even though that is all it could point
2567             // to.
2568             if (K > 0 && K > MaxK[CurrMember])
2569               continue;
2570             else
2571               CurrMember = FindNode(CurrMember + K);
2572
2573             // Add an edge to the graph, so we can just do regular
2574             // bitmap ior next time.  It may also let us notice a cycle.
2575 #if !FULL_UNIVERSAL
2576             if (*Dest < NumberSpecialNodes)
2577               continue;
2578 #endif
2579             if (GraphNodes[*Src].Edges->test_and_set(*Dest))
2580               if (GraphNodes[*Dest].PointsTo |= *(GraphNodes[*Src].PointsTo))
2581                 NextWL->insert(&GraphNodes[*Dest]);
2582
2583           }
2584           li++;
2585         }
2586       }
2587       SparseBitVector<> NewEdges;
2588       SparseBitVector<> ToErase;
2589
2590       // Now all we have left to do is propagate points-to info along the
2591       // edges, erasing the redundant edges.
2592       for (SparseBitVector<>::iterator bi = CurrNode->Edges->begin();
2593            bi != CurrNode->Edges->end();
2594            ++bi) {
2595
2596         unsigned DestVar = *bi;
2597         unsigned Rep = FindNode(DestVar);
2598
2599         // If we ended up with this node as our destination, or we've already
2600         // got an edge for the representative, delete the current edge.
2601         if (Rep == CurrNodeIndex ||
2602             (Rep != DestVar && NewEdges.test(Rep))) {
2603             ToErase.set(DestVar);
2604             continue;
2605         }
2606         
2607         std::pair<unsigned,unsigned> edge(CurrNodeIndex,Rep);
2608         
2609         // This is where we do lazy cycle detection.
2610         // If this is a cycle candidate (equal points-to sets and this
2611         // particular edge has not been cycle-checked previously), add to the
2612         // list to check for cycles on the next iteration.
2613         if (!EdgesChecked.count(edge) &&
2614             *(GraphNodes[Rep].PointsTo) == *(CurrNode->PointsTo)) {
2615           EdgesChecked.insert(edge);
2616           TarjanWL.push(Rep);
2617         }
2618         // Union the points-to sets into the dest
2619 #if !FULL_UNIVERSAL
2620         if (Rep >= NumberSpecialNodes)
2621 #endif
2622         if (GraphNodes[Rep].PointsTo |= CurrPointsTo) {
2623           NextWL->insert(&GraphNodes[Rep]);
2624         }
2625         // If this edge's destination was collapsed, rewrite the edge.
2626         if (Rep != DestVar) {
2627           ToErase.set(DestVar);
2628           NewEdges.set(Rep);
2629         }
2630       }
2631       CurrNode->Edges->intersectWithComplement(ToErase);
2632       CurrNode->Edges |= NewEdges;
2633     }
2634
2635     // Switch to other work list.
2636     WorkList* t = CurrWL; CurrWL = NextWL; NextWL = t;
2637   }
2638
2639
2640   Node2DFS.clear();
2641   Node2Deleted.clear();
2642   for (unsigned i = 0; i < GraphNodes.size(); ++i) {
2643     Node *N = &GraphNodes[i];
2644     delete N->OldPointsTo;
2645     delete N->Edges;
2646   }
2647   SDTActive = false;
2648   SDT.clear();
2649 }
2650
2651 //===----------------------------------------------------------------------===//
2652 //                               Union-Find
2653 //===----------------------------------------------------------------------===//
2654
2655 // Unite nodes First and Second, returning the one which is now the
2656 // representative node.  First and Second are indexes into GraphNodes
2657 unsigned Andersens::UniteNodes(unsigned First, unsigned Second,
2658                                bool UnionByRank) {
2659   assert (First < GraphNodes.size() && Second < GraphNodes.size() &&
2660           "Attempting to merge nodes that don't exist");
2661
2662   Node *FirstNode = &GraphNodes[First];
2663   Node *SecondNode = &GraphNodes[Second];
2664
2665   assert (SecondNode->isRep() && FirstNode->isRep() &&
2666           "Trying to unite two non-representative nodes!");
2667   if (First == Second)
2668     return First;
2669
2670   if (UnionByRank) {
2671     int RankFirst  = (int) FirstNode ->NodeRep;
2672     int RankSecond = (int) SecondNode->NodeRep;
2673
2674     // Rank starts at -1 and gets decremented as it increases.
