The TargetData is not used for the isPowerOfTwo determination. It has never
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / CallGraph.h
index 8365a4f397c290d70ea86f329cae09ab3f297de2..d8b80df8fc776a7e93c1c0b77f626da93a0a87e4 100644 (file)
-//===- llvm/Analysis/CallGraph.h - Build a Module's call graph ---*- C++ -*--=//
+//===- CallGraph.h - Build a Module's call graph ----------------*- C++ -*-===//
 //
-// This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
+//
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+//
+// This interface is used to build and manipulate a call graph, which is a very
 // useful tool for interprocedural optimization.
 //
-// This call graph represents a dynamic method invocation as a null method node.
-// A call graph may only have up to one null method node that represents all of
-// the dynamic method invocations.
+// Every function in a module is represented as a node in the call graph.  The
+// callgraph node keeps track of which functions the are called by the function
+// corresponding to the node.
+//
+// A call graph may contain nodes where the function that they correspond to is
+// null.  These 'external' nodes are used to represent control flow that is not
+// represented (or analyzable) in the module.  In particular, this analysis
+// builds one external node such that:
+//   1. All functions in the module without internal linkage will have edges
+//      from this external node, indicating that they could be called by
+//      functions outside of the module.
+//   2. All functions whose address is used for something more than a direct
+//      call, for example being stored into a memory location will also have an
+//      edge from this external node.  Since they may be called by an unknown
+//      caller later, they must be tracked as such.
 //
-// Additionally, the 'root' node of a call graph represents the "entry point"
-// node of the graph, which has an edge to every external method in the graph.
-// This node has a null method pointer.
+// There is a second external node added for calls that leave this module.
+// Functions have a call edge to the external node iff:
+//   1. The function is external, reflecting the fact that they could call
+//      anything without internal linkage or that has its address taken.
+//   2. The function contains an indirect function call.
+//
+// As an extension in the future, there may be multiple nodes with a null
+// function.  These will be used when we can prove (through pointer analysis)
+// that an indirect call site can call only a specific set of functions.
+//
+// Because of these properties, the CallGraph captures a conservative superset
+// of all of the caller-callee relationships, which is useful for
+// transformations.
+//
+// The CallGraph class also attempts to figure out what the root of the
+// CallGraph is, which it currently does by looking for a function named 'main'.
+// If no function named 'main' is found, the external node is used as the entry
+// node, reflecting the fact that any function without internal linkage could
+// be called into (which is common for libraries).
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
 #define LLVM_ANALYSIS_CALLGRAPH_H
 
-#include "Support/GraphTraits.h"
+#include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
+#include "llvm/ADT/STLExtras.h"
+#include "llvm/Function.h"
+#include "llvm/Pass.h"
+#include "llvm/Support/CallSite.h"
+#include "llvm/Support/IncludeFile.h"
+#include "llvm/Support/ValueHandle.h"
 #include <map>
-#include <vector>
-class Method;
+
+namespace llvm {
+
+class Function;
 class Module;
+class CallGraphNode;
 
-namespace cfg {
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// CallGraph class definition
+//
+class CallGraph {
+protected:
+  Module *Mod;              // The module this call graph represents
 
-class CallGraph;
-class CallGraphNode {
-  Method *Meth;
-  vector<CallGraphNode*> CalledMethods;
+  typedef std::map<const Function *, CallGraphNode *> FunctionMapTy;
+  FunctionMapTy FunctionMap;    // Map from a function to its node
 
-  CallGraphNode(const CallGraphNode &);           // Do not implement
 public:
-  typedef vector<CallGraphNode*>::iterator iterator;
-  typedef vector<CallGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
+  static char ID; // Class identification, replacement for typeinfo
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Accessors.
+  //
+  typedef FunctionMapTy::iterator iterator;
+  typedef FunctionMapTy::const_iterator const_iterator;
+
+  /// getModule - Return the module the call graph corresponds to.
+  ///
+  Module &getModule() const { return *Mod; }
+
+  inline       iterator begin()       { return FunctionMap.begin(); }
+  inline       iterator end()         { return FunctionMap.end();   }
+  inline const_iterator begin() const { return FunctionMap.begin(); }
+  inline const_iterator end()   const { return FunctionMap.end();   }
+
+  // Subscripting operators, return the call graph node for the provided
+  // function
+  inline const CallGraphNode *operator[](const Function *F) const {
+    const_iterator I = FunctionMap.find(F);
+    assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
+    return I->second;
+  }
+  inline CallGraphNode *operator[](const Function *F) {
+    const_iterator I = FunctionMap.find(F);
+    assert(I != FunctionMap.end() && "Function not in callgraph!");
+    return I->second;
+  }
 
