[TBAA] Fix handling of mixed TBAA (path-aware and non-path-aware TBAA).
[oota-llvm.git] / lib / Analysis / TypeBasedAliasAnalysis.cpp
index bbf3c3a2a5ccad410a731d4d76e7e46358957040..f36f6f8a8768d3f1fed2503ff4013e83a142af5a 100644 (file)
 // typical C/C++ TBAA, but it can also be used to implement custom alias
 // analysis behavior for other languages.
 //
-// The current metadata format is very simple. TBAA MDNodes have up to
+// We now support two types of metadata format: scalar TBAA and struct-path
+// aware TBAA. After all testing cases are upgraded to use struct-path aware
+// TBAA and we can auto-upgrade existing bc files, the support for scalar TBAA
+// can be dropped.
+//
+// The scalar TBAA metadata format is very simple. TBAA MDNodes have up to
 // three fields, e.g.:
 //   !0 = metadata !{ metadata !"an example type tree" }
 //   !1 = metadata !{ metadata !"int", metadata !0 }
 // should return true; see
 // http://llvm.org/docs/AliasAnalysis.html#OtherItfs).
 //
+// With struct-path aware TBAA, the MDNodes attached to an instruction using
+// "!tbaa" are called path tag nodes.
+//
+// The path tag node has 4 fields with the last field being optional.
+//
+// The first field is the base type node, it can be a struct type node
+// or a scalar type node. The second field is the access type node, it
+// must be a scalar type node. The third field is the offset into the base type.
+// The last field has the same meaning as the last field of our scalar TBAA:
+// it's an integer which if equal to 1 indicates that the access is "constant".
+//
+// The struct type node has a name and a list of pairs, one pair for each member
+// of the struct. The first element of each pair is a type node (a struct type
+// node or a sclar type node), specifying the type of the member, the second
+// element of each pair is the offset of the member.
+//
+// Given an example
+// typedef struct {
+//   short s;
+// } A;
+// typedef struct {
+//   uint16_t s;
+//   A a;
+// } B;
+//
+// For an acess to B.a.s, we attach !5 (a path tag node) to the load/store
+// instruction. The base type is !4 (struct B), the access type is !2 (scalar
+// type short) and the offset is 4.
+//
+// !0 = metadata !{metadata !"Simple C/C++ TBAA"}
+// !1 = metadata !{metadata !"omnipotent char", metadata !0} // Scalar type node
+// !2 = metadata !{metadata !"short", metadata !1}           // Scalar type node
+// !3 = metadata !{metadata !"A", metadata !2, i64 0}        // Struct type node
+// !4 = metadata !{metadata !"B", metadata !2, i64 0, metadata !3, i64 4}
+//                                                           // Struct type node
+// !5 = metadata !{metadata !4, metadata !2, i64 4}          // Path tag node
+//
+// The struct type nodes and the scalar type nodes form a type DAG.
+//         Root (!0)
+//         char (!1)  -- edge to Root
+//         short (!2) -- edge to char
+//         A (!3) -- edge with offset 0 to short
+//         B (!4) -- edge with offset 0 to short and edge with offset 4 to A
+//
+// To check if two tags (tagX and tagY) can alias, we start from the base type
+// of tagX, follow the edge with the correct offset in the type DAG and adjust
+// the offset until we reach the base type of tagY or until we reach the Root
+// node.
+// If we reach the base type of tagY, compare the adjusted offset with
+// offset of tagY, return Alias if the offsets are the same, return NoAlias
+// otherwise.
+// If we reach the Root node, perform the above starting from base type of tagY
+// to see if we reach base type of tagX.
+//
+// If they have different roots, they're part of different potentially
+// unrelated type systems, so we return Alias to be conservative.
+// If neither node is an ancestor of the other and they have the same root,
+// then we say NoAlias.
+//
 // TODO: The current metadata format doesn't support struct
 // fields. For example:
 //   struct X {
@@ -71,7 +135,6 @@ using namespace llvm;
 // achieved by stripping the !tbaa tags from IR, but this option is sometimes
 // more convenient.
 static cl::opt<bool> EnableTBAA("enable-tbaa", cl::init(true));
-static cl::opt<bool> EnableStructPathTBAA("struct-path-tbaa", cl::init(false));
 
 namespace {
   /// TBAANode - This is a simple wrapper around an MDNode which provides a
@@ -81,7 +144,7 @@ namespace {
     const MDNode *Node;
 
   public:
-    TBAANode() : Node(0) {}
+    TBAANode() : Node(nullptr) {}
     explicit TBAANode(const MDNode *N) : Node(N) {}
 