2675     // Translation: higher rank, lower NodeRep value, which is always negative.
2676     if (RankFirst > RankSecond) {
2677       unsigned t = First; First = Second; Second = t;
2678       Node* tp = FirstNode; FirstNode = SecondNode; SecondNode = tp;
2679     } else if (RankFirst == RankSecond) {
2680       FirstNode->NodeRep = (unsigned) (RankFirst - 1);
2681     }
2682   }
2683
2684   SecondNode->NodeRep = First;
2685 #if !FULL_UNIVERSAL
2686   if (First >= NumberSpecialNodes)
2687 #endif
2688   if (FirstNode->PointsTo && SecondNode->PointsTo)
2689     FirstNode->PointsTo |= *(SecondNode->PointsTo);
2690   if (FirstNode->Edges && SecondNode->Edges)
2691     FirstNode->Edges |= *(SecondNode->Edges);
2692   if (!SecondNode->Constraints.empty())
2693     FirstNode->Constraints.splice(FirstNode->Constraints.begin(),
2694                                   SecondNode->Constraints);
2695   if (FirstNode->OldPointsTo) {
2696     delete FirstNode->OldPointsTo;
2697     FirstNode->OldPointsTo = new SparseBitVector<>;
2698   }
2699
2700   // Destroy interesting parts of the merged-from node.
2701   delete SecondNode->OldPointsTo;
2702   delete SecondNode->Edges;
2703   delete SecondNode->PointsTo;
2704   SecondNode->Edges = NULL;
2705   SecondNode->PointsTo = NULL;
2706   SecondNode->OldPointsTo = NULL;
2707
2708   NumUnified++;
2709   DEBUG(errs() << "Unified Node ");
2710   DEBUG(PrintNode(FirstNode));
2711   DEBUG(errs() << " and Node ");
2712   DEBUG(PrintNode(SecondNode));
2713   DEBUG(errs() << "\n");
2714
2715   if (SDTActive)
2716     if (SDT[Second] >= 0) {
2717       if (SDT[First] < 0)
2718         SDT[First] = SDT[Second];
2719       else {
2720         UniteNodes( FindNode(SDT[First]), FindNode(SDT[Second]) );
2721         First = FindNode(First);
2722       }
2723     }
2724
2725   return First;
2726 }
2727
2728 // Find the index into GraphNodes of the node representing Node, performing
2729 // path compression along the way
2730 unsigned Andersens::FindNode(unsigned NodeIndex) {
2731   assert (NodeIndex < GraphNodes.size()
2732           && "Attempting to find a node that can't exist");
2733   Node *N = &GraphNodes[NodeIndex];
2734   if (N->isRep())
2735     return NodeIndex;
2736   else
2737     return (N->NodeRep = FindNode(N->NodeRep));
2738 }
2739
2740 // Find the index into GraphNodes of the node representing Node, 
2741 // don't perform path compression along the way (for Print)
2742 unsigned Andersens::FindNode(unsigned NodeIndex) const {
2743   assert (NodeIndex < GraphNodes.size()
2744           && "Attempting to find a node that can't exist");
2745   const Node *N = &GraphNodes[NodeIndex];
2746   if (N->isRep())
2747     return NodeIndex;
2748   else
2749     return FindNode(N->NodeRep);
2750 }
2751
2752 //===----------------------------------------------------------------------===//
2753 //                               Debugging Output
2754 //===----------------------------------------------------------------------===//
2755
2756 void Andersens::PrintNode(const Node *N) const {
2757   if (N == &GraphNodes[UniversalSet]) {
2758     errs() << "<universal>";
2759     return;
2760   } else if (N == &GraphNodes[NullPtr]) {
2761     errs() << "<nullptr>";
2762     return;
2763   } else if (N == &GraphNodes[NullObject]) {
2764     errs() << "<null>";
2765     return;
2766   }
2767   if (!N->getValue()) {
2768     errs() << "artificial" << (intptr_t) N;
2769     return;
2770   }
2771
2772   assert(N->getValue() != 0 && "Never set node label!");
2773   Value *V = N->getValue();
2774   if (Function *F = dyn_cast<Function>(V)) {
2775     if (isa<PointerType>(F->getFunctionType()->getReturnType()) &&
2776         N == &GraphNodes[getReturnNode(F)]) {
2777       errs() << F->getName() << ":retval";
2778       return;
2779     } else if (F->getFunctionType()->isVarArg() &&
2780                N == &GraphNodes[getVarargNode(F)]) {
2781       errs() << F->getName() << ":vararg";
2782       return;
2783     }
2784   }
2785
2786   if (Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
2787     errs() << I->getParent()->getParent()->getName() << ":";
2788   else if (Argument *Arg = dyn_cast<Argument>(V))
2789     errs() << Arg->getParent()->getName() << ":";
2790
2791   if (V->hasName())
2792     errs() << V->getName();
2793   else
2794     errs() << "(unnamed)";
2795
2796   if (isa<GlobalValue>(V) || isa<AllocaInst>(V) || isMalloc(V))
2797     if (N == &GraphNodes[getObject(V)])
2798       errs() << "<mem>";
2799 }
2800 void Andersens::PrintConstraint(const Constraint &C) const {
2801   if (C.Type == Constraint::Store) {
2802     errs() << "*";
2803     if (C.Offset != 0)
2804       errs() << "(";
2805   }
2806   PrintNode(&GraphNodes[C.Dest]);
2807   if (C.Type == Constraint::Store && C.Offset != 0)
2808     errs() << " + " << C.Offset << ")";
2809   errs() << " = ";
2810   if (C.Type == Constraint::Load) {
2811     errs() << "*";
2812     if (C.Offset != 0)
2813       errs() << "(";
2814   }
2815   else if (C.Type == Constraint::AddressOf)
2816     errs() << "&";
2817   PrintNode(&GraphNodes[C.Src]);
2818   if (C.Offset != 0 && C.Type != Constraint::Store)
2819     errs() << " + " << C.Offset;
2820   if (C.Type == Constraint::Load && C.Offset != 0)
2821     errs() << ")";
2822   errs() << "\n";
2823 }
2824
2825 void Andersens::PrintConstraints() const {
2826   errs() << "Constraints:\n";
2827
2828   for (unsigned i = 0, e = Constraints.size(); i != e; ++i)
2829     PrintConstraint(Constraints[i]);
2830 }
2831
2832 void Andersens::PrintPointsToGraph() const {
2833   errs() << "Points-to graph:\n";
2834   for (unsigned i = 0, e = GraphNodes.size(); i != e; ++i) {
2835     const Node *N = &GraphNodes[i];
2836     if (FindNode(i) != i) {
2837       PrintNode(N);
2838       errs() << "\t--> same as ";
2839       PrintNode(&GraphNodes[FindNode(i)]);
2840       errs() << "\n";
2841     } else {
2842       errs() << "[" << (N->PointsTo->count()) << "] ";
2843       PrintNode(N);
2844       errs() << "\t--> ";
2845
2846       bool first = true;
2847       for (SparseBitVector<>::iterator bi = N->PointsTo->begin();
2848            bi != N->PointsTo->end();
2849            ++bi) {
2850         if (!first)
2851           errs() << ", ";
2852         PrintNode(&GraphNodes[*bi]);
2853         first = false;
2854       }
2855       errs() << "\n";
2856     }
2857   }
2858 }