-  // getMethod - Return the method that this call graph node represents...
-  Method *getMethod() const { return Meth; }
+  /// Returns the CallGraphNode which is used to represent undetermined calls
+  /// into the callgraph.  Override this if you want behavioral inheritance.
+  virtual CallGraphNode* getExternalCallingNode() const { return 0; }
+  virtual CallGraphNode* getCallsExternalNode()   const { return 0; }
 
-  inline iterator begin() { return CalledMethods.begin(); }
-  inline iterator end()   { return CalledMethods.end();   }
-  inline const_iterator begin() const { return CalledMethods.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return CalledMethods.end();   }
-  inline unsigned size() const { return CalledMethods.size(); }
+  /// Return the root/main method in the module, or some other root node, such
+  /// as the externalcallingnode.  Overload these if you behavioral
+  /// inheritance.
+  virtual CallGraphNode* getRoot() { return 0; }
+  virtual const CallGraphNode* getRoot() const { return 0; }
 
-  inline CallGraphNode *operator[](unsigned i) const { return CalledMethods[i];}
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Functions to keep a call graph up to date with a function that has been
+  // modified.
+  //
 
-  void removeAllCalledMethods() {
-    CalledMethods.clear();
+  /// removeFunctionFromModule - Unlink the function from this module, returning
+  /// it.  Because this removes the function from the module, the call graph
+  /// node is destroyed.  This is only valid if the function does not call any
+  /// other functions (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to
+  /// do this is to dropAllReferences before calling this.
+  ///
+  Function *removeFunctionFromModule(CallGraphNode *CGN);
+  Function *removeFunctionFromModule(Function *F) {
+    return removeFunctionFromModule((*this)[F]);
   }
 
-private:                    // Stuff to construct the node, used by CallGraph
+  /// getOrInsertFunction - This method is identical to calling operator[], but
+  /// it will insert a new CallGraphNode for the specified function if one does
+  /// not already exist.
+  CallGraphNode *getOrInsertFunction(const Function *F);
+
+  /// spliceFunction - Replace the function represented by this node by another.
+  /// This does not rescan the body of the function, so it is suitable when
+  /// splicing the body of one function to another while also updating all
+  /// callers from the old function to the new.
+  ///
+  void spliceFunction(const Function *From, const Function *To);
+
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Pass infrastructure interface glue code.
+  //
+protected:
+  CallGraph() {}
+
+public:
+  virtual ~CallGraph() { destroy(); }
+
+  /// initialize - Call this method before calling other methods,
+  /// re/initializes the state of the CallGraph.
+  ///
+  void initialize(Module &M);
+
+  void print(raw_ostream &o, Module *) const;
+  void dump() const;
+protected:
+  // destroy - Release memory for the call graph
+  virtual void destroy();
+};
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// CallGraphNode class definition.
+//
+class CallGraphNode {
   friend class CallGraph;
+  
+  AssertingVH<Function> F;
+
+  // CallRecord - This is a pair of the calling instruction (a call or invoke)
+  // and the callgraph node being called.
+public:
+  typedef std::pair<WeakVH, CallGraphNode*> CallRecord;
+private:
+  std::vector<CallRecord> CalledFunctions;
+  
+  /// NumReferences - This is the number of times that this CallGraphNode occurs
+  /// in the CalledFunctions array of this or other CallGraphNodes.
+  unsigned NumReferences;
+
+  CallGraphNode(const CallGraphNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  void operator=(const CallGraphNode &) LLVM_DELETED_FUNCTION;
+  void DropRef() { --NumReferences; }
+  void AddRef() { ++NumReferences; }
+public:
+  typedef std::vector<CallRecord> CalledFunctionsVector;
 
-  // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified method...
-  inline CallGraphNode(Method *M) : Meth(M) {}
   
-  // addCalledMethod add a method to the list of methods called by this one
-  void addCalledMethod(CallGraphNode *M) {
-    CalledMethods.push_back(M);
+  // CallGraphNode ctor - Create a node for the specified function.
+  inline CallGraphNode(Function *f) : F(f), NumReferences(0) {}
+  ~CallGraphNode() {
+    assert(NumReferences == 0 && "Node deleted while references remain");
   }
-};
+  
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Accessor methods.
+  //
 
+  typedef std::vector<CallRecord>::iterator iterator;
+  typedef std::vector<CallRecord>::const_iterator const_iterator;
 
-class CallGraph {
-  Module *Mod;              // The module this call graph represents
+  // getFunction - Return the function that this call graph node represents.
+  Function *getFunction() const { return F; }
 
-  typedef map<const Method *, CallGraphNode *> MethodMapTy;
-  MethodMapTy MethodMap;    // Map from a method to its node
+  inline iterator begin() { return CalledFunctions.begin(); }
+  inline iterator end()   { return CalledFunctions.end();   }
+  inline const_iterator begin() const { return CalledFunctions.begin(); }
+  inline const_iterator end()   const { return CalledFunctions.end();   }
+  inline bool empty() const { return CalledFunctions.empty(); }
+  inline unsigned size() const { return (unsigned)CalledFunctions.size(); }
 