     /// getNode - Get the MDNode for this TBAANode.
@@ -119,7 +182,6 @@ namespace {
     const MDNode *Node;
 
   public:
-    TBAAStructTagNode() : Node(0) {}
     explicit TBAAStructTagNode(const MDNode *N) : Node(N) {}
 
     /// Get the MDNode for this TBAAStructTagNode.
@@ -155,7 +217,7 @@ namespace {
     const MDNode *Node;
 
   public:
-    TBAAStructTypeNode() : Node(0) {}
+    TBAAStructTypeNode() : Node(nullptr) {}
     explicit TBAAStructTypeNode(const MDNode *N) : Node(N) {}
 
     /// Get the MDNode for this TBAAStructTypeNode.
@@ -168,8 +230,12 @@ namespace {
       if (Node->getNumOperands() < 2)
         return TBAAStructTypeNode();
 
-      // Special handling for a scalar type node. 
+      // Fast path for a scalar type node and a struct type node with a single
+      // field.
       if (Node->getNumOperands() <= 3) {
+        uint64_t Cur = Node->getNumOperands() == 2 ? 0 :
+                       cast<ConstantInt>(Node->getOperand(2))->getZExtValue();
+        Offset -= Cur;
         MDNode *P = dyn_cast_or_null<MDNode>(Node->getOperand(1));
         if (!P)
           return TBAAStructTypeNode();
@@ -214,7 +280,7 @@ namespace {
       initializeTypeBasedAliasAnalysisPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
     }
 
-    virtual void initializePass() {
+    void initializePass() override {
       InitializeAliasAnalysis(this);
     }
 
@@ -222,7 +288,7 @@ namespace {
     /// an analysis interface through multiple inheritance.  If needed, it
     /// should override this to adjust the this pointer as needed for the
     /// specified pass info.
-    virtual void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) {
+    void *getAdjustedAnalysisPointer(const void *PI) override {
       if (PI == &AliasAnalysis::ID)
         return (AliasAnalysis*)this;
       return this;
@@ -232,15 +298,15 @@ namespace {
     bool PathAliases(const MDNode *A, const MDNode *B) const;
 
   private:
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
-    virtual AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB);
-    virtual bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal);
-    virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS);
-    virtual ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F);
-    virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
-                                       const Location &Loc);
-    virtual ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
-                                       ImmutableCallSite CS2);
+    void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
+    AliasResult alias(const Location &LocA, const Location &LocB) override;
+    bool pointsToConstantMemory(const Location &Loc, bool OrLocal) override;
+    ModRefBehavior getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) override;
+    ModRefBehavior getModRefBehavior(const Function *F) override;
+    ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
+                               const Location &Loc) override;
+    ModRefResult getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
+                               ImmutableCallSite CS2) override;
   };
 }  // End of anonymous namespace
 
@@ -259,12 +325,22 @@ TypeBasedAliasAnalysis::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
   AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
 }
 
+/// Check the first operand of the tbaa tag node, if it is a MDNode, we treat
+/// it as struct-path aware TBAA format, otherwise, we treat it as scalar TBAA
+/// format.
+static bool isStructPathTBAA(const MDNode *MD) {
+  // Anonymous TBAA root starts with a MDNode and dragonegg uses it as
+  // a TBAA tag.
+  return isa<MDNode>(MD->getOperand(0)) && MD->getNumOperands() >= 3;
+}
+
 /// Aliases - Test whether the type represented by A may alias the
 /// type represented by B.
 bool
 TypeBasedAliasAnalysis::Aliases(const MDNode *A,
                                 const MDNode *B) const {
-  if (EnableStructPathTBAA)
+  // Make sure that both MDNodes are struct-path aware.
+  if (isStructPathTBAA(A) && isStructPathTBAA(B))
     return PathAliases(A, B);
 
   // Keep track of the root node for A and B.
@@ -310,6 +386,10 @@ TypeBasedAliasAnalysis::Aliases(const MDNode *A,
 bool
 TypeBasedAliasAnalysis::PathAliases(const MDNode *A,
                                     const MDNode *B) const {
+  // Verify that both input nodes are struct-path aware.
+  assert(isStructPathTBAA(A) && "MDNode A is not struct-path aware.");
+  assert(isStructPathTBAA(B) && "MDNode B is not struct-path aware.");
+
   // Keep track of the root node for A and B.
   TBAAStructTypeNode RootA, RootB;
   TBAAStructTagNode TagA(A), TagB(B);
@@ -397,8 +477,8 @@ bool TypeBasedAliasAnalysis::pointsToConstantMemory(const Location &Loc,
 
