Use instruction itinerary to determine what instructions are 'cheap'.
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / AliasAnalysis.h
index 1fe9b21474509295b30f30c79fe3d465511ff245..2bd3f4c6b487103980fe9824b0bf5a13b44055fc 100644 (file)
 //===- llvm/Analysis/AliasAnalysis.h - Alias Analysis Interface -*- C++ -*-===//
 //
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
 // This file defines the generic AliasAnalysis interface, which is used as the
 // common interface used by all clients of alias analysis information, and
-// implemented by all alias analysis implementations.
+// implemented by all alias analysis implementations.  Mod/Ref information is
+// also captured by this interface.
 //
 // Implementations of this interface must implement the various virtual methods,
 // which automatically provides functionality for the entire suite of client
 // APIs.
 //
+// This API represents memory as a (Pointer, Size) pair.  The Pointer component
+// specifies the base memory address of the region, the Size specifies how large
+// of an area is being queried, or UnknownSize if the size is not known.
+// Pointers that point to two completely different objects in memory never
+// alias, regardless of the value of the Size component.
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
 #define LLVM_ANALYSIS_ALIAS_ANALYSIS_H
 
-class Value;
-class CallInst;
-class InvokeInst;
-class BasicBlock;
-class Instruction;
-
-struct AliasAnalysis {
-
-  // Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
-  // know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
-  // _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
-  //     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
-  // to check to see if two pointers might alias.
-  //
-  enum Result { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
-
-  // alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
-  // Returns a Result indicating whether the two pointers are aliased to each
-  // other.  This is the interface that must be implemented by specific alias
-  // analysis implementations.
-  //
-  virtual Result alias(const Value *V1, const Value *V2) const = 0;
-
-  // canCallModify - Return a Result that indicates whether the specified
-  // function call can modify the memory location pointed to by Ptr.
-  //
-  virtual Result canCallModify(const CallInst &CI, const Value *Ptr) const = 0;
-
-  // canInvokeModify - Return a Result that indicates whether the specified
-  // function invoke can modify the memory location pointed to by Ptr.
-  //
-  virtual Result canInvokeModify(const InvokeInst &I, const Value *Ptr) const=0;
-
-  // canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
-  // specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
-  //
-  bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *Ptr) const;
-
-  // canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the execution
-  // of the specified instructions to modify the value pointed to by Ptr.  The
-  // instructions to consider are all of the instructions in the range of
-  // [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
-  //
-  bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
-                                 const Value *Ptr) const;
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include <vector>
+
+namespace llvm {
+
+class LoadInst;
+class StoreInst;
+class VAArgInst;
+class TargetData;
+class Pass;
+class AnalysisUsage;
+
+class AliasAnalysis {
+protected:
+  const TargetData *TD;
+
+private:
+  AliasAnalysis *AA;       // Previous Alias Analysis to chain to.
 
+protected:
+  /// InitializeAliasAnalysis - Subclasses must call this method to initialize
+  /// the AliasAnalysis interface before any other methods are called.  This is
+  /// typically called by the run* methods of these subclasses.  This may be
+  /// called multiple times.
+  ///
+  void InitializeAliasAnalysis(Pass *P);
+
+  /// getAnalysisUsage - All alias analysis implementations should invoke this
+  /// directly (using AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU)).
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+
+public:
+  static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
+  AliasAnalysis() : TD(0), AA(0) {}
   virtual ~AliasAnalysis();  // We want to be subclassed
+
+  /// UnknownSize - This is a special value which can be used with the
+  /// size arguments in alias queries to indicate that the caller does not
+  /// know the sizes of the potential memory references.
+  static uint64_t const UnknownSize = ~UINT64_C(0);
+
+  /// getTargetData - Return a pointer to the current TargetData object, or
+  /// null if no TargetData object is available.
+  ///
+  const TargetData *getTargetData() const { return TD; }
+
+  /// getTypeStoreSize - Return the TargetData store size for the given type,
+  /// if known, or a conservative value otherwise.