-  CallGraphNode *Root;
-public:
-  CallGraph(Module *TheModule);
-  ~CallGraph();
-
-  typedef MethodMapTy::iterator iterator;
-  typedef MethodMapTy::const_iterator const_iterator;
-
-  inline       CallGraphNode *getRoot()       { return Root; }
-  inline const CallGraphNode *getRoot() const { return Root; }
-  inline       iterator begin()       { return MethodMap.begin(); }
-  inline       iterator end()         { return MethodMap.end();   }
-  inline const_iterator begin() const { return MethodMap.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return MethodMap.end();   }
-
-  inline const CallGraphNode *operator[](const Method *M) const {
-    const_iterator I = MethodMap.find(M);
-    assert(I != MethodMap.end() && "Method not in callgraph!");
-    return I->second;
-  }
-  inline CallGraphNode *operator[](const Method *M) {
-    const_iterator I = MethodMap.find(M);
-    assert(I != MethodMap.end() && "Method not in callgraph!");
-    return I->second;
+  /// getNumReferences - Return the number of other CallGraphNodes in this
+  /// CallGraph that reference this node in their callee list.
+  unsigned getNumReferences() const { return NumReferences; }
+  
+  // Subscripting operator - Return the i'th called function.
+  //
+  CallGraphNode *operator[](unsigned i) const {
+    assert(i < CalledFunctions.size() && "Invalid index");
+    return CalledFunctions[i].second;
   }
 
-  // Methods to keep a call graph up to date with a method that has been
+  /// dump - Print out this call graph node.
+  ///
+  void dump() const;
+  void print(raw_ostream &OS) const;
+
+  //===---------------------------------------------------------------------
+  // Methods to keep a call graph up to date with a function that has been
   // modified
   //
-  void addMethodToModule(Method *Meth);  // TODO IMPLEMENT
 
+  /// removeAllCalledFunctions - As the name implies, this removes all edges
+  /// from this CallGraphNode to any functions it calls.
+  void removeAllCalledFunctions() {
+    while (!CalledFunctions.empty()) {
+      CalledFunctions.back().second->DropRef();
+      CalledFunctions.pop_back();
+    }
+  }
+  
+  /// stealCalledFunctionsFrom - Move all the callee information from N to this
+  /// node.
+  void stealCalledFunctionsFrom(CallGraphNode *N) {
+    assert(CalledFunctions.empty() &&
+           "Cannot steal callsite information if I already have some");
+    std::swap(CalledFunctions, N->CalledFunctions);
+  }
+  
 
-  // removeMethodFromModule - Unlink the method from this module, returning it.
-  // Because this removes the method from the module, the call graph node is
-  // destroyed.  This is only valid if the method does not call any other
-  // methods (ie, there are no edges in it's CGN).  The easiest way to do this
-  // is to dropAllReferences before calling this.
-  //
-  Method *removeMethodFromModule(CallGraphNode *CGN);
-  Method *removeMethodFromModule(Method *Meth) {
-    return removeMethodFromModule((*this)[Meth]);
+  /// addCalledFunction - Add a function to the list of functions called by this
+  /// one.
+  void addCalledFunction(CallSite CS, CallGraphNode *M) {
+    assert(!CS.getInstruction() ||
+           !CS.getCalledFunction() ||
+           !CS.getCalledFunction()->isIntrinsic());
+    CalledFunctions.push_back(std::make_pair(CS.getInstruction(), M));
+    M->AddRef();
   }
 
-private:   // Implementation of CallGraph construction
+  void removeCallEdge(iterator I) {
+    I->second->DropRef();
+    *I = CalledFunctions.back();
+    CalledFunctions.pop_back();
+  }
+  
+  
+  /// removeCallEdgeFor - This method removes the edge in the node for the
+  /// specified call site.  Note that this method takes linear time, so it
+  /// should be used sparingly.
+  void removeCallEdgeFor(CallSite CS);
+
+  /// removeAnyCallEdgeTo - This method removes all call edges from this node
+  /// to the specified callee function.  This takes more time to execute than
+  /// removeCallEdgeTo, so it should not be used unless necessary.
+  void removeAnyCallEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
+
+  /// removeOneAbstractEdgeTo - Remove one edge associated with a null callsite
+  /// from this node to the specified callee function.
+  void removeOneAbstractEdgeTo(CallGraphNode *Callee);
+  
+  /// replaceCallEdge - This method replaces the edge in the node for the
+  /// specified call site with a new one.  Note that this method takes linear
+  /// time, so it should be used sparingly.
+  void replaceCallEdge(CallSite CS, CallSite NewCS, CallGraphNode *NewNode);
+  
+  /// allReferencesDropped - This is a special function that should only be
+  /// used by the CallGraph class.
+  void allReferencesDropped() {
+    NumReferences = 0;
+  }
+};
 