   // If this is an "immutable" type, we can assume the pointer is pointing
   // to constant memory.
-  if ((!EnableStructPathTBAA && TBAANode(M).TypeIsImmutable()) ||
-      (EnableStructPathTBAA && TBAAStructTagNode(M).TypeIsImmutable()))
+  if ((!isStructPathTBAA(M) && TBAANode(M).TypeIsImmutable()) ||
+      (isStructPathTBAA(M) && TBAAStructTagNode(M).TypeIsImmutable()))
     return true;
 
   return AliasAnalysis::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
@@ -414,8 +494,8 @@ TypeBasedAliasAnalysis::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
   // If this is an "immutable" type, we can assume the call doesn't write
   // to memory.
   if (const MDNode *M = CS.getInstruction()->getMetadata(LLVMContext::MD_tbaa))
-    if ((!EnableStructPathTBAA && TBAANode(M).TypeIsImmutable()) ||
-        (EnableStructPathTBAA && TBAAStructTagNode(M).TypeIsImmutable()))
+    if ((!isStructPathTBAA(M) && TBAANode(M).TypeIsImmutable()) ||
+        (isStructPathTBAA(M) && TBAAStructTagNode(M).TypeIsImmutable()))
       Min = OnlyReadsMemory;
 
   return ModRefBehavior(AliasAnalysis::getModRefBehavior(CS) & Min);
@@ -458,39 +538,61 @@ TypeBasedAliasAnalysis::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
   return AliasAnalysis::getModRefInfo(CS1, CS2);
 }
 
+bool MDNode::isTBAAVtableAccess() const {
+  if (!isStructPathTBAA(this)) {
+    if (getNumOperands() < 1) return false;
+    if (MDString *Tag1 = dyn_cast<MDString>(getOperand(0))) {
+      if (Tag1->getString() == "vtable pointer") return true;
+    }
+    return false;
+  }
+
+  // For struct-path aware TBAA, we use the access type of the tag.
+  if (getNumOperands() < 2) return false;
+  MDNode *Tag = cast_or_null<MDNode>(getOperand(1));
+  if (!Tag) return false;
+  if (MDString *Tag1 = dyn_cast<MDString>(Tag->getOperand(0))) {
+    if (Tag1->getString() == "vtable pointer") return true;
+  }
+  return false;  
+}
+
 MDNode *MDNode::getMostGenericTBAA(MDNode *A, MDNode *B) {
   if (!A || !B)
-    return NULL;
+    return nullptr;
 
   if (A == B)
     return A;
 
   // For struct-path aware TBAA, we use the access type of the tag.
-  if (EnableStructPathTBAA) {
+  bool StructPath = isStructPathTBAA(A) && isStructPathTBAA(B);
+  if (StructPath) {
     A = cast_or_null<MDNode>(A->getOperand(1));
-    if (!A) return 0;
+    if (!A) return nullptr;
     B = cast_or_null<MDNode>(B->getOperand(1));
-    if (!B) return 0;
+    if (!B) return nullptr;
   }
 
   SmallVector<MDNode *, 4> PathA;
   MDNode *T = A;
   while (T) {
     PathA.push_back(T);
-    T = T->getNumOperands() >= 2 ? cast_or_null<MDNode>(T->getOperand(1)) : 0;
+    T = T->getNumOperands() >= 2 ? cast_or_null<MDNode>(T->getOperand(1))
+                                 : nullptr;
   }
 
   SmallVector<MDNode *, 4> PathB;
   T = B;
   while (T) {
     PathB.push_back(T);
-    T = T->getNumOperands() >= 2 ? cast_or_null<MDNode>(T->getOperand(1)) : 0;
+    T = T->getNumOperands() >= 2 ? cast_or_null<MDNode>(T->getOperand(1))
+                                 : nullptr;
   }
 
   int IA = PathA.size() - 1;
   int IB = PathB.size() - 1;
 
-  MDNode *Ret = 0;
+  MDNode *Ret = nullptr;
   while (IA >= 0 && IB >=0) {
     if (PathA[IA] == PathB[IB])
       Ret = PathA[IA];
@@ -499,11 +601,11 @@ MDNode *MDNode::getMostGenericTBAA(MDNode *A, MDNode *B) {
     --IA;
     --IB;
   }
-  if (!EnableStructPathTBAA)
+  if (!StructPath)
     return Ret;
 
   if (!Ret)
-    return 0;
+    return nullptr;
   // We need to convert from a type node to a tag node.
   Type *Int64 = IntegerType::get(A->getContext(), 64);
   Value *Ops[3] = { Ret, Ret, ConstantInt::get(Int64, 0) };