+  ///
+  uint64_t getTypeStoreSize(const Type *Ty);
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  /// Alias Queries...
+  ///
+
+  /// Location - A description of a memory location.
+  struct Location {
+    /// Ptr - The address of the start of the location.
+    const Value *Ptr;
+    /// Size - The size of the location.
+    uint64_t Size;
+    /// TBAATag - The metadata node which describes the TBAA type of
+    /// the location, or null if there is no (unique) tag.
+    const MDNode *TBAATag;
+
+    explicit Location(const Value *P = 0,
+                      uint64_t S = UnknownSize,
+                      const MDNode *N = 0)
+      : Ptr(P), Size(S), TBAATag(N) {}
+
+    Location getWithNewPtr(const Value *NewPtr) const {
+      Location Copy(*this);
+      Copy.Ptr = NewPtr;
+      return Copy;
+    }
+
+    Location getWithoutTBAATag() const {
+      Location Copy(*this);
+      Copy.TBAATag = 0;
+      return Copy;
+    }
+  };
+
+  /// Alias analysis result - Either we know for sure that it does not alias, we
+  /// know for sure it must alias, or we don't know anything: The two pointers
+  /// _might_ alias.  This enum is designed so you can do things like:
+  ///     if (AA.alias(P1, P2)) { ... }
+  /// to check to see if two pointers might alias.
+  ///
+  /// See docs/AliasAnalysis.html for more information on the specific meanings
+  /// of these values.
+  ///
+  enum AliasResult { NoAlias = 0, MayAlias = 1, MustAlias = 2 };
+
+  /// alias - The main low level interface to the alias analysis implementation.
+  /// Returns a Result indicating whether the two pointers are aliased to each
+  /// other.  This is the interface that must be implemented by specific alias
+  /// analysis implementations.
+  virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
+
+  /// alias - A convenience wrapper.
+  AliasResult alias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
+                    const Value *V2, uint64_t V2Size) {
+    return alias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
+  }
+
+  /// alias - A convenience wrapper.
+  AliasResult alias(const Value *V1, const Value *V2) {
+    return alias(V1, UnknownSize, V2, UnknownSize);
+  }
+
+  /// isNoAlias - A trivial helper function to check to see if the specified
+  /// pointers are no-alias.
+  bool isNoAlias(const Location &LocA, const Location &LocB) {
+    return alias(LocA, LocB) == NoAlias;
+  }
+
+  /// isNoAlias - A convenience wrapper.
+  bool isNoAlias(const Value *V1, uint64_t V1Size,
+                 const Value *V2, uint64_t V2Size) {
+    return isNoAlias(Location(V1, V1Size), Location(V2, V2Size));
+  }
+
+  /// pointsToConstantMemory - If the specified memory location is known to be
+  /// constant, return true.  This allows disambiguation of store
+  /// instructions from constant pointers.
+  ///
+  virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc);
+
+  /// pointsToConstantMemory - A convenient wrapper.
+  bool pointsToConstantMemory(const Value *P) {
+    return pointsToConstantMemory(Location(P));
+  }
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  /// Simple mod/ref information...
+  ///
+
+  /// ModRefResult - Represent the result of a mod/ref query.  Mod and Ref are
+  /// bits which may be or'd together.
+  ///
+  enum ModRefResult { NoModRef = 0, Ref = 1, Mod = 2, ModRef = 3 };
+
+
+  /// ModRefBehavior - Summary of how a function affects memory in the program.
+  /// Loads from constant globals are not considered memory accesses for this
+  /// interface.  Also, functions may freely modify stack space local to their
+  /// invocation without having to report it through these interfaces.
+  enum ModRefBehavior {
+    // DoesNotAccessMemory - This function does not perform any non-local loads
+    // or stores to memory.
+    //
+    // This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
+    DoesNotAccessMemory,
+
+    // AccessesArguments - This function accesses function arguments in well
+    // known (possibly volatile) ways, but does not access any other memory.