-  // getNodeFor - Return the node for the specified method or create one if it
-  // does not already exist.
-  //
-  CallGraphNode *getNodeFor(Method *M);
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+// GraphTraits specializations for call graphs so that they can be treated as
+// graphs by the generic graph algorithms.
+//
 
-  // addToCallGraph - Add a method to the call graph, and link the node to all
-  // of the methods that it calls.
-  //
-  void addToCallGraph(Method *M);
-};
+// Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
+// traversals.
+template <> struct GraphTraits<CallGraphNode*> {
+  typedef CallGraphNode NodeType;
 
-}  // end namespace cfg
+  typedef CallGraphNode::CallRecord CGNPairTy;
+  typedef std::pointer_to_unary_function<CGNPairTy, CallGraphNode*> CGNDerefFun;
 
+  static NodeType *getEntryNode(CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
 
+  typedef mapped_iterator<NodeType::iterator, CGNDerefFun> ChildIteratorType;
 
+  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
+    return map_iterator(N->begin(), CGNDerefFun(CGNDeref));
+  }
+  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) {
+    return map_iterator(N->end(), CGNDerefFun(CGNDeref));
+  }
 
-// Provide graph traits for tranversing call graphs using standard graph
-// traversals.
-template <> struct GraphTraits<cfg::CallGraphNode*> {
-  typedef cfg::CallGraphNode NodeType;
-  typedef NodeType::iterator ChildIteratorType;
+  static CallGraphNode *CGNDeref(CGNPairTy P) {
+    return P.second;
+  }
 
-  static NodeType *getEntryNode(cfg::CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
-  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
-  static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
 };
 
-template <> struct GraphTraits<const cfg::CallGraphNode*> {
-  typedef const cfg::CallGraphNode NodeType;
+template <> struct GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+  typedef const CallGraphNode NodeType;
   typedef NodeType::const_iterator ChildIteratorType;
 
-  static NodeType *getEntryNode(const cfg::CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
+  static NodeType *getEntryNode(const CallGraphNode *CGN) { return CGN; }
   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { return N->begin();}
   static inline ChildIteratorType child_end  (NodeType *N) { return N->end(); }
 };
 
+template<> struct GraphTraits<CallGraph*> : public GraphTraits<CallGraphNode*> {
+  static NodeType *getEntryNode(CallGraph *CGN) {
+    return CGN->getExternalCallingNode();  // Start at the external node!
+  }
+  typedef std::pair<const Function*, CallGraphNode*> PairTy;
+  typedef std::pointer_to_unary_function<PairTy, CallGraphNode&> DerefFun;
 
-template<> struct GraphTraits<cfg::CallGraph*> :
-  public GraphTraits<cfg::CallGraphNode*> {
-  static NodeType *getEntryNode(cfg::CallGraph *CGN) {
-    return CGN->getRoot();
+  // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
+  typedef mapped_iterator<CallGraph::iterator, DerefFun> nodes_iterator;
+  static nodes_iterator nodes_begin(CallGraph *CG) {
+    return map_iterator(CG->begin(), DerefFun(CGdereference));
+  }
+  static nodes_iterator nodes_end  (CallGraph *CG) {
+    return map_iterator(CG->end(), DerefFun(CGdereference));
+  }
+
+  static CallGraphNode &CGdereference(PairTy P) {
+    return *P.second;
   }
 };
-template<> struct GraphTraits<const cfg::CallGraph*> :
-  public GraphTraits<const cfg::CallGraphNode*> {
-  static NodeType *getEntryNode(const cfg::CallGraph *CGN) {
-    return CGN->getRoot();
+
+template<> struct GraphTraits<const CallGraph*> :
+  public GraphTraits<const CallGraphNode*> {
+  static NodeType *getEntryNode(const CallGraph *CGN) {
+    return CGN->getExternalCallingNode();
   }
+  // nodes_iterator/begin/end - Allow iteration over all nodes in the graph
+  typedef CallGraph::const_iterator nodes_iterator;
+  static nodes_iterator nodes_begin(const CallGraph *CG) { return CG->begin(); }
+  static nodes_iterator nodes_end  (const CallGraph *CG) { return CG->end(); }
 };
 
+} // End llvm namespace
 
-// Checks if a method contains any call instructions.
-// Note that this uses the call graph only if one is provided.
-// It does not build the call graph.
-// 
-bool isLeafMethod(const Method* method, const cfg::CallGraph *callGraph = 0);
+// Make sure that any clients of this file link in CallGraph.cpp
+FORCE_DEFINING_FILE_TO_BE_LINKED(CallGraph)
 
 #endif