]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - contrib/llvm/lib/Analysis/BasicAliasAnalysis.cpp
Import mandoc 1.14.4
[FreeBSD/FreeBSD.git] / contrib / llvm / lib / Analysis / BasicAliasAnalysis.cpp
1 //===- BasicAliasAnalysis.cpp - Stateless Alias Analysis Impl -------------===//
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 the primary stateless implementation of the
11 // Alias Analysis interface that implements identities (two different
12 // globals cannot alias, etc), but does no stateful analysis.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #include "llvm/Analysis/BasicAliasAnalysis.h"
17 #include "llvm/ADT/APInt.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
21 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
22 #include "llvm/Analysis/AssumptionCache.h"
23 #include "llvm/Analysis/CFG.h"
24 #include "llvm/Analysis/CaptureTracking.h"
25 #include "llvm/Analysis/InstructionSimplify.h"
26 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
27 #include "llvm/Analysis/MemoryBuiltins.h"
28 #include "llvm/Analysis/MemoryLocation.h"
29 #include "llvm/Analysis/TargetLibraryInfo.h"
30 #include "llvm/Analysis/ValueTracking.h"
31 #include "llvm/IR/Argument.h"
32 #include "llvm/IR/Attributes.h"
33 #include "llvm/IR/CallSite.h"
34 #include "llvm/IR/Constant.h"
35 #include "llvm/IR/Constants.h"
36 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
37 #include "llvm/IR/DerivedTypes.h"
38 #include "llvm/IR/Dominators.h"
39 #include "llvm/IR/Function.h"
40 #include "llvm/IR/GetElementPtrTypeIterator.h"
41 #include "llvm/IR/GlobalAlias.h"
42 #include "llvm/IR/GlobalVariable.h"
43 #include "llvm/IR/InstrTypes.h"
44 #include "llvm/IR/Instruction.h"
45 #include "llvm/IR/Instructions.h"
46 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
47 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
48 #include "llvm/IR/Metadata.h"
49 #include "llvm/IR/Operator.h"
50 #include "llvm/IR/Type.h"
51 #include "llvm/IR/User.h"
52 #include "llvm/IR/Value.h"
53 #include "llvm/Pass.h"
54 #include "llvm/Support/Casting.h"
55 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
56 #include "llvm/Support/Compiler.h"
57 #include "llvm/Support/KnownBits.h"
58 #include <cassert>
59 #include <cstdint>
60 #include <cstdlib>
61 #include <utility>
62
63 #define DEBUG_TYPE "basicaa"
64
65 using namespace llvm;
66
67 /// Enable analysis of recursive PHI nodes.
68 static cl::opt<bool> EnableRecPhiAnalysis("basicaa-recphi", cl::Hidden,
69                                           cl::init(false));
70 /// SearchLimitReached / SearchTimes shows how often the limit of
71 /// to decompose GEPs is reached. It will affect the precision
72 /// of basic alias analysis.
73 STATISTIC(SearchLimitReached, "Number of times the limit to "
74                               "decompose GEPs is reached");
75 STATISTIC(SearchTimes, "Number of times a GEP is decomposed");
76
77 /// Cutoff after which to stop analysing a set of phi nodes potentially involved
78 /// in a cycle. Because we are analysing 'through' phi nodes, we need to be
79 /// careful with value equivalence. We use reachability to make sure a value
80 /// cannot be involved in a cycle.
81 const unsigned MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck = 20;
82
83 // The max limit of the search depth in DecomposeGEPExpression() and
84 // GetUnderlyingObject(), both functions need to use the same search
85 // depth otherwise the algorithm in aliasGEP will assert.
86 static const unsigned MaxLookupSearchDepth = 6;
87
88 bool BasicAAResult::invalidate(Function &F, const PreservedAnalyses &PA,
89                                FunctionAnalysisManager::Invalidator &Inv) {
90   // We don't care if this analysis itself is preserved, it has no state. But
91   // we need to check that the analyses it depends on have been. Note that we
92   // may be created without handles to some analyses and in that case don't
93   // depend on them.
94   if (Inv.invalidate<AssumptionAnalysis>(F, PA) ||
95       (DT && Inv.invalidate<DominatorTreeAnalysis>(F, PA)) ||
96       (LI && Inv.invalidate<LoopAnalysis>(F, PA)))
97     return true;
98
99   // Otherwise this analysis result remains valid.
100   return false;
101 }
102
103 //===----------------------------------------------------------------------===//
104 // Useful predicates
105 //===----------------------------------------------------------------------===//
106
107 /// Returns true if the pointer is to a function-local object that never
108 /// escapes from the function.
109 static bool isNonEscapingLocalObject(const Value *V) {
110   // If this is a local allocation, check to see if it escapes.
111   if (isa<AllocaInst>(V) || isNoAliasCall(V))
112     // Set StoreCaptures to True so that we can assume in our callers that the
113     // pointer is not the result of a load instruction. Currently
114     // PointerMayBeCaptured doesn't have any special analysis for the
115     // StoreCaptures=false case; if it did, our callers could be refined to be
116     // more precise.
117     return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
118
119   // If this is an argument that corresponds to a byval or noalias argument,
120   // then it has not escaped before entering the function.  Check if it escapes
121   // inside the function.
122   if (const Argument *A = dyn_cast<Argument>(V))
123     if (A->hasByValAttr() || A->hasNoAliasAttr())
124       // Note even if the argument is marked nocapture, we still need to check
125       // for copies made inside the function. The nocapture attribute only
126       // specifies that there are no copies made that outlive the function.
127       return !PointerMayBeCaptured(V, false, /*StoreCaptures=*/true);
128
129   return false;
130 }
131
132 /// Returns true if the pointer is one which would have been considered an
133 /// escape by isNonEscapingLocalObject.
134 static bool isEscapeSource(const Value *V) {
135   if (isa<CallInst>(V) || isa<InvokeInst>(V) || isa<Argument>(V))
136     return true;
137
138   // The load case works because isNonEscapingLocalObject considers all
139   // stores to be escapes (it passes true for the StoreCaptures argument
140   // to PointerMayBeCaptured).
141   if (isa<LoadInst>(V))
142     return true;
143
144   return false;
145 }
146
147 /// Returns the size of the object specified by V or UnknownSize if unknown.
148 static uint64_t getObjectSize(const Value *V, const DataLayout &DL,
149                               const TargetLibraryInfo &TLI,
150                               bool RoundToAlign = false) {
151   uint64_t Size;
152   ObjectSizeOpts Opts;
153   Opts.RoundToAlign = RoundToAlign;
154   if (getObjectSize(V, Size, DL, &TLI, Opts))
155     return Size;
156   return MemoryLocation::UnknownSize;
157 }
158
159 /// Returns true if we can prove that the object specified by V is smaller than
160 /// Size.
161 static bool isObjectSmallerThan(const Value *V, uint64_t Size,
162                                 const DataLayout &DL,
163                                 const TargetLibraryInfo &TLI) {
164   // Note that the meanings of the "object" are slightly different in the
165   // following contexts:
166   //    c1: llvm::getObjectSize()
167   //    c2: llvm.objectsize() intrinsic
168   //    c3: isObjectSmallerThan()
169   // c1 and c2 share the same meaning; however, the meaning of "object" in c3
170   // refers to the "entire object".
171   //
172   //  Consider this example:
173   //     char *p = (char*)malloc(100)
174   //     char *q = p+80;
175   //
176   //  In the context of c1 and c2, the "object" pointed by q refers to the
177   // stretch of memory of q[0:19]. So, getObjectSize(q) should return 20.
178   //
179   //  However, in the context of c3, the "object" refers to the chunk of memory
180   // being allocated. So, the "object" has 100 bytes, and q points to the middle
181   // the "object". In case q is passed to isObjectSmallerThan() as the 1st
182   // parameter, before the llvm::getObjectSize() is called to get the size of
183   // entire object, we should:
184   //    - either rewind the pointer q to the base-address of the object in
185   //      question (in this case rewind to p), or
186   //    - just give up. It is up to caller to make sure the pointer is pointing
187   //      to the base address the object.
188   //
189   // We go for 2nd option for simplicity.
190   if (!isIdentifiedObject(V))
191     return false;
192
193   // This function needs to use the aligned object size because we allow
194   // reads a bit past the end given sufficient alignment.
195   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI, /*RoundToAlign*/ true);
196
197   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize < Size;
198 }
199
200 /// Returns true if we can prove that the object specified by V has size Size.
201 static bool isObjectSize(const Value *V, uint64_t Size, const DataLayout &DL,
202                          const TargetLibraryInfo &TLI) {
203   uint64_t ObjectSize = getObjectSize(V, DL, TLI);
204   return ObjectSize != MemoryLocation::UnknownSize && ObjectSize == Size;
205 }
206
207 //===----------------------------------------------------------------------===//
208 // GetElementPtr Instruction Decomposition and Analysis
209 //===----------------------------------------------------------------------===//
210
211 /// Analyzes the specified value as a linear expression: "A*V + B", where A and
212 /// B are constant integers.
213 ///
214 /// Returns the scale and offset values as APInts and return V as a Value*, and
215 /// return whether we looked through any sign or zero extends.  The incoming
216 /// Value is known to have IntegerType, and it may already be sign or zero
217 /// extended.
218 ///
219 /// Note that this looks through extends, so the high bits may not be
220 /// represented in the result.
221 /*static*/ const Value *BasicAAResult::GetLinearExpression(
222     const Value *V, APInt &Scale, APInt &Offset, unsigned &ZExtBits,
223     unsigned &SExtBits, const DataLayout &DL, unsigned Depth,
224     AssumptionCache *AC, DominatorTree *DT, bool &NSW, bool &NUW) {
225   assert(V->getType()->isIntegerTy() && "Not an integer value");
226
227   // Limit our recursion depth.
228   if (Depth == 6) {
229     Scale = 1;
230     Offset = 0;
231     return V;
232   }
233
234   if (const ConstantInt *Const = dyn_cast<ConstantInt>(V)) {
235     // If it's a constant, just convert it to an offset and remove the variable.
236     // If we've been called recursively, the Offset bit width will be greater
237     // than the constant's (the Offset's always as wide as the outermost call),
238     // so we'll zext here and process any extension in the isa<SExtInst> &
239     // isa<ZExtInst> cases below.
240     Offset += Const->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
241     assert(Scale == 0 && "Constant values don't have a scale");
242     return V;
243   }
244
245   if (const BinaryOperator *BOp = dyn_cast<BinaryOperator>(V)) {
246     if (ConstantInt *RHSC = dyn_cast<ConstantInt>(BOp->getOperand(1))) {
247       // If we've been called recursively, then Offset and Scale will be wider
248       // than the BOp operands. We'll always zext it here as we'll process sign
249       // extensions below (see the isa<SExtInst> / isa<ZExtInst> cases).
250       APInt RHS = RHSC->getValue().zextOrSelf(Offset.getBitWidth());
251
252       switch (BOp->getOpcode()) {
253       default:
254         // We don't understand this instruction, so we can't decompose it any
255         // further.
256         Scale = 1;
257         Offset = 0;
258         return V;
259       case Instruction::Or:
260         // X|C == X+C if all the bits in C are unset in X.  Otherwise we can't
261         // analyze it.
262         if (!MaskedValueIsZero(BOp->getOperand(0), RHSC->getValue(), DL, 0, AC,
263                                BOp, DT)) {
264           Scale = 1;
265           Offset = 0;
266           return V;
267         }
268         LLVM_FALLTHROUGH;
269       case Instruction::Add:
270         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
271                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
272         Offset += RHS;
273         break;
274       case Instruction::Sub:
275         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
276                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
277         Offset -= RHS;
278         break;
279       case Instruction::Mul:
280         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
281                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
282         Offset *= RHS;
283         Scale *= RHS;
284         break;
285       case Instruction::Shl:
286         V = GetLinearExpression(BOp->getOperand(0), Scale, Offset, ZExtBits,
287                                 SExtBits, DL, Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
288         Offset <<= RHS.getLimitedValue();
289         Scale <<= RHS.getLimitedValue();
290         // the semantics of nsw and nuw for left shifts don't match those of
291         // multiplications, so we won't propagate them.
292         NSW = NUW = false;
293         return V;
294       }
295
296       if (isa<OverflowingBinaryOperator>(BOp)) {
297         NUW &= BOp->hasNoUnsignedWrap();
298         NSW &= BOp->hasNoSignedWrap();
299       }
300       return V;
301     }
302   }
303
304   // Since GEP indices are sign extended anyway, we don't care about the high
305   // bits of a sign or zero extended value - just scales and offsets.  The
306   // extensions have to be consistent though.
307   if (isa<SExtInst>(V) || isa<ZExtInst>(V)) {
308     Value *CastOp = cast<CastInst>(V)->getOperand(0);
309     unsigned NewWidth = V->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
310     unsigned SmallWidth = CastOp->getType()->getPrimitiveSizeInBits();
311     unsigned OldZExtBits = ZExtBits, OldSExtBits = SExtBits;
312     const Value *Result =
313         GetLinearExpression(CastOp, Scale, Offset, ZExtBits, SExtBits, DL,
314                             Depth + 1, AC, DT, NSW, NUW);
315
316     // zext(zext(%x)) == zext(%x), and similarly for sext; we'll handle this
317     // by just incrementing the number of bits we've extended by.
318     unsigned ExtendedBy = NewWidth - SmallWidth;
319
320     if (isa<SExtInst>(V) && ZExtBits == 0) {
321       // sext(sext(%x, a), b) == sext(%x, a + b)
322
323       if (NSW) {
324         // We haven't sign-wrapped, so it's valid to decompose sext(%x + c)
325         // into sext(%x) + sext(c). We'll sext the Offset ourselves:
326         unsigned OldWidth = Offset.getBitWidth();
327         Offset = Offset.trunc(SmallWidth).sext(NewWidth).zextOrSelf(OldWidth);
328       } else {
329         // We may have signed-wrapped, so don't decompose sext(%x + c) into
330         // sext(%x) + sext(c)
331         Scale = 1;
332         Offset = 0;
333         Result = CastOp;
334         ZExtBits = OldZExtBits;
335         SExtBits = OldSExtBits;
336       }
337       SExtBits += ExtendedBy;
338     } else {
339       // sext(zext(%x, a), b) = zext(zext(%x, a), b) = zext(%x, a + b)
340
341       if (!NUW) {
342         // We may have unsigned-wrapped, so don't decompose zext(%x + c) into
343         // zext(%x) + zext(c)
344         Scale = 1;
345         Offset = 0;
346         Result = CastOp;
347         ZExtBits = OldZExtBits;
348         SExtBits = OldSExtBits;
349       }
350       ZExtBits += ExtendedBy;
351     }
352
353     return Result;
354   }
355
356   Scale = 1;
357   Offset = 0;
358   return V;
359 }
360
361 /// To ensure a pointer offset fits in an integer of size PointerSize
362 /// (in bits) when that size is smaller than 64. This is an issue in
363 /// particular for 32b programs with negative indices that rely on two's
364 /// complement wrap-arounds for precise alias information.
365 static int64_t adjustToPointerSize(int64_t Offset, unsigned PointerSize) {
366   assert(PointerSize <= 64 && "Invalid PointerSize!");
367   unsigned ShiftBits = 64 - PointerSize;
368   return (int64_t)((uint64_t)Offset << ShiftBits) >> ShiftBits;
369 }
370
371 /// If V is a symbolic pointer expression, decompose it into a base pointer
372 /// with a constant offset and a number of scaled symbolic offsets.
373 ///
374 /// The scaled symbolic offsets (represented by pairs of a Value* and a scale
375 /// in the VarIndices vector) are Value*'s that are known to be scaled by the
376 /// specified amount, but which may have other unrepresented high bits. As
377 /// such, the gep cannot necessarily be reconstructed from its decomposed form.
378 ///
379 /// When DataLayout is around, this function is capable of analyzing everything
380 /// that GetUnderlyingObject can look through. To be able to do that
381 /// GetUnderlyingObject and DecomposeGEPExpression must use the same search
382 /// depth (MaxLookupSearchDepth). When DataLayout not is around, it just looks
383 /// through pointer casts.
384 bool BasicAAResult::DecomposeGEPExpression(const Value *V,
385        DecomposedGEP &Decomposed, const DataLayout &DL, AssumptionCache *AC,
386        DominatorTree *DT) {
387   // Limit recursion depth to limit compile time in crazy cases.
388   unsigned MaxLookup = MaxLookupSearchDepth;
389   SearchTimes++;
390
391   Decomposed.StructOffset = 0;
392   Decomposed.OtherOffset = 0;
393   Decomposed.VarIndices.clear();
394   do {
395     // See if this is a bitcast or GEP.
396     const Operator *Op = dyn_cast<Operator>(V);
397     if (!Op) {
398       // The only non-operator case we can handle are GlobalAliases.
399       if (const GlobalAlias *GA = dyn_cast<GlobalAlias>(V)) {
400         if (!GA->isInterposable()) {
401           V = GA->getAliasee();
402           continue;
403         }
404       }
405       Decomposed.Base = V;
406       return false;
407     }
408
409     if (Op->getOpcode() == Instruction::BitCast ||
410         Op->getOpcode() == Instruction::AddrSpaceCast) {
411       V = Op->getOperand(0);
412       continue;
413     }
414
415     const GEPOperator *GEPOp = dyn_cast<GEPOperator>(Op);
416     if (!GEPOp) {
417       if (auto CS = ImmutableCallSite(V))
418         if (const Value *RV = CS.getReturnedArgOperand()) {
419           V = RV;
420           continue;
421         }
422
423       // If it's not a GEP, hand it off to SimplifyInstruction to see if it
424       // can come up with something. This matches what GetUnderlyingObject does.
425       if (const Instruction *I = dyn_cast<Instruction>(V))
426         // TODO: Get a DominatorTree and AssumptionCache and use them here
427         // (these are both now available in this function, but this should be
428         // updated when GetUnderlyingObject is updated). TLI should be
429         // provided also.
430         if (const Value *Simplified =
431                 SimplifyInstruction(const_cast<Instruction *>(I), DL)) {
432           V = Simplified;
433           continue;
434         }
435
436       Decomposed.Base = V;
437       return false;
438     }
439
440     // Don't attempt to analyze GEPs over unsized objects.
441     if (!GEPOp->getSourceElementType()->isSized()) {
442       Decomposed.Base = V;
443       return false;
444     }
445
446     unsigned AS = GEPOp->getPointerAddressSpace();
447     // Walk the indices of the GEP, accumulating them into BaseOff/VarIndices.
448     gep_type_iterator GTI = gep_type_begin(GEPOp);
449     unsigned PointerSize = DL.getPointerSizeInBits(AS);
450     // Assume all GEP operands are constants until proven otherwise.
451     bool GepHasConstantOffset = true;
452     for (User::const_op_iterator I = GEPOp->op_begin() + 1, E = GEPOp->op_end();
453          I != E; ++I, ++GTI) {
454       const Value *Index = *I;
455       // Compute the (potentially symbolic) offset in bytes for this index.
456       if (StructType *STy = GTI.getStructTypeOrNull()) {
457         // For a struct, add the member offset.
458         unsigned FieldNo = cast<ConstantInt>(Index)->getZExtValue();
459         if (FieldNo == 0)
460           continue;
461
462         Decomposed.StructOffset +=
463           DL.getStructLayout(STy)->getElementOffset(FieldNo);
464         continue;
465       }
466
467       // For an array/pointer, add the element offset, explicitly scaled.
468       if (const ConstantInt *CIdx = dyn_cast<ConstantInt>(Index)) {
469         if (CIdx->isZero())
470           continue;
471         Decomposed.OtherOffset +=
472           DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType()) * CIdx->getSExtValue();
473         continue;
474       }
475
476       GepHasConstantOffset = false;
477
478       uint64_t Scale = DL.getTypeAllocSize(GTI.getIndexedType());
479       unsigned ZExtBits = 0, SExtBits = 0;
480
481       // If the integer type is smaller than the pointer size, it is implicitly
482       // sign extended to pointer size.
483       unsigned Width = Index->getType()->getIntegerBitWidth();
484       if (PointerSize > Width)
485         SExtBits += PointerSize - Width;
486
487       // Use GetLinearExpression to decompose the index into a C1*V+C2 form.
488       APInt IndexScale(Width, 0), IndexOffset(Width, 0);
489       bool NSW = true, NUW = true;
490       Index = GetLinearExpression(Index, IndexScale, IndexOffset, ZExtBits,
491                                   SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
492
493       // The GEP index scale ("Scale") scales C1*V+C2, yielding (C1*V+C2)*Scale.
494       // This gives us an aggregate computation of (C1*Scale)*V + C2*Scale.
495       Decomposed.OtherOffset += IndexOffset.getSExtValue() * Scale;
496       Scale *= IndexScale.getSExtValue();
497
498       // If we already had an occurrence of this index variable, merge this
499       // scale into it.  For example, we want to handle:
500       //   A[x][x] -> x*16 + x*4 -> x*20
501       // This also ensures that 'x' only appears in the index list once.
502       for (unsigned i = 0, e = Decomposed.VarIndices.size(); i != e; ++i) {
503         if (Decomposed.VarIndices[i].V == Index &&
504             Decomposed.VarIndices[i].ZExtBits == ZExtBits &&
505             Decomposed.VarIndices[i].SExtBits == SExtBits) {
506           Scale += Decomposed.VarIndices[i].Scale;
507           Decomposed.VarIndices.erase(Decomposed.VarIndices.begin() + i);
508           break;
509         }
510       }
511
512       // Make sure that we have a scale that makes sense for this target's
513       // pointer size.
514       Scale = adjustToPointerSize(Scale, PointerSize);
515
516       if (Scale) {
517         VariableGEPIndex Entry = {Index, ZExtBits, SExtBits,
518                                   static_cast<int64_t>(Scale)};
519         Decomposed.VarIndices.push_back(Entry);
520       }
521     }
522
523     // Take care of wrap-arounds
524     if (GepHasConstantOffset) {
525       Decomposed.StructOffset =
526           adjustToPointerSize(Decomposed.StructOffset, PointerSize);
527       Decomposed.OtherOffset =
528           adjustToPointerSize(Decomposed.OtherOffset, PointerSize);
529     }
530
531     // Analyze the base pointer next.
532     V = GEPOp->getOperand(0);
533   } while (--MaxLookup);
534
535   // If the chain of expressions is too deep, just return early.
536   Decomposed.Base = V;
537   SearchLimitReached++;
538   return true;
539 }
540
541 /// Returns whether the given pointer value points to memory that is local to
542 /// the function, with global constants being considered local to all
543 /// functions.
544 bool BasicAAResult::pointsToConstantMemory(const MemoryLocation &Loc,
545                                            bool OrLocal) {
546   assert(Visited.empty() && "Visited must be cleared after use!");
547
548   unsigned MaxLookup = 8;
549   SmallVector<const Value *, 16> Worklist;
550   Worklist.push_back(Loc.Ptr);
551   do {
552     const Value *V = GetUnderlyingObject(Worklist.pop_back_val(), DL);
553     if (!Visited.insert(V).second) {
554       Visited.clear();
555       return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
556     }
557
558     // An alloca instruction defines local memory.
559     if (OrLocal && isa<AllocaInst>(V))
560       continue;
561
562     // A global constant counts as local memory for our purposes.
563     if (const GlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(V)) {
564       // Note: this doesn't require GV to be "ODR" because it isn't legal for a
565       // global to be marked constant in some modules and non-constant in
566       // others.  GV may even be a declaration, not a definition.
567       if (!GV->isConstant()) {
568         Visited.clear();
569         return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
570       }
571       continue;
572     }
573
574     // If both select values point to local memory, then so does the select.
575     if (const SelectInst *SI = dyn_cast<SelectInst>(V)) {
576       Worklist.push_back(SI->getTrueValue());
577       Worklist.push_back(SI->getFalseValue());
578       continue;
579     }
580
581     // If all values incoming to a phi node point to local memory, then so does
582     // the phi.
583     if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V)) {
584       // Don't bother inspecting phi nodes with many operands.
585       if (PN->getNumIncomingValues() > MaxLookup) {
586         Visited.clear();
587         return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
588       }
589       for (Value *IncValue : PN->incoming_values())
590         Worklist.push_back(IncValue);
591       continue;
592     }
593
594     // Otherwise be conservative.
595     Visited.clear();
596     return AAResultBase::pointsToConstantMemory(Loc, OrLocal);
597   } while (!Worklist.empty() && --MaxLookup);
598
599   Visited.clear();
600   return Worklist.empty();
601 }
602
603 /// Returns the behavior when calling the given call site.
604 FunctionModRefBehavior BasicAAResult::getModRefBehavior(ImmutableCallSite CS) {
605   if (CS.doesNotAccessMemory())
606     // Can't do better than this.
607     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
608
609   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
610
611   // If the callsite knows it only reads memory, don't return worse
612   // than that.
613   if (CS.onlyReadsMemory())
614     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
615   else if (CS.doesNotReadMemory())
616     Min = FMRB_DoesNotReadMemory;
617
618   if (CS.onlyAccessesArgMemory())
619     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
620   else if (CS.onlyAccessesInaccessibleMemory())
621     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleMem);
622   else if (CS.onlyAccessesInaccessibleMemOrArgMem())
623     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleOrArgMem);
624
625   // If CS has operand bundles then aliasing attributes from the function it
626   // calls do not directly apply to the CallSite.  This can be made more
627   // precise in the future.
628   if (!CS.hasOperandBundles())
629     if (const Function *F = CS.getCalledFunction())
630       Min =
631           FunctionModRefBehavior(Min & getBestAAResults().getModRefBehavior(F));
632
633   return Min;
634 }
635
636 /// Returns the behavior when calling the given function. For use when the call
637 /// site is not known.
638 FunctionModRefBehavior BasicAAResult::getModRefBehavior(const Function *F) {
639   // If the function declares it doesn't access memory, we can't do better.
640   if (F->doesNotAccessMemory())
641     return FMRB_DoesNotAccessMemory;
642
643   FunctionModRefBehavior Min = FMRB_UnknownModRefBehavior;
644
645   // If the function declares it only reads memory, go with that.
646   if (F->onlyReadsMemory())
647     Min = FMRB_OnlyReadsMemory;
648   else if (F->doesNotReadMemory())
649     Min = FMRB_DoesNotReadMemory;
650
651   if (F->onlyAccessesArgMemory())
652     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesArgumentPointees);
653   else if (F->onlyAccessesInaccessibleMemory())
654     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleMem);
655   else if (F->onlyAccessesInaccessibleMemOrArgMem())
656     Min = FunctionModRefBehavior(Min & FMRB_OnlyAccessesInaccessibleOrArgMem);
657
658   return Min;
659 }
660
661 /// Returns true if this is a writeonly (i.e Mod only) parameter.
662 static bool isWriteOnlyParam(ImmutableCallSite CS, unsigned ArgIdx,
663                              const TargetLibraryInfo &TLI) {
664   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::WriteOnly))
665     return true;
666
667   // We can bound the aliasing properties of memset_pattern16 just as we can
668   // for memcpy/memset.  This is particularly important because the
669   // LoopIdiomRecognizer likes to turn loops into calls to memset_pattern16
670   // whenever possible.
671   // FIXME Consider handling this in InferFunctionAttr.cpp together with other
672   // attributes.
673   LibFunc F;
674   if (CS.getCalledFunction() && TLI.getLibFunc(*CS.getCalledFunction(), F) &&
675       F == LibFunc_memset_pattern16 && TLI.has(F))
676     if (ArgIdx == 0)
677       return true;
678
679   // TODO: memset_pattern4, memset_pattern8
680   // TODO: _chk variants
681   // TODO: strcmp, strcpy
682
683   return false;
684 }
685
686 ModRefInfo BasicAAResult::getArgModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
687                                            unsigned ArgIdx) {
688   // Checking for known builtin intrinsics and target library functions.
689   if (isWriteOnlyParam(CS, ArgIdx, TLI))
690     return ModRefInfo::Mod;
691
692   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::ReadOnly))
693     return ModRefInfo::Ref;
694
695   if (CS.paramHasAttr(ArgIdx, Attribute::ReadNone))
696     return ModRefInfo::NoModRef;
697
698   return AAResultBase::getArgModRefInfo(CS, ArgIdx);
699 }
700
701 static bool isIntrinsicCall(ImmutableCallSite CS, Intrinsic::ID IID) {
702   const IntrinsicInst *II = dyn_cast<IntrinsicInst>(CS.getInstruction());
703   return II && II->getIntrinsicID() == IID;
704 }
705
706 #ifndef NDEBUG
707 static const Function *getParent(const Value *V) {
708   if (const Instruction *inst = dyn_cast<Instruction>(V)) {
709     if (!inst->getParent())
710       return nullptr;
711     return inst->getParent()->getParent();
712   }
713
714   if (const Argument *arg = dyn_cast<Argument>(V))
715     return arg->getParent();
716
717   return nullptr;
718 }
719
720 static bool notDifferentParent(const Value *O1, const Value *O2) {
721
722   const Function *F1 = getParent(O1);
723   const Function *F2 = getParent(O2);
724
725   return !F1 || !F2 || F1 == F2;
726 }
727 #endif
728
729 AliasResult BasicAAResult::alias(const MemoryLocation &LocA,
730                                  const MemoryLocation &LocB) {
731   assert(notDifferentParent(LocA.Ptr, LocB.Ptr) &&
732          "BasicAliasAnalysis doesn't support interprocedural queries.");
733
734   // If we have a directly cached entry for these locations, we have recursed
735   // through this once, so just return the cached results. Notably, when this
736   // happens, we don't clear the cache.
737   auto CacheIt = AliasCache.find(LocPair(LocA, LocB));
738   if (CacheIt != AliasCache.end())
739     return CacheIt->second;
740
741   AliasResult Alias = aliasCheck(LocA.Ptr, LocA.Size, LocA.AATags, LocB.Ptr,
742                                  LocB.Size, LocB.AATags);
743   // AliasCache rarely has more than 1 or 2 elements, always use
744   // shrink_and_clear so it quickly returns to the inline capacity of the
745   // SmallDenseMap if it ever grows larger.
746   // FIXME: This should really be shrink_to_inline_capacity_and_clear().
747   AliasCache.shrink_and_clear();
748   VisitedPhiBBs.clear();
749   return Alias;
750 }
751
752 /// Checks to see if the specified callsite can clobber the specified memory
753 /// object.
754 ///
755 /// Since we only look at local properties of this function, we really can't
756 /// say much about this query.  We do, however, use simple "address taken"
757 /// analysis on local objects.
758 ModRefInfo BasicAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS,
759                                         const MemoryLocation &Loc) {
760   assert(notDifferentParent(CS.getInstruction(), Loc.Ptr) &&
761          "AliasAnalysis query involving multiple functions!");
762
763   const Value *Object = GetUnderlyingObject(Loc.Ptr, DL);
764
765   // If this is a tail call and Loc.Ptr points to a stack location, we know that
766   // the tail call cannot access or modify the local stack.
767   // We cannot exclude byval arguments here; these belong to the caller of
768   // the current function not to the current function, and a tail callee
769   // may reference them.
770   if (isa<AllocaInst>(Object))
771     if (const CallInst *CI = dyn_cast<CallInst>(CS.getInstruction()))
772       if (CI->isTailCall())
773         return ModRefInfo::NoModRef;
774
775   // If the pointer is to a locally allocated object that does not escape,
776   // then the call can not mod/ref the pointer unless the call takes the pointer
777   // as an argument, and itself doesn't capture it.
778   if (!isa<Constant>(Object) && CS.getInstruction() != Object &&
779       isNonEscapingLocalObject(Object)) {
780
781     // Optimistically assume that call doesn't touch Object and check this
782     // assumption in the following loop.
783     ModRefInfo Result = ModRefInfo::NoModRef;
784     bool IsMustAlias = true;
785
786     unsigned OperandNo = 0;
787     for (auto CI = CS.data_operands_begin(), CE = CS.data_operands_end();
788          CI != CE; ++CI, ++OperandNo) {
789       // Only look at the no-capture or byval pointer arguments.  If this
790       // pointer were passed to arguments that were neither of these, then it
791       // couldn't be no-capture.
792       if (!(*CI)->getType()->isPointerTy() ||
793           (!CS.doesNotCapture(OperandNo) &&
794            OperandNo < CS.getNumArgOperands() && !CS.isByValArgument(OperandNo)))
795         continue;
796
797       // Call doesn't access memory through this operand, so we don't care
798       // if it aliases with Object.
799       if (CS.doesNotAccessMemory(OperandNo))
800         continue;
801
802       // If this is a no-capture pointer argument, see if we can tell that it
803       // is impossible to alias the pointer we're checking.
804       AliasResult AR =
805           getBestAAResults().alias(MemoryLocation(*CI), MemoryLocation(Object));
806       if (AR != MustAlias)
807         IsMustAlias = false;
808       // Operand doesnt alias 'Object', continue looking for other aliases
809       if (AR == NoAlias)
810         continue;
811       // Operand aliases 'Object', but call doesn't modify it. Strengthen
812       // initial assumption and keep looking in case if there are more aliases.
813       if (CS.onlyReadsMemory(OperandNo)) {
814         Result = setRef(Result);
815         continue;
816       }
817       // Operand aliases 'Object' but call only writes into it.
818       if (CS.doesNotReadMemory(OperandNo)) {
819         Result = setMod(Result);
820         continue;
821       }
822       // This operand aliases 'Object' and call reads and writes into it.
823       // Setting ModRef will not yield an early return below, MustAlias is not
824       // used further.
825       Result = ModRefInfo::ModRef;
826       break;
827     }
828
829     // No operand aliases, reset Must bit. Add below if at least one aliases
830     // and all aliases found are MustAlias.
831     if (isNoModRef(Result))
832       IsMustAlias = false;
833
834     // Early return if we improved mod ref information
835     if (!isModAndRefSet(Result))
836       return IsMustAlias ? setMust(Result) : clearMust(Result);
837   }
838
839   // If the CallSite is to malloc or calloc, we can assume that it doesn't
840   // modify any IR visible value.  This is only valid because we assume these
841   // routines do not read values visible in the IR.  TODO: Consider special
842   // casing realloc and strdup routines which access only their arguments as
843   // well.  Or alternatively, replace all of this with inaccessiblememonly once
844   // that's implemented fully.
845   auto *Inst = CS.getInstruction();
846   if (isMallocOrCallocLikeFn(Inst, &TLI)) {
847     // Be conservative if the accessed pointer may alias the allocation -
848     // fallback to the generic handling below.
849     if (getBestAAResults().alias(MemoryLocation(Inst), Loc) == NoAlias)
850       return ModRefInfo::NoModRef;
851   }
852
853   // The semantics of memcpy intrinsics forbid overlap between their respective
854   // operands, i.e., source and destination of any given memcpy must no-alias.
855   // If Loc must-aliases either one of these two locations, then it necessarily
856   // no-aliases the other.
857   if (auto *Inst = dyn_cast<MemCpyInst>(CS.getInstruction())) {
858     AliasResult SrcAA, DestAA;
859
860     if ((SrcAA = getBestAAResults().alias(MemoryLocation::getForSource(Inst),
861                                           Loc)) == MustAlias)
862       // Loc is exactly the memcpy source thus disjoint from memcpy dest.
863       return ModRefInfo::Ref;
864     if ((DestAA = getBestAAResults().alias(MemoryLocation::getForDest(Inst),
865                                            Loc)) == MustAlias)
866       // The converse case.
867       return ModRefInfo::Mod;
868
869     // It's also possible for Loc to alias both src and dest, or neither.
870     ModRefInfo rv = ModRefInfo::NoModRef;
871     if (SrcAA != NoAlias)
872       rv = setRef(rv);
873     if (DestAA != NoAlias)
874       rv = setMod(rv);
875     return rv;
876   }
877
878   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
879   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
880   // particular memory location.
881   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::assume))
882     return ModRefInfo::NoModRef;
883
884   // Like assumes, guard intrinsics are also marked as arbitrarily writing so
885   // that proper control dependencies are maintained but they never mods any
886   // particular memory location.
887   //
888   // *Unlike* assumes, guard intrinsics are modeled as reading memory since the
889   // heap state at the point the guard is issued needs to be consistent in case
890   // the guard invokes the "deopt" continuation.
891   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::experimental_guard))
892     return ModRefInfo::Ref;
893
894   // Like assumes, invariant.start intrinsics were also marked as arbitrarily
895   // writing so that proper control dependencies are maintained but they never
896   // mod any particular memory location visible to the IR.
897   // *Unlike* assumes (which are now modeled as NoModRef), invariant.start
898   // intrinsic is now modeled as reading memory. This prevents hoisting the
899   // invariant.start intrinsic over stores. Consider:
900   // *ptr = 40;
901   // *ptr = 50;
902   // invariant_start(ptr)
903   // int val = *ptr;
904   // print(val);
905   //
906   // This cannot be transformed to:
907   //
908   // *ptr = 40;
909   // invariant_start(ptr)
910   // *ptr = 50;
911   // int val = *ptr;
912   // print(val);
913   //
914   // The transformation will cause the second store to be ignored (based on
915   // rules of invariant.start)  and print 40, while the first program always
916   // prints 50.
917   if (isIntrinsicCall(CS, Intrinsic::invariant_start))
918     return ModRefInfo::Ref;
919
920   // The AAResultBase base class has some smarts, lets use them.
921   return AAResultBase::getModRefInfo(CS, Loc);
922 }
923
924 ModRefInfo BasicAAResult::getModRefInfo(ImmutableCallSite CS1,
925                                         ImmutableCallSite CS2) {
926   // While the assume intrinsic is marked as arbitrarily writing so that
927   // proper control dependencies will be maintained, it never aliases any
928   // particular memory location.
929   if (isIntrinsicCall(CS1, Intrinsic::assume) ||
930       isIntrinsicCall(CS2, Intrinsic::assume))
931     return ModRefInfo::NoModRef;
932
933   // Like assumes, guard intrinsics are also marked as arbitrarily writing so
934   // that proper control dependencies are maintained but they never mod any
935   // particular memory location.
936   //
937   // *Unlike* assumes, guard intrinsics are modeled as reading memory since the
938   // heap state at the point the guard is issued needs to be consistent in case
939   // the guard invokes the "deopt" continuation.
940
941   // NB! This function is *not* commutative, so we specical case two
942   // possibilities for guard intrinsics.
943
944   if (isIntrinsicCall(CS1, Intrinsic::experimental_guard))
945     return isModSet(createModRefInfo(getModRefBehavior(CS2)))
946                ? ModRefInfo::Ref
947                : ModRefInfo::NoModRef;
948
949   if (isIntrinsicCall(CS2, Intrinsic::experimental_guard))
950     return isModSet(createModRefInfo(getModRefBehavior(CS1)))
951                ? ModRefInfo::Mod
952                : ModRefInfo::NoModRef;
953
954   // The AAResultBase base class has some smarts, lets use them.
955   return AAResultBase::getModRefInfo(CS1, CS2);
956 }
957
958 /// Provide ad-hoc rules to disambiguate accesses through two GEP operators,
959 /// both having the exact same pointer operand.
960 static AliasResult aliasSameBasePointerGEPs(const GEPOperator *GEP1,
961                                             uint64_t V1Size,
962                                             const GEPOperator *GEP2,
963                                             uint64_t V2Size,
964                                             const DataLayout &DL) {
965   assert(GEP1->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndBarriers() ==
966              GEP2->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndBarriers() &&
967          GEP1->getPointerOperandType() == GEP2->getPointerOperandType() &&
968          "Expected GEPs with the same pointer operand");
969
970   // Try to determine whether GEP1 and GEP2 index through arrays, into structs,
971   // such that the struct field accesses provably cannot alias.
972   // We also need at least two indices (the pointer, and the struct field).
973   if (GEP1->getNumIndices() != GEP2->getNumIndices() ||
974       GEP1->getNumIndices() < 2)
975     return MayAlias;
976
977   // If we don't know the size of the accesses through both GEPs, we can't
978   // determine whether the struct fields accessed can't alias.
979   if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
980       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
981     return MayAlias;
982
983   ConstantInt *C1 =
984       dyn_cast<ConstantInt>(GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1));
985   ConstantInt *C2 =
986       dyn_cast<ConstantInt>(GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1));
987
988   // If the last (struct) indices are constants and are equal, the other indices
989   // might be also be dynamically equal, so the GEPs can alias.
990   if (C1 && C2 && C1->getSExtValue() == C2->getSExtValue())
991     return MayAlias;
992
993   // Find the last-indexed type of the GEP, i.e., the type you'd get if
994   // you stripped the last index.
995   // On the way, look at each indexed type.  If there's something other
996   // than an array, different indices can lead to different final types.
997   SmallVector<Value *, 8> IntermediateIndices;
998
999   // Insert the first index; we don't need to check the type indexed
1000   // through it as it only drops the pointer indirection.
1001   assert(GEP1->getNumIndices() > 1 && "Not enough GEP indices to examine");
1002   IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(1));
1003
1004   // Insert all the remaining indices but the last one.
1005   // Also, check that they all index through arrays.
1006   for (unsigned i = 1, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i) {
1007     if (!isa<ArrayType>(GetElementPtrInst::getIndexedType(
1008             GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices)))
1009       return MayAlias;
1010     IntermediateIndices.push_back(GEP1->getOperand(i + 1));
1011   }
1012
1013   auto *Ty = GetElementPtrInst::getIndexedType(
1014     GEP1->getSourceElementType(), IntermediateIndices);
1015   StructType *LastIndexedStruct = dyn_cast<StructType>(Ty);
1016
1017   if (isa<SequentialType>(Ty)) {
1018     // We know that:
1019     // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
1020     // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a sequential
1021     //   type (array or pointer);
1022     // - both GEPs only index through arrays prior to that.
1023     //
1024     // Because array indices greater than the number of elements are valid in
1025     // GEPs, unless we know the intermediate indices are identical between
1026     // GEP1 and GEP2 we cannot guarantee that the last indexed arrays don't
1027     // partially overlap. We also need to check that the loaded size matches
1028     // the element size, otherwise we could still have overlap.
1029     const uint64_t ElementSize =
1030         DL.getTypeStoreSize(cast<SequentialType>(Ty)->getElementType());
1031     if (V1Size != ElementSize || V2Size != ElementSize)
1032       return MayAlias;
1033
1034     for (unsigned i = 0, e = GEP1->getNumIndices() - 1; i != e; ++i)
1035       if (GEP1->getOperand(i + 1) != GEP2->getOperand(i + 1))
1036         return MayAlias;
1037
1038     // Now we know that the array/pointer that GEP1 indexes into and that
1039     // that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be disjoint.
1040     // Because they cannot partially overlap and because fields in an array
1041     // cannot overlap, if we can prove the final indices are different between
1042     // GEP1 and GEP2, we can conclude GEP1 and GEP2 don't alias.
1043
1044     // If the last indices are constants, we've already checked they don't
1045     // equal each other so we can exit early.
1046     if (C1 && C2)
1047       return NoAlias;
1048     {
1049       Value *GEP1LastIdx = GEP1->getOperand(GEP1->getNumOperands() - 1);
1050       Value *GEP2LastIdx = GEP2->getOperand(GEP2->getNumOperands() - 1);
1051       if (isa<PHINode>(GEP1LastIdx) || isa<PHINode>(GEP2LastIdx)) {
1052         // If one of the indices is a PHI node, be safe and only use
1053         // computeKnownBits so we don't make any assumptions about the
1054         // relationships between the two indices. This is important if we're
1055         // asking about values from different loop iterations. See PR32314.
1056         // TODO: We may be able to change the check so we only do this when
1057         // we definitely looked through a PHINode.
1058         if (GEP1LastIdx != GEP2LastIdx &&
1059             GEP1LastIdx->getType() == GEP2LastIdx->getType()) {
1060           KnownBits Known1 = computeKnownBits(GEP1LastIdx, DL);
1061           KnownBits Known2 = computeKnownBits(GEP2LastIdx, DL);
1062           if (Known1.Zero.intersects(Known2.One) ||
1063               Known1.One.intersects(Known2.Zero))
1064             return NoAlias;
1065         }
1066       } else if (isKnownNonEqual(GEP1LastIdx, GEP2LastIdx, DL))
1067         return NoAlias;
1068     }
1069     return MayAlias;
1070   } else if (!LastIndexedStruct || !C1 || !C2) {
1071     return MayAlias;
1072   }
1073
1074   // We know that:
1075   // - both GEPs begin indexing from the exact same pointer;
1076   // - the last indices in both GEPs are constants, indexing into a struct;
1077   // - said indices are different, hence, the pointed-to fields are different;
1078   // - both GEPs only index through arrays prior to that.
1079   //
1080   // This lets us determine that the struct that GEP1 indexes into and the
1081   // struct that GEP2 indexes into must either precisely overlap or be
1082   // completely disjoint.  Because they cannot partially overlap, indexing into
1083   // different non-overlapping fields of the struct will never alias.
1084
1085   // Therefore, the only remaining thing needed to show that both GEPs can't
1086   // alias is that the fields are not overlapping.
1087   const StructLayout *SL = DL.getStructLayout(LastIndexedStruct);
1088   const uint64_t StructSize = SL->getSizeInBytes();
1089   const uint64_t V1Off = SL->getElementOffset(C1->getZExtValue());
1090   const uint64_t V2Off = SL->getElementOffset(C2->getZExtValue());
1091
1092   auto EltsDontOverlap = [StructSize](uint64_t V1Off, uint64_t V1Size,
1093                                       uint64_t V2Off, uint64_t V2Size) {
1094     return V1Off < V2Off && V1Off + V1Size <= V2Off &&
1095            ((V2Off + V2Size <= StructSize) ||
1096             (V2Off + V2Size - StructSize <= V1Off));
1097   };
1098
1099   if (EltsDontOverlap(V1Off, V1Size, V2Off, V2Size) ||
1100       EltsDontOverlap(V2Off, V2Size, V1Off, V1Size))
1101     return NoAlias;
1102
1103   return MayAlias;
1104 }
1105
1106 // If a we have (a) a GEP and (b) a pointer based on an alloca, and the
1107 // beginning of the object the GEP points would have a negative offset with
1108 // repsect to the alloca, that means the GEP can not alias pointer (b).
1109 // Note that the pointer based on the alloca may not be a GEP. For
1110 // example, it may be the alloca itself.
1111 // The same applies if (b) is based on a GlobalVariable. Note that just being
1112 // based on isIdentifiedObject() is not enough - we need an identified object
1113 // that does not permit access to negative offsets. For example, a negative
1114 // offset from a noalias argument or call can be inbounds w.r.t the actual
1115 // underlying object.
1116 //
1117 // For example, consider:
1118 //
1119 //   struct { int f0, int f1, ...} foo;
1120 //   foo alloca;
1121 //   foo* random = bar(alloca);
1122 //   int *f0 = &alloca.f0
1123 //   int *f1 = &random->f1;
1124 //
1125 // Which is lowered, approximately, to:
1126 //
1127 //  %alloca = alloca %struct.foo
1128 //  %random = call %struct.foo* @random(%struct.foo* %alloca)
1129 //  %f0 = getelementptr inbounds %struct, %struct.foo* %alloca, i32 0, i32 0
1130 //  %f1 = getelementptr inbounds %struct, %struct.foo* %random, i32 0, i32 1
1131 //
1132 // Assume %f1 and %f0 alias. Then %f1 would point into the object allocated
1133 // by %alloca. Since the %f1 GEP is inbounds, that means %random must also
1134 // point into the same object. But since %f0 points to the beginning of %alloca,
1135 // the highest %f1 can be is (%alloca + 3). This means %random can not be higher
1136 // than (%alloca - 1), and so is not inbounds, a contradiction.
1137 bool BasicAAResult::isGEPBaseAtNegativeOffset(const GEPOperator *GEPOp,
1138       const DecomposedGEP &DecompGEP, const DecomposedGEP &DecompObject, 
1139       uint64_t ObjectAccessSize) {
1140   // If the object access size is unknown, or the GEP isn't inbounds, bail.
1141   if (ObjectAccessSize == MemoryLocation::UnknownSize || !GEPOp->isInBounds())
1142     return false;
1143
1144   // We need the object to be an alloca or a globalvariable, and want to know
1145   // the offset of the pointer from the object precisely, so no variable
1146   // indices are allowed.
1147   if (!(isa<AllocaInst>(DecompObject.Base) ||
1148         isa<GlobalVariable>(DecompObject.Base)) ||
1149       !DecompObject.VarIndices.empty())
1150     return false;
1151
1152   int64_t ObjectBaseOffset = DecompObject.StructOffset +
1153                              DecompObject.OtherOffset;
1154
1155   // If the GEP has no variable indices, we know the precise offset
1156   // from the base, then use it. If the GEP has variable indices, we're in
1157   // a bit more trouble: we can't count on the constant offsets that come
1158   // from non-struct sources, since these can be "rewound" by a negative
1159   // variable offset. So use only offsets that came from structs.
1160   int64_t GEPBaseOffset = DecompGEP.StructOffset;
1161   if (DecompGEP.VarIndices.empty())
1162     GEPBaseOffset += DecompGEP.OtherOffset;
1163
1164   return (GEPBaseOffset >= ObjectBaseOffset + (int64_t)ObjectAccessSize);
1165 }
1166
1167 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a GEP instruction against
1168 /// another pointer.
1169 ///
1170 /// We know that V1 is a GEP, but we don't know anything about V2.
1171 /// UnderlyingV1 is GetUnderlyingObject(GEP1, DL), UnderlyingV2 is the same for
1172 /// V2.
1173 AliasResult BasicAAResult::aliasGEP(const GEPOperator *GEP1, uint64_t V1Size,
1174                                     const AAMDNodes &V1AAInfo, const Value *V2,
1175                                     uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
1176                                     const Value *UnderlyingV1,
1177                                     const Value *UnderlyingV2) {
1178   DecomposedGEP DecompGEP1, DecompGEP2;
1179   bool GEP1MaxLookupReached =
1180     DecomposeGEPExpression(GEP1, DecompGEP1, DL, &AC, DT);
1181   bool GEP2MaxLookupReached =
1182     DecomposeGEPExpression(V2, DecompGEP2, DL, &AC, DT);
1183
1184   int64_t GEP1BaseOffset = DecompGEP1.StructOffset + DecompGEP1.OtherOffset;
1185   int64_t GEP2BaseOffset = DecompGEP2.StructOffset + DecompGEP2.OtherOffset;
1186
1187   assert(DecompGEP1.Base == UnderlyingV1 && DecompGEP2.Base == UnderlyingV2 &&
1188          "DecomposeGEPExpression returned a result different from "
1189          "GetUnderlyingObject");
1190
1191   // If the GEP's offset relative to its base is such that the base would
1192   // fall below the start of the object underlying V2, then the GEP and V2
1193   // cannot alias.
1194   if (!GEP1MaxLookupReached && !GEP2MaxLookupReached &&
1195       isGEPBaseAtNegativeOffset(GEP1, DecompGEP1, DecompGEP2, V2Size))
1196     return NoAlias;
1197   // If we have two gep instructions with must-alias or not-alias'ing base
1198   // pointers, figure out if the indexes to the GEP tell us anything about the
1199   // derived pointer.
1200   if (const GEPOperator *GEP2 = dyn_cast<GEPOperator>(V2)) {
1201     // Check for the GEP base being at a negative offset, this time in the other
1202     // direction.
1203     if (!GEP1MaxLookupReached && !GEP2MaxLookupReached &&
1204         isGEPBaseAtNegativeOffset(GEP2, DecompGEP2, DecompGEP1, V1Size))
1205       return NoAlias;
1206     // Do the base pointers alias?
1207     AliasResult BaseAlias =
1208         aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes(),
1209                    UnderlyingV2, MemoryLocation::UnknownSize, AAMDNodes());
1210
1211     // Check for geps of non-aliasing underlying pointers where the offsets are
1212     // identical.
1213     if ((BaseAlias == MayAlias) && V1Size == V2Size) {
1214       // Do the base pointers alias assuming type and size.
1215       AliasResult PreciseBaseAlias = aliasCheck(UnderlyingV1, V1Size, V1AAInfo,
1216                                                 UnderlyingV2, V2Size, V2AAInfo);
1217       if (PreciseBaseAlias == NoAlias) {
1218         // See if the computed offset from the common pointer tells us about the
1219         // relation of the resulting pointer.
1220         // If the max search depth is reached the result is undefined
1221         if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1222           return MayAlias;
1223
1224         // Same offsets.
1225         if (GEP1BaseOffset == GEP2BaseOffset &&
1226             DecompGEP1.VarIndices == DecompGEP2.VarIndices)
1227           return NoAlias;
1228       }
1229     }
1230
1231     // If we get a No or May, then return it immediately, no amount of analysis
1232     // will improve this situation.
1233     if (BaseAlias != MustAlias) {
1234       assert(BaseAlias == NoAlias || BaseAlias == MayAlias);
1235       return BaseAlias;
1236     }
1237
1238     // Otherwise, we have a MustAlias.  Since the base pointers alias each other
1239     // exactly, see if the computed offset from the common pointer tells us
1240     // about the relation of the resulting pointer.
1241     // If we know the two GEPs are based off of the exact same pointer (and not
1242     // just the same underlying object), see if that tells us anything about
1243     // the resulting pointers.
1244     if (GEP1->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndBarriers() ==
1245             GEP2->getPointerOperand()->stripPointerCastsAndBarriers() &&
1246         GEP1->getPointerOperandType() == GEP2->getPointerOperandType()) {
1247       AliasResult R = aliasSameBasePointerGEPs(GEP1, V1Size, GEP2, V2Size, DL);
1248       // If we couldn't find anything interesting, don't abandon just yet.
1249       if (R != MayAlias)
1250         return R;
1251     }
1252
1253     // If the max search depth is reached, the result is undefined
1254     if (GEP2MaxLookupReached || GEP1MaxLookupReached)
1255       return MayAlias;
1256
1257     // Subtract the GEP2 pointer from the GEP1 pointer to find out their
1258     // symbolic difference.
1259     GEP1BaseOffset -= GEP2BaseOffset;
1260     GetIndexDifference(DecompGEP1.VarIndices, DecompGEP2.VarIndices);
1261
1262   } else {
1263     // Check to see if these two pointers are related by the getelementptr
1264     // instruction.  If one pointer is a GEP with a non-zero index of the other
1265     // pointer, we know they cannot alias.
1266
1267     // If both accesses are unknown size, we can't do anything useful here.
1268     if (V1Size == MemoryLocation::UnknownSize &&
1269         V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1270       return MayAlias;
1271
1272     AliasResult R = aliasCheck(UnderlyingV1, MemoryLocation::UnknownSize,
1273                                AAMDNodes(), V2, MemoryLocation::UnknownSize,
1274                                V2AAInfo, nullptr, UnderlyingV2);
1275     if (R != MustAlias) {
1276       // If V2 may alias GEP base pointer, conservatively returns MayAlias.
1277       // If V2 is known not to alias GEP base pointer, then the two values
1278       // cannot alias per GEP semantics: "Any memory access must be done through
1279       // a pointer value associated with an address range of the memory access,
1280       // otherwise the behavior is undefined.".
1281       assert(R == NoAlias || R == MayAlias);
1282       return R;
1283     }
1284
1285     // If the max search depth is reached the result is undefined
1286     if (GEP1MaxLookupReached)
1287       return MayAlias;
1288   }
1289
1290   // In the two GEP Case, if there is no difference in the offsets of the
1291   // computed pointers, the resultant pointers are a must alias.  This
1292   // happens when we have two lexically identical GEP's (for example).
1293   //
1294   // In the other case, if we have getelementptr <ptr>, 0, 0, 0, 0, ... and V2
1295   // must aliases the GEP, the end result is a must alias also.
1296   if (GEP1BaseOffset == 0 && DecompGEP1.VarIndices.empty())
1297     return MustAlias;
1298
1299   // If there is a constant difference between the pointers, but the difference
1300   // is less than the size of the associated memory object, then we know
1301   // that the objects are partially overlapping.  If the difference is
1302   // greater, we know they do not overlap.
1303   if (GEP1BaseOffset != 0 && DecompGEP1.VarIndices.empty()) {
1304     if (GEP1BaseOffset >= 0) {
1305       if (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1306         if ((uint64_t)GEP1BaseOffset < V2Size)
1307           return PartialAlias;
1308         return NoAlias;
1309       }
1310     } else {
1311       // We have the situation where:
1312       // +                +
1313       // | BaseOffset     |
1314       // ---------------->|
1315       // |-->V1Size       |-------> V2Size
1316       // GEP1             V2
1317       // We need to know that V2Size is not unknown, otherwise we might have
1318       // stripped a gep with negative index ('gep <ptr>, -1, ...).
1319       if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1320           V2Size != MemoryLocation::UnknownSize) {
1321         if (-(uint64_t)GEP1BaseOffset < V1Size)
1322           return PartialAlias;
1323         return NoAlias;
1324       }
1325     }
1326   }
1327
1328   if (!DecompGEP1.VarIndices.empty()) {
1329     uint64_t Modulo = 0;
1330     bool AllPositive = true;
1331     for (unsigned i = 0, e = DecompGEP1.VarIndices.size(); i != e; ++i) {
1332
1333       // Try to distinguish something like &A[i][1] against &A[42][0].
1334       // Grab the least significant bit set in any of the scales. We
1335       // don't need std::abs here (even if the scale's negative) as we'll
1336       // be ^'ing Modulo with itself later.
1337       Modulo |= (uint64_t)DecompGEP1.VarIndices[i].Scale;
1338
1339       if (AllPositive) {
1340         // If the Value could change between cycles, then any reasoning about
1341         // the Value this cycle may not hold in the next cycle. We'll just
1342         // give up if we can't determine conditions that hold for every cycle:
1343         const Value *V = DecompGEP1.VarIndices[i].V;
1344
1345         KnownBits Known = computeKnownBits(V, DL, 0, &AC, nullptr, DT);
1346         bool SignKnownZero = Known.isNonNegative();
1347         bool SignKnownOne = Known.isNegative();
1348
1349         // Zero-extension widens the variable, and so forces the sign
1350         // bit to zero.
1351         bool IsZExt = DecompGEP1.VarIndices[i].ZExtBits > 0 || isa<ZExtInst>(V);
1352         SignKnownZero |= IsZExt;
1353         SignKnownOne &= !IsZExt;
1354
1355         // If the variable begins with a zero then we know it's
1356         // positive, regardless of whether the value is signed or
1357         // unsigned.
1358         int64_t Scale = DecompGEP1.VarIndices[i].Scale;
1359         AllPositive =
1360             (SignKnownZero && Scale >= 0) || (SignKnownOne && Scale < 0);
1361       }
1362     }
1363
1364     Modulo = Modulo ^ (Modulo & (Modulo - 1));
1365
1366     // We can compute the difference between the two addresses
1367     // mod Modulo. Check whether that difference guarantees that the
1368     // two locations do not alias.
1369     uint64_t ModOffset = (uint64_t)GEP1BaseOffset & (Modulo - 1);
1370     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1371         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize && ModOffset >= V2Size &&
1372         V1Size <= Modulo - ModOffset)
1373       return NoAlias;
1374
1375     // If we know all the variables are positive, then GEP1 >= GEP1BasePtr.
1376     // If GEP1BasePtr > V2 (GEP1BaseOffset > 0) then we know the pointers
1377     // don't alias if V2Size can fit in the gap between V2 and GEP1BasePtr.
1378     if (AllPositive && GEP1BaseOffset > 0 && V2Size <= (uint64_t)GEP1BaseOffset)
1379       return NoAlias;
1380
1381     if (constantOffsetHeuristic(DecompGEP1.VarIndices, V1Size, V2Size,
1382                                 GEP1BaseOffset, &AC, DT))
1383       return NoAlias;
1384   }
1385
1386   // Statically, we can see that the base objects are the same, but the
1387   // pointers have dynamic offsets which we can't resolve. And none of our
1388   // little tricks above worked.
1389   return MayAlias;
1390 }
1391
1392 static AliasResult MergeAliasResults(AliasResult A, AliasResult B) {
1393   // If the results agree, take it.
1394   if (A == B)
1395     return A;
1396   // A mix of PartialAlias and MustAlias is PartialAlias.
1397   if ((A == PartialAlias && B == MustAlias) ||
1398       (B == PartialAlias && A == MustAlias))
1399     return PartialAlias;
1400   // Otherwise, we don't know anything.
1401   return MayAlias;
1402 }
1403
1404 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a Select instruction
1405 /// against another.
1406 AliasResult BasicAAResult::aliasSelect(const SelectInst *SI, uint64_t SISize,
1407                                        const AAMDNodes &SIAAInfo,
1408                                        const Value *V2, uint64_t V2Size,
1409                                        const AAMDNodes &V2AAInfo,
1410                                        const Value *UnderV2) {
1411   // If the values are Selects with the same condition, we can do a more precise
1412   // check: just check for aliases between the values on corresponding arms.
1413   if (const SelectInst *SI2 = dyn_cast<SelectInst>(V2))
1414     if (SI->getCondition() == SI2->getCondition()) {
1415       AliasResult Alias = aliasCheck(SI->getTrueValue(), SISize, SIAAInfo,
1416                                      SI2->getTrueValue(), V2Size, V2AAInfo);
1417       if (Alias == MayAlias)
1418         return MayAlias;
1419       AliasResult ThisAlias =
1420           aliasCheck(SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1421                      SI2->getFalseValue(), V2Size, V2AAInfo);
1422       return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1423     }
1424
1425   // If both arms of the Select node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1426   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1427   AliasResult Alias =
1428       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getTrueValue(),
1429                  SISize, SIAAInfo, UnderV2);
1430   if (Alias == MayAlias)
1431     return MayAlias;
1432
1433   AliasResult ThisAlias =
1434       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, SI->getFalseValue(), SISize, SIAAInfo,
1435                  UnderV2);
1436   return MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1437 }
1438
1439 /// Provide a bunch of ad-hoc rules to disambiguate a PHI instruction against
1440 /// another.
1441 AliasResult BasicAAResult::aliasPHI(const PHINode *PN, uint64_t PNSize,
1442                                     const AAMDNodes &PNAAInfo, const Value *V2,
1443                                     uint64_t V2Size, const AAMDNodes &V2AAInfo,
1444                                     const Value *UnderV2) {
1445   // Track phi nodes we have visited. We use this information when we determine
1446   // value equivalence.
1447   VisitedPhiBBs.insert(PN->getParent());
1448
1449   // If the values are PHIs in the same block, we can do a more precise
1450   // as well as efficient check: just check for aliases between the values
1451   // on corresponding edges.
1452   if (const PHINode *PN2 = dyn_cast<PHINode>(V2))
1453     if (PN2->getParent() == PN->getParent()) {
1454       LocPair Locs(MemoryLocation(PN, PNSize, PNAAInfo),
1455                    MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1456       if (PN > V2)
1457         std::swap(Locs.first, Locs.second);
1458       // Analyse the PHIs' inputs under the assumption that the PHIs are
1459       // NoAlias.
1460       // If the PHIs are May/MustAlias there must be (recursively) an input
1461       // operand from outside the PHIs' cycle that is MayAlias/MustAlias or
1462       // there must be an operation on the PHIs within the PHIs' value cycle
1463       // that causes a MayAlias.
1464       // Pretend the phis do not alias.
1465       AliasResult Alias = NoAlias;
1466       assert(AliasCache.count(Locs) &&
1467              "There must exist an entry for the phi node");
1468       AliasResult OrigAliasResult = AliasCache[Locs];
1469       AliasCache[Locs] = NoAlias;
1470
1471       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
1472         AliasResult ThisAlias =
1473             aliasCheck(PN->getIncomingValue(i), PNSize, PNAAInfo,
1474                        PN2->getIncomingValueForBlock(PN->getIncomingBlock(i)),
1475                        V2Size, V2AAInfo);
1476         Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1477         if (Alias == MayAlias)
1478           break;
1479       }
1480
1481       // Reset if speculation failed.
1482       if (Alias != NoAlias)
1483         AliasCache[Locs] = OrigAliasResult;
1484
1485       return Alias;
1486     }
1487
1488   SmallPtrSet<Value *, 4> UniqueSrc;
1489   SmallVector<Value *, 4> V1Srcs;
1490   bool isRecursive = false;
1491   for (Value *PV1 : PN->incoming_values()) {
1492     if (isa<PHINode>(PV1))
1493       // If any of the source itself is a PHI, return MayAlias conservatively
1494       // to avoid compile time explosion. The worst possible case is if both
1495       // sides are PHI nodes. In which case, this is O(m x n) time where 'm'
1496       // and 'n' are the number of PHI sources.
1497       return MayAlias;
1498
1499     if (EnableRecPhiAnalysis)
1500       if (GEPOperator *PV1GEP = dyn_cast<GEPOperator>(PV1)) {
1501         // Check whether the incoming value is a GEP that advances the pointer
1502         // result of this PHI node (e.g. in a loop). If this is the case, we
1503         // would recurse and always get a MayAlias. Handle this case specially
1504         // below.
1505         if (PV1GEP->getPointerOperand() == PN && PV1GEP->getNumIndices() == 1 &&
1506             isa<ConstantInt>(PV1GEP->idx_begin())) {
1507           isRecursive = true;
1508           continue;
1509         }
1510       }
1511
1512     if (UniqueSrc.insert(PV1).second)
1513       V1Srcs.push_back(PV1);
1514   }
1515
1516   // If this PHI node is recursive, set the size of the accessed memory to
1517   // unknown to represent all the possible values the GEP could advance the
1518   // pointer to.
1519   if (isRecursive)
1520     PNSize = MemoryLocation::UnknownSize;
1521
1522   AliasResult Alias =
1523       aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V1Srcs[0],
1524                  PNSize, PNAAInfo, UnderV2);
1525
1526   // Early exit if the check of the first PHI source against V2 is MayAlias.
1527   // Other results are not possible.
1528   if (Alias == MayAlias)
1529     return MayAlias;
1530
1531   // If all sources of the PHI node NoAlias or MustAlias V2, then returns
1532   // NoAlias / MustAlias. Otherwise, returns MayAlias.
1533   for (unsigned i = 1, e = V1Srcs.size(); i != e; ++i) {
1534     Value *V = V1Srcs[i];
1535
1536     AliasResult ThisAlias =
1537         aliasCheck(V2, V2Size, V2AAInfo, V, PNSize, PNAAInfo, UnderV2);
1538     Alias = MergeAliasResults(ThisAlias, Alias);
1539     if (Alias == MayAlias)
1540       break;
1541   }
1542
1543   return Alias;
1544 }
1545
1546 /// Provides a bunch of ad-hoc rules to disambiguate in common cases, such as
1547 /// array references.
1548 AliasResult BasicAAResult::aliasCheck(const Value *V1, uint64_t V1Size,
1549                                       AAMDNodes V1AAInfo, const Value *V2,
1550                                       uint64_t V2Size, AAMDNodes V2AAInfo, 
1551                                       const Value *O1, const Value *O2) {
1552   // If either of the memory references is empty, it doesn't matter what the
1553   // pointer values are.
1554   if (V1Size == 0 || V2Size == 0)
1555     return NoAlias;
1556
1557   // Strip off any casts if they exist.
1558   V1 = V1->stripPointerCastsAndBarriers();
1559   V2 = V2->stripPointerCastsAndBarriers();
1560
1561   // If V1 or V2 is undef, the result is NoAlias because we can always pick a
1562   // value for undef that aliases nothing in the program.
1563   if (isa<UndefValue>(V1) || isa<UndefValue>(V2))
1564     return NoAlias;
1565
1566   // Are we checking for alias of the same value?
1567   // Because we look 'through' phi nodes, we could look at "Value" pointers from
1568   // different iterations. We must therefore make sure that this is not the
1569   // case. The function isValueEqualInPotentialCycles ensures that this cannot
1570   // happen by looking at the visited phi nodes and making sure they cannot
1571   // reach the value.
1572   if (isValueEqualInPotentialCycles(V1, V2))
1573     return MustAlias;
1574
1575   if (!V1->getType()->isPointerTy() || !V2->getType()->isPointerTy())
1576     return NoAlias; // Scalars cannot alias each other
1577
1578   // Figure out what objects these things are pointing to if we can.
1579   if (O1 == nullptr)
1580     O1 = GetUnderlyingObject(V1, DL, MaxLookupSearchDepth);
1581
1582   if (O2 == nullptr)
1583     O2 = GetUnderlyingObject(V2, DL, MaxLookupSearchDepth);
1584
1585   // Null values in the default address space don't point to any object, so they
1586   // don't alias any other pointer.
1587   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O1))
1588     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1589       return NoAlias;
1590   if (const ConstantPointerNull *CPN = dyn_cast<ConstantPointerNull>(O2))
1591     if (CPN->getType()->getAddressSpace() == 0)
1592       return NoAlias;
1593
1594   if (O1 != O2) {
1595     // If V1/V2 point to two different objects, we know that we have no alias.
1596     if (isIdentifiedObject(O1) && isIdentifiedObject(O2))
1597       return NoAlias;
1598
1599     // Constant pointers can't alias with non-const isIdentifiedObject objects.
1600     if ((isa<Constant>(O1) && isIdentifiedObject(O2) && !isa<Constant>(O2)) ||
1601         (isa<Constant>(O2) && isIdentifiedObject(O1) && !isa<Constant>(O1)))
1602       return NoAlias;
1603
1604     // Function arguments can't alias with things that are known to be
1605     // unambigously identified at the function level.
1606     if ((isa<Argument>(O1) && isIdentifiedFunctionLocal(O2)) ||
1607         (isa<Argument>(O2) && isIdentifiedFunctionLocal(O1)))
1608       return NoAlias;
1609
1610     // If one pointer is the result of a call/invoke or load and the other is a
1611     // non-escaping local object within the same function, then we know the
1612     // object couldn't escape to a point where the call could return it.
1613     //
1614     // Note that if the pointers are in different functions, there are a
1615     // variety of complications. A call with a nocapture argument may still
1616     // temporary store the nocapture argument's value in a temporary memory
1617     // location if that memory location doesn't escape. Or it may pass a
1618     // nocapture value to other functions as long as they don't capture it.
1619     if (isEscapeSource(O1) && isNonEscapingLocalObject(O2))
1620       return NoAlias;
1621     if (isEscapeSource(O2) && isNonEscapingLocalObject(O1))
1622       return NoAlias;
1623   }
1624
1625   // If the size of one access is larger than the entire object on the other
1626   // side, then we know such behavior is undefined and can assume no alias.
1627   if ((V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1628        isObjectSmallerThan(O2, V1Size, DL, TLI)) ||
1629       (V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1630        isObjectSmallerThan(O1, V2Size, DL, TLI)))
1631     return NoAlias;
1632
1633   // Check the cache before climbing up use-def chains. This also terminates
1634   // otherwise infinitely recursive queries.
1635   LocPair Locs(MemoryLocation(V1, V1Size, V1AAInfo),
1636                MemoryLocation(V2, V2Size, V2AAInfo));
1637   if (V1 > V2)
1638     std::swap(Locs.first, Locs.second);
1639   std::pair<AliasCacheTy::iterator, bool> Pair =
1640       AliasCache.insert(std::make_pair(Locs, MayAlias));
1641   if (!Pair.second)
1642     return Pair.first->second;
1643
1644   // FIXME: This isn't aggressively handling alias(GEP, PHI) for example: if the
1645   // GEP can't simplify, we don't even look at the PHI cases.
1646   if (!isa<GEPOperator>(V1) && isa<GEPOperator>(V2)) {
1647     std::swap(V1, V2);
1648     std::swap(V1Size, V2Size);
1649     std::swap(O1, O2);
1650     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1651   }
1652   if (const GEPOperator *GV1 = dyn_cast<GEPOperator>(V1)) {
1653     AliasResult Result =
1654         aliasGEP(GV1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O1, O2);
1655     if (Result != MayAlias)
1656       return AliasCache[Locs] = Result;
1657   }
1658
1659   if (isa<PHINode>(V2) && !isa<PHINode>(V1)) {
1660     std::swap(V1, V2);
1661     std::swap(O1, O2);
1662     std::swap(V1Size, V2Size);
1663     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1664   }
1665   if (const PHINode *PN = dyn_cast<PHINode>(V1)) {
1666     AliasResult Result = aliasPHI(PN, V1Size, V1AAInfo,
1667                                   V2, V2Size, V2AAInfo, O2);
1668     if (Result != MayAlias)
1669       return AliasCache[Locs] = Result;
1670   }
1671
1672   if (isa<SelectInst>(V2) && !isa<SelectInst>(V1)) {
1673     std::swap(V1, V2);
1674     std::swap(O1, O2);
1675     std::swap(V1Size, V2Size);
1676     std::swap(V1AAInfo, V2AAInfo);
1677   }
1678   if (const SelectInst *S1 = dyn_cast<SelectInst>(V1)) {
1679     AliasResult Result =
1680         aliasSelect(S1, V1Size, V1AAInfo, V2, V2Size, V2AAInfo, O2);
1681     if (Result != MayAlias)
1682       return AliasCache[Locs] = Result;
1683   }
1684
1685   // If both pointers are pointing into the same object and one of them
1686   // accesses the entire object, then the accesses must overlap in some way.
1687   if (O1 == O2)
1688     if (V1Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1689         V2Size != MemoryLocation::UnknownSize &&
1690         (isObjectSize(O1, V1Size, DL, TLI) ||
1691          isObjectSize(O2, V2Size, DL, TLI)))
1692       return AliasCache[Locs] = PartialAlias;
1693
1694   // Recurse back into the best AA results we have, potentially with refined
1695   // memory locations. We have already ensured that BasicAA has a MayAlias
1696   // cache result for these, so any recursion back into BasicAA won't loop.
1697   AliasResult Result = getBestAAResults().alias(Locs.first, Locs.second);
1698   return AliasCache[Locs] = Result;
1699 }
1700
1701 /// Check whether two Values can be considered equivalent.
1702 ///
1703 /// In addition to pointer equivalence of \p V1 and \p V2 this checks whether
1704 /// they can not be part of a cycle in the value graph by looking at all
1705 /// visited phi nodes an making sure that the phis cannot reach the value. We
1706 /// have to do this because we are looking through phi nodes (That is we say
1707 /// noalias(V, phi(VA, VB)) if noalias(V, VA) and noalias(V, VB).
1708 bool BasicAAResult::isValueEqualInPotentialCycles(const Value *V,
1709                                                   const Value *V2) {
1710   if (V != V2)
1711     return false;
1712
1713   const Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(V);
1714   if (!Inst)
1715     return true;
1716
1717   if (VisitedPhiBBs.empty())
1718     return true;
1719
1720   if (VisitedPhiBBs.size() > MaxNumPhiBBsValueReachabilityCheck)
1721     return false;
1722
1723   // Make sure that the visited phis cannot reach the Value. This ensures that
1724   // the Values cannot come from different iterations of a potential cycle the
1725   // phi nodes could be involved in.
1726   for (auto *P : VisitedPhiBBs)
1727     if (isPotentiallyReachable(&P->front(), Inst, DT, LI))
1728       return false;
1729
1730   return true;
1731 }
1732
1733 /// Computes the symbolic difference between two de-composed GEPs.
1734 ///
1735 /// Dest and Src are the variable indices from two decomposed GetElementPtr
1736 /// instructions GEP1 and GEP2 which have common base pointers.
1737 void BasicAAResult::GetIndexDifference(
1738     SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Dest,
1739     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &Src) {
1740   if (Src.empty())
1741     return;
1742
1743   for (unsigned i = 0, e = Src.size(); i != e; ++i) {
1744     const Value *V = Src[i].V;
1745     unsigned ZExtBits = Src[i].ZExtBits, SExtBits = Src[i].SExtBits;
1746     int64_t Scale = Src[i].Scale;
1747
1748     // Find V in Dest.  This is N^2, but pointer indices almost never have more
1749     // than a few variable indexes.
1750     for (unsigned j = 0, e = Dest.size(); j != e; ++j) {
1751       if (!isValueEqualInPotentialCycles(Dest[j].V, V) ||
1752           Dest[j].ZExtBits != ZExtBits || Dest[j].SExtBits != SExtBits)
1753         continue;
1754
1755       // If we found it, subtract off Scale V's from the entry in Dest.  If it
1756       // goes to zero, remove the entry.
1757       if (Dest[j].Scale != Scale)
1758         Dest[j].Scale -= Scale;
1759       else
1760         Dest.erase(Dest.begin() + j);
1761       Scale = 0;
1762       break;
1763     }
1764
1765     // If we didn't consume this entry, add it to the end of the Dest list.
1766     if (Scale) {
1767       VariableGEPIndex Entry = {V, ZExtBits, SExtBits, -Scale};
1768       Dest.push_back(Entry);
1769     }
1770   }
1771 }
1772
1773 bool BasicAAResult::constantOffsetHeuristic(
1774     const SmallVectorImpl<VariableGEPIndex> &VarIndices, uint64_t V1Size,
1775     uint64_t V2Size, int64_t BaseOffset, AssumptionCache *AC,
1776     DominatorTree *DT) {
1777   if (VarIndices.size() != 2 || V1Size == MemoryLocation::UnknownSize ||
1778       V2Size == MemoryLocation::UnknownSize)
1779     return false;
1780
1781   const VariableGEPIndex &Var0 = VarIndices[0], &Var1 = VarIndices[1];
1782
1783   if (Var0.ZExtBits != Var1.ZExtBits || Var0.SExtBits != Var1.SExtBits ||
1784       Var0.Scale != -Var1.Scale)
1785     return false;
1786
1787   unsigned Width = Var1.V->getType()->getIntegerBitWidth();
1788
1789   // We'll strip off the Extensions of Var0 and Var1 and do another round
1790   // of GetLinearExpression decomposition. In the example above, if Var0
1791   // is zext(%x + 1) we should get V1 == %x and V1Offset == 1.
1792
1793   APInt V0Scale(Width, 0), V0Offset(Width, 0), V1Scale(Width, 0),
1794       V1Offset(Width, 0);
1795   bool NSW = true, NUW = true;
1796   unsigned V0ZExtBits = