Rework dominator and post dominator information so that we do not have to
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / Dominators.h
index c018eafe2ceb5084c8dcf4e6fbf51c8cc12926e0..17b5efa52a0bcd2afc7b13cf89da041f5066f5e8 100644 (file)
@@ -1,13 +1,13 @@
-//===- llvm/Analysis/DominatorSet.h - Dominator Set Calculation --*- C++ -*--=//
+//===- llvm/Analysis/Dominators.h - Dominator Info Calculation --*- C++ -*-===//
 //
 // This file defines the following classes:
-//  1. DominatorSet: Calculates the [reverse] dominator set for a method
+//  1. DominatorSet: Calculates the [reverse] dominator set for a function
 //  2. ImmediateDominators: Calculates and holds a mapping between BasicBlocks
 //     and their immediate dominator.
 //  3. DominatorTree: Represent the ImmediateDominator as an explicit tree
 //     structure.
 //  4. DominanceFrontier: Calculate and hold the dominance frontier for a 
-//     method.
+//     function.
 //
 //  These data structures are listed in increasing order of complexity.  It
 //  takes longer to calculate the dominator frontier, for example, than the 
 // 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
-#ifndef LLVM_DOMINATORS_H
-#define LLVM_DOMINATORS_H
+#ifndef LLVM_ANALYSIS_DOMINATORS_H
+#define LLVM_ANALYSIS_DOMINATORS_H
 
+#include "llvm/Pass.h"
 #include <set>
-#include <map>
-#include <vector>
-class Method;
-class BasicBlock;
 
-namespace cfg {
+class Instruction;
+
+template <typename GraphType> struct GraphTraits;
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // DominatorBase - Base class that other, more interesting dominator analyses
 // inherit from.
 //
-class DominatorBase {
+class DominatorBase : public FunctionPass {
 protected:
-  const BasicBlock *Root;
-  inline DominatorBase(const BasicBlock *root = 0) : Root(root) {}
+  std::vector<BasicBlock*> Roots;
+  const bool IsPostDominators;
+
+  inline DominatorBase(bool isPostDom) : Roots(), IsPostDominators(isPostDom) {}
 public:
-  inline const BasicBlock *getRoot() const { return Root; }
-  bool isPostDominator() const;  // Returns true if analysis based of postdoms
+  // Return the root blocks of the current CFG.  This may include multiple
+  // blocks if we are computing post dominators.  For forward dominators, this
+  // will always be a single block (the entry node).
+  inline const std::vector<BasicBlock*> &getRoots() const { return Roots; }
+
+  // Returns true if analysis based of postdoms
+  bool isPostDominator() const { return IsPostDominators; }
 };
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// DominatorSet - Maintain a set<const BasicBlock*> for every basic block in a
-// method, that represents the blocks that dominate the block.
+// DominatorSet - Maintain a set<BasicBlock*> for every basic block in a
+// function, that represents the blocks that dominate the block.  If the block
+// is unreachable in this function, the set will be empty.  This cannot happen
+// for reachable code, because every block dominates at least itself.
 //
-class DominatorSet : public DominatorBase {
+class DominatorSetBase : public DominatorBase {
 public:
-  typedef std::set<const BasicBlock*>         DomSetType;    // Dom set for a bb
+  typedef std::set<BasicBlock*> DomSetType;    // Dom set for a bb
   // Map of dom sets
-  typedef std::map<const BasicBlock*, DomSetType> DomSetMapType;
-private:
+  typedef std::map<BasicBlock*, DomSetType> DomSetMapType;
+protected:
   DomSetMapType Doms;
-
-  void calcForwardDominatorSet(const Method *M);
 public:
-  // DominatorSet ctor - Build either the dominator set or the post-dominator
-  // set for a method... Building the postdominator set may require the analysis
-  // routine to modify the method so that there is only a single return in the
-  // method.
-  //
-  DominatorSet(const Method *M);
-  DominatorSet(      Method *M, bool PostDomSet);
+  DominatorSetBase(bool isPostDom) : DominatorBase(isPostDom) {}
+
+  virtual void releaseMemory() { Doms.clear(); }
 
   // Accessor interface:
   typedef DomSetMapType::const_iterator const_iterator;
+  typedef DomSetMapType::iterator iterator;
   inline const_iterator begin() const { return Doms.begin(); }
+  inline       iterator begin()       { return Doms.begin(); }
   inline const_iterator end()   const { return Doms.end(); }
-  inline const_iterator find(const BasicBlock* B) const { return Doms.find(B); }
+  inline       iterator end()         { return Doms.end(); }
+  inline const_iterator find(BasicBlock* B) const { return Doms.find(B); }
+  inline       iterator find(BasicBlock* B)       { return Doms.find(B); }
 
-  // getDominators - Return the set of basic blocks that dominate the specified
-  // block.
-  //
-  inline const DomSetType &getDominators(const BasicBlock *BB) const {
+
+  /// getDominators - Return the set of basic blocks that dominate the specified
+  /// block.
+  ///
+  inline const DomSetType &getDominators(BasicBlock *BB) const {
     const_iterator I = find(BB);
-    assert(I != end() && "BB not in method!");
+    assert(I != end() && "BB not in function!");
     return I->second;
   }
 
-  // dominates - Return true if A dominates B.
-  //
-  inline bool dominates(const BasicBlock *A, const BasicBlock *B) const {
+  /// isReachable - Return true if the specified basicblock is reachable.  If
+  /// the block is reachable, we have dominator set information for it.
+  bool isReachable(BasicBlock *BB) const {
+    return !getDominators(BB).empty();
+  }
+
+  /// dominates - Return true if A dominates B.
+  ///
+  inline bool dominates(BasicBlock *A, BasicBlock *B) const {
     return getDominators(B).count(A) != 0;
   }
+
+  /// properlyDominates - Return true if A dominates B and A != B.
+  ///
+  bool properlyDominates(BasicBlock *A, BasicBlock *B) const {
+    return dominates(A, B) && A != B;
+  }
+
+  /// print - Convert to human readable form
+  virtual void print(std::ostream &OS) const;
+
+  /// dominates - Return true if A dominates B.  This performs the special
+  /// checks necessary if A and B are in the same basic block.
+  ///
+  bool dominates(Instruction *A, Instruction *B) const;
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  // API to update (Post)DominatorSet information based on modifications to
+  // the CFG...
+
+  /// addBasicBlock - Call to update the dominator set with information about a
+  /// new block that was inserted into the function.
+  void addBasicBlock(BasicBlock *BB, const DomSetType &Dominators) {
+    assert(find(BB) == end() && "Block already in DominatorSet!");
+    Doms.insert(std::make_pair(BB, Dominators));
+  }
+
+  // addDominator - If a new block is inserted into the CFG, then method may be
+  // called to notify the blocks it dominates that it is in their set.
+  //
+  void addDominator(BasicBlock *BB, BasicBlock *NewDominator) {
+    iterator I = find(BB);
+    assert(I != end() && "BB is not in DominatorSet!");
+    I->second.insert(NewDominator);
+  }
+};
+
+
+//===-------------------------------------
+// DominatorSet Class - Concrete subclass of DominatorSetBase that is used to
+// compute a normal dominator set.
+//
+struct DominatorSet : public DominatorSetBase {
+  DominatorSet() : DominatorSetBase(false) {}
+
+  virtual bool runOnFunction(Function &F);
+
+  /// recalculate - This method may be called by external passes that modify the
+  /// CFG and then need dominator information recalculated.  This method is
+  /// obviously really slow, so it should be avoided if at all possible.
+  void recalculate();
+
+  BasicBlock *getRoot() const {
+    assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
+    return Roots[0];
+  }
+
+  // getAnalysisUsage - This simply provides a dominator set
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
+  }
+private:
+  void calculateDominatorsFromBlock(BasicBlock *BB);
 };
 
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // ImmediateDominators - Calculate the immediate dominator for each node in a
-// method.
+// function.
 //
-class ImmediateDominators : public DominatorBase {
-  std::map<const BasicBlock*, const BasicBlock*> IDoms;
-  void calcIDoms(const DominatorSet &DS);
+class ImmediateDominatorsBase : public DominatorBase {
+protected:
+  std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> IDoms;
+  void calcIDoms(const DominatorSetBase &DS);
 public:
+  ImmediateDominatorsBase(bool isPostDom) : DominatorBase(isPostDom) {}
 
-  // ImmediateDominators ctor - Calculate the idom mapping, for a method, or
-  // from a dominator set calculated for something else...
-  //
-  inline ImmediateDominators(const DominatorSet &DS)
-    : DominatorBase(DS.getRoot()) {
-    calcIDoms(DS);                         // Can be used to make rev-idoms
-  }
+  virtual void releaseMemory() { IDoms.clear(); }
 
   // Accessor interface:
-  typedef std::map<const BasicBlock*, const BasicBlock*> IDomMapType;
+  typedef std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> IDomMapType;
   typedef IDomMapType::const_iterator const_iterator;
   inline const_iterator begin() const { return IDoms.begin(); }
   inline const_iterator end()   const { return IDoms.end(); }
-  inline const_iterator find(const BasicBlock* B) const { return IDoms.find(B);}
+  inline const_iterator find(BasicBlock* B) const { return IDoms.find(B);}
 