+    AccessesArguments,
+
+    // AccessesArgumentsAndGlobals - This function has accesses function
+    // arguments and global variables well known (possibly volatile) ways, but
+    // does not access any other memory.
+    AccessesArgumentsAndGlobals,
+
+    // OnlyReadsMemory - This function does not perform any non-local stores or
+    // volatile loads, but may read from any memory location.
+    //
+    // This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
+    OnlyReadsMemory,
+
+    // UnknownModRefBehavior - This indicates that the function could not be
+    // classified into one of the behaviors above.
+    UnknownModRefBehavior
+  };
+
+  /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given call site.
+  virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
+
+  /// getModRefBehavior - Return the behavior when calling the given function.
+  /// For use when the call site is not known.
+  virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
+
+  /// getIntrinsicModRefBehavior - Return the modref behavior of the intrinsic
+  /// with the given id.  Most clients won't need this, because the regular
+  /// getModRefBehavior incorporates this information.
+  static ModRefBehavior getIntrinsicModRefBehavior(unsigned iid);
+
+  /// doesNotAccessMemory - If the specified call is known to never read or
+  /// write memory, return true.  If the call only reads from known-constant
+  /// memory, it is also legal to return true.  Calls that unwind the stack
+  /// are legal for this predicate.
+  ///
+  /// Many optimizations (such as CSE and LICM) can be performed on such calls
+  /// without worrying about aliasing properties, and many calls have this
+  /// property (e.g. calls to 'sin' and 'cos').
+  ///
+  /// This property corresponds to the GCC 'const' attribute.
+  ///
+  bool doesNotAccessMemory(ImmutableCallSite CS) {
+    return getModRefBehavior(CS) == DoesNotAccessMemory;
+  }
+
+  /// doesNotAccessMemory - If the specified function is known to never read or
+  /// write memory, return true.  For use when the call site is not known.
+  ///
+  bool doesNotAccessMemory(const Function *F) {
+    return getModRefBehavior(F) == DoesNotAccessMemory;
+  }
+
+  /// onlyReadsMemory - If the specified call is known to only read from
+  /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  Calls
+  /// that unwind the stack are legal for this predicate.
+  ///
+  /// This property allows many common optimizations to be performed in the
+  /// absence of interfering store instructions, such as CSE of strlen calls.
+  ///
+  /// This property corresponds to the GCC 'pure' attribute.
+  ///
+  bool onlyReadsMemory(ImmutableCallSite CS) {
+    ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(CS);
+    return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
+  }
+
+  /// onlyReadsMemory - If the specified function is known to only read from
+  /// non-volatile memory (or not access memory at all), return true.  For use
+  /// when the call site is not known.
+  ///
+  bool onlyReadsMemory(const Function *F) {
+    ModRefBehavior MRB = getModRefBehavior(F);
+    return MRB == DoesNotAccessMemory || MRB == OnlyReadsMemory;
+  }
+
+
+  /// getModRefInfo - Return information about whether or not an instruction may
+  /// read or write the specified memory location.  An instruction
+  /// that doesn't read or write memory may be trivially LICM'd for example.
+  ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
+                             const Location &Loc) {
+    switch (I->getOpcode()) {
+    case Instruction::VAArg:  return getModRefInfo((const VAArgInst*)I, Loc);
+    case Instruction::Load:   return getModRefInfo((const LoadInst*)I,  Loc);
+    case Instruction::Store:  return getModRefInfo((const StoreInst*)I, Loc);
+    case Instruction::Call:   return getModRefInfo((const CallInst*)I,  Loc);
+    case Instruction::Invoke: return getModRefInfo((const InvokeInst*)I,Loc);
+    default:                  return NoModRef;
+    }
+  }
+
+  /// getModRefInfo - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const Instruction *I,
+                             const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for call sites) - Return whether information about whether
+  /// a particular call site modifies or reads the specified memory location.