   // operator[] - Return the idom for the specified basic block.  The start
   // node returns null, because it does not have an immediate dominator.
   //
-  inline const BasicBlock *operator[](const BasicBlock *BB) const {
-    std::map<const BasicBlock*, const BasicBlock*>::const_iterator I = 
-      IDoms.find(BB);
+  inline BasicBlock *operator[](BasicBlock *BB) const {
+    return get(BB);
+  }
+
+  // get() - Synonym for operator[].
+  inline BasicBlock *get(BasicBlock *BB) const {
+    std::map<BasicBlock*, BasicBlock*>::const_iterator I = IDoms.find(BB);
     return I != IDoms.end() ? I->second : 0;
   }
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  // API to update Immediate(Post)Dominators information based on modifications
+  // to the CFG...
+
+  /// addNewBlock - Add a new block to the CFG, with the specified immediate
+  /// dominator.
+  ///
+  void addNewBlock(BasicBlock *BB, BasicBlock *IDom) {
+    assert(get(BB) == 0 && "BasicBlock already in idom info!");
+    IDoms[BB] = IDom;
+  }
+
+  /// setImmediateDominator - Update the immediate dominator information to
+  /// change the current immediate dominator for the specified block to another
+  /// block.  This method requires that BB already have an IDom, otherwise just
+  /// use addNewBlock.
+  void setImmediateDominator(BasicBlock *BB, BasicBlock *NewIDom) {
+    assert(IDoms.find(BB) != IDoms.end() && "BB doesn't have idom yet!");
+    IDoms[BB] = NewIDom;
+  }
+
+  // print - Convert to human readable form
+  virtual void print(std::ostream &OS) const;
+};
+
+//===-------------------------------------
+// ImmediateDominators Class - Concrete subclass of ImmediateDominatorsBase that
+// is used to compute a normal immediate dominator set.
+//
+struct ImmediateDominators : public ImmediateDominatorsBase {
+  ImmediateDominators() : ImmediateDominatorsBase(false) {}
+
+  BasicBlock *getRoot() const {
+    assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
+    return Roots[0];
+  }
+
+  virtual bool runOnFunction(Function &F) {
+    IDoms.clear();     // Reset from the last time we were run...
+    DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
+    Roots = DS.getRoots();
+    calcIDoms(DS);
+    return false;
+  }
+
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
+    AU.addRequired<DominatorSet>();
+  }
 };
 
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// DominatorTree - Calculate the immediate dominator tree for a method.
+// DominatorTree - Calculate the immediate dominator tree for a function.
 //
-class DominatorTree : public DominatorBase {
+class DominatorTreeBase : public DominatorBase {
+protected:
   class Node2;
 public:
   typedef Node2 Node;
-private:
-  std::map<const BasicBlock*, Node*> Nodes;
-  void calculate(const DominatorSet &DS);
-  typedef std::map<const BasicBlock*, Node*> NodeMapType;
+protected:
+  std::map<BasicBlock*, Node*> Nodes;
+  void reset();
+  typedef std::map<BasicBlock*, Node*> NodeMapType;
+
+  Node *RootNode;
 public:
-  class Node2 : public std::vector<Node*> {
+  class Node2 {
     friend class DominatorTree;
-    const BasicBlock *TheNode;
-    Node2 * const IDom;
+    friend class PostDominatorTree;
+    friend class DominatorTreeBase;
+    BasicBlock *TheNode;
+    Node2 *IDom;
+    std::vector<Node*> Children;
   public:
-    inline const BasicBlock *getNode() const { return TheNode; }
+    typedef std::vector<Node*>::iterator iterator;
+    typedef std::vector<Node*>::const_iterator const_iterator;
+
+    iterator begin()             { return Children.begin(); }
+    iterator end()               { return Children.end(); }
+    const_iterator begin() const { return Children.begin(); }
+    const_iterator end()   const { return Children.end(); }
+
+    inline BasicBlock *getNode() const { return TheNode; }
     inline Node2 *getIDom() const { return IDom; }
-    inline const std::vector<Node*> &getChildren() const { return *this; }
+    inline const std::vector<Node*> &getChildren() const { return Children; }
 
     // dominates - Returns true iff this dominates N.  Note that this is not a 
     // constant time operation!
@@ -154,72 +293,196 @@ public:
     }
 
   private:
-    inline Node2(const BasicBlock *node, Node *iDom) 
+    inline Node2(BasicBlock *node, Node *iDom) 
       : TheNode(node), IDom(iDom) {}
-    inline Node2 *addChild(Node *C) { push_back(C); return C; }
+    inline Node2 *addChild(Node *C) { Children.push_back(C); return C; }
+
+    void setIDom(Node2 *NewIDom);
   };
 
 public:
-  // DominatorTree ctors - Compute a dominator tree, given various amounts of
-  // previous knowledge...
-  inline DominatorTree(const DominatorSet &DS) : DominatorBase(DS.getRoot()) { 
-    calculate(DS); 
-  }
+  DominatorTreeBase(bool isPostDom) : DominatorBase(isPostDom) {}
+  ~DominatorTreeBase() { reset(); }
 
-  DominatorTree(const ImmediateDominators &IDoms);
-  ~DominatorTree();
+  virtual void releaseMemory() { reset(); }
 
-  inline const Node *operator[](const BasicBlock *BB) const {
+  /// getNode - return the (Post)DominatorTree node for the specified basic
+  /// block.  This is the same as using operator[] on this class.
+  ///
+  inline Node *getNode(BasicBlock *BB) const {
     NodeMapType::const_iterator i = Nodes.find(BB);
     return (i != Nodes.end()) ? i->second : 0;
   }
+
+  inline Node *operator[](BasicBlock *BB) const {
+    return getNode(BB);
+  }
+
+  // getRootNode - This returns the entry node for the CFG of the function.  If
+  // this tree represents the post-dominance relations for a function, however,
+  // this root may be a node with the block == NULL.  This is the case when
+  // there are multiple exit nodes from a particular function.  Consumers of
+  // post-dominance information must be capable of dealing with this
+  // possibility.
+  //
+  Node *getRootNode() { return RootNode; }
+  const Node *getRootNode() const { return RootNode; }
+
+  //===--------------------------------------------------------------------===//
+  // API to update (Post)DominatorTree information based on modifications to
+  // the CFG...
+
+  /// createNewNode - Add a new node to the dominator tree information.  This
+  /// creates a new node as a child of IDomNode, linking it into the children
+  /// list of the immediate dominator.
+  ///
+  Node *createNewNode(BasicBlock *BB, Node *IDomNode) {
+    assert(getNode(BB) == 0 && "Block already in dominator tree!");
+    assert(IDomNode && "Not immediate dominator specified for block!");
+    return Nodes[BB] = IDomNode->addChild(new Node(BB, IDomNode));
+  }
+
+  /// changeImmediateDominator - This method is used to update the dominator
+  /// tree information when a node's immediate dominator changes.
+  ///
+  void changeImmediateDominator(Node *Node, Node *NewIDom) {
+    assert(Node && NewIDom && "Cannot change null node pointers!");
+    Node->setIDom(NewIDom);
+  }
+
+  /// print - Convert to human readable form
+  virtual void print(std::ostream &OS) const;
 };
 
 
+//===-------------------------------------
+// DominatorTree Class - Concrete subclass of DominatorTreeBase that is used to
+// compute a normal dominator tree.
+//
+struct DominatorTree : public DominatorTreeBase {
+  DominatorTree() : DominatorTreeBase(false) {}
+
+  BasicBlock *getRoot() const {
+    assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
+    return Roots[0];
+  }
+
+  virtual bool runOnFunction(Function &F) {
+    reset();     // Reset from the last time we were run...
+    DominatorSet &DS = getAnalysis<DominatorSet>();
+    Roots = DS.getRoots();
+    calculate(DS);
+    return false;
+  }
+
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
+    AU.addRequired<DominatorSet>();
+  }
+private:
+  void calculate(const DominatorSet &DS);
+};
+
+//===-------------------------------------
+// DominatorTree GraphTraits specialization so the DominatorTree can be
+// iterable by generic graph iterators.
+
+template <> struct GraphTraits<DominatorTree::Node*> {
+  typedef DominatorTree::Node NodeType;
+  typedef NodeType::iterator  ChildIteratorType;
+
+  static NodeType *getEntryNode(NodeType *N) {
+    return N;
+  }
+  static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType* N) {
+    return N->begin();
+  }
+  static inline ChildIteratorType child_end(NodeType* N) {
+    return N->end();
+  }
+};
+
+template <> struct GraphTraits<DominatorTree*>
+  : public GraphTraits<DominatorTree::Node*> {
+  static NodeType *getEntryNode(DominatorTree *DT) {
+    return DT->getRootNode();
+  }
+};
+
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
-// DominanceFrontier - Calculate the dominance frontiers for a method.
+// DominanceFrontier - Calculate the dominance frontiers for a function.
 //
-class DominanceFrontier : public DominatorBase {
+class DominanceFrontierBase : public DominatorBase {
 public:
-  typedef std::set<const BasicBlock*>         DomSetType;    // Dom set for a bb
-  typedef std::map<const BasicBlock*, DomSetType> DomSetMapType; // Dom set map
-private:
+  typedef std::set<BasicBlock*>             DomSetType;    // Dom set for a bb
+  typedef std::map<BasicBlock*, DomSetType> DomSetMapType; // Dom set map
+protected:
   DomSetMapType Frontiers;
-  const DomSetType &calcDomFrontier(const DominatorTree &DT,
-                                   const DominatorTree::Node *Node);
-  const DomSetType &calcPostDomFrontier(const DominatorTree &DT,
-                                       const DominatorTree::Node *Node);
 public:
-  DominanceFrontier(const DominatorSet &DS) : DominatorBase(DS.getRoot()) {
-    const DominatorTree DT(DS);
-    if (isPostDominator())
-      calcPostDomFrontier(DT, DT[Root]);
-    else
-      calcDomFrontier(DT, DT[Root]);
-  }    
-  DominanceFrontier(const ImmediateDominators &ID)
-    : DominatorBase(ID.getRoot()) {
-    const DominatorTree DT(ID);
-    if (isPostDominator())
-      calcPostDomFrontier(DT, DT[Root]);
-    else
-      calcDomFrontier(DT, DT[Root]);
-  }
-  DominanceFrontier(const DominatorTree &DT) : DominatorBase(DT.getRoot()) {
-    if (isPostDominator())
-      calcPostDomFrontier(DT, DT[Root]);
-    else
-      calcDomFrontier(DT, DT[Root]);
-  }
+  DominanceFrontierBase(bool isPostDom) : DominatorBase(isPostDom) {}
+
+  virtual void releaseMemory() { Frontiers.clear(); }
 
   // Accessor interface:
+  typedef DomSetMapType::iterator iterator;
   typedef DomSetMapType::const_iterator const_iterator;
-  inline const_iterator begin() const { return Frontiers.begin(); }
-  inline const_iterator end()   const { return Frontiers.end(); }
-  inline const_iterator find(const BasicBlock* B) const { return Frontiers.find(B);}
+  iterator       begin()       { return Frontiers.begin(); }
+  const_iterator begin() const { return Frontiers.begin(); }
+  iterator       end()         { return Frontiers.end(); }
+  const_iterator end()   const { return Frontiers.end(); }
+  iterator       find(BasicBlock *B)       { return Frontiers.find(B); }
+  const_iterator find(BasicBlock *B) const { return Frontiers.find(B); }
+
+  void addBasicBlock(BasicBlock *BB, const DomSetType &frontier) {
+    assert(find(BB) == end() && "Block already in DominanceFrontier!");
+    Frontiers.insert(std::make_pair(BB, frontier));
+  }
+
+  void addToFrontier(iterator I, BasicBlock *Node) {
+    assert(I != end() && "BB is not in DominanceFrontier!");
+    I->second.insert(Node);
+  }
+
+  void removeFromFrontier(iterator I, BasicBlock *Node) {
+    assert(I != end() && "BB is not in DominanceFrontier!");
+    assert(I->second.count(Node) && "Node is not in DominanceFrontier of BB");
+    I->second.erase(Node);
+  }
+
+  // print - Convert to human readable form
+  virtual void print(std::ostream &OS) const;
 };
 
-} // End namespace cfg
+
+//===-------------------------------------
+// DominatorTree Class - Concrete subclass of DominatorTreeBase that is used to
+// compute a normal dominator tree.
+//
+struct DominanceFrontier : public DominanceFrontierBase {
+  DominanceFrontier() : DominanceFrontierBase(false) {}
+
+  BasicBlock *getRoot() const {
+    assert(Roots.size() == 1 && "Should always have entry node!");
+    return Roots[0];
+  }
+
+  virtual bool runOnFunction(Function &) {
+    Frontiers.clear();
+    DominatorTree &DT = getAnalysis<DominatorTree>();
+    Roots = DT.getRoots();
+    assert(Roots.size() == 1 && "Only one entry block for forward domfronts!");
+    calculate(DT, DT[Roots[0]]);
+    return false;
+  }
+
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+    AU.setPreservesAll();
+    AU.addRequired<DominatorTree>();
+  }
+private:
+  const DomSetType &calculate(const DominatorTree &DT,
+                              const DominatorTree::Node *Node);
+};
 
 #endif