+  virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
+                                     const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for call sites) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
+                             const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(CS, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for calls) - Return whether information about whether
+  /// a particular call modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Location &Loc) {
+    return getModRefInfo(ImmutableCallSite(C), Loc);
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for calls) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const CallInst *C, const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(C, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for invokes) - Return whether information about whether
+  /// a particular invoke modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
+                             const Location &Loc) {
+    return getModRefInfo(ImmutableCallSite(I), Loc);
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for invokes) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const InvokeInst *I,
+                             const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for loads) - Return whether information about whether
+  /// a particular load modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for loads) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const LoadInst *L, const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(L, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for stores) - Return whether information about whether
+  /// a particular store modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for stores) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const StoreInst *S, const Value *P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(S, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo (for va_args) - Return whether information about whether
+  /// a particular va_arg modifies or reads the specified memory location.
+  ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Location &Loc);
+
+  /// getModRefInfo (for va_args) - A convenience wrapper.
+  ModRefResult getModRefInfo(const VAArgInst* I, const Value* P, uint64_t Size) {
+    return getModRefInfo(I, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// getModRefInfo - Return information about whether two call sites may refer
+  /// to the same set of memory locations.  See 
+  ///   http://llvm.org/docs/AliasAnalysis.html#ModRefInfo
+  /// for details.
+  virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
+                                     ImmutableCallSite CS2);
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  /// Higher level methods for querying mod/ref information.
+  ///
+
+  /// canBasicBlockModify - Return true if it is possible for execution of the
+  /// specified basic block to modify the value pointed to by Ptr.
+  bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Location &Loc);
+
+  /// canBasicBlockModify - A convenience wrapper.
+  bool canBasicBlockModify(const BasicBlock &BB, const Value *P, uint64_t Size){
+    return canBasicBlockModify(BB, Location(P, Size));
+  }
+
+  /// canInstructionRangeModify - Return true if it is possible for the
+  /// execution of the specified instructions to modify the value pointed to by
+  /// Ptr.  The instructions to consider are all of the instructions in the
+  /// range of [I1,I2] INCLUSIVE.  I1 and I2 must be in the same basic block.
+  bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
+                                 const Location &Loc);
+
+  /// canInstructionRangeModify - A convenience wrapper.
+  bool canInstructionRangeModify(const Instruction &I1, const Instruction &I2,
+                                 const Value *Ptr, uint64_t Size) {
+    return canInstructionRangeModify(I1, I2, Location(Ptr, Size));
+  }
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  /// Methods that clients should call when they transform the program to allow
+  /// alias analyses to update their internal data structures.  Note that these
+  /// methods may be called on any instruction, regardless of whether or not
+  /// they have pointer-analysis implications.
+  ///
+
+  /// deleteValue - This method should be called whenever an LLVM Value is
+  /// deleted from the program, for example when an instruction is found to be
+  /// redundant and is eliminated.
+  ///
+  virtual void deleteValue(Value *V);
+
+  /// copyValue - This method should be used whenever a preexisting value in the
+  /// program is copied or cloned, introducing a new value.  Note that analysis
+  /// implementations should tolerate clients that use this method to introduce
+  /// the same value multiple times: if the analysis already knows about a
+  /// value, it should ignore the request.
+  ///
+  virtual void copyValue(Value *From, Value *To);
+
+  /// replaceWithNewValue - This method is the obvious combination of the two
+  /// above, and it provided as a helper to simplify client code.
+  ///
+  void replaceWithNewValue(Value *Old, Value *New) {
+    copyValue(Old, New);
+    deleteValue(Old);
+  }
 };
 
+/// isNoAliasCall - Return true if this pointer is returned by a noalias
+/// function.
+bool isNoAliasCall(const Value *V);
+
+/// isIdentifiedObject - Return true if this pointer refers to a distinct and
+/// identifiable object.  This returns true for:
+///    Global Variables and Functions (but not Global Aliases)
+///    Allocas and Mallocs
+///    ByVal and NoAlias Arguments
+///    NoAlias returns
+///
+bool isIdentifiedObject(const Value *V);
+
+} // End llvm namespace
+
 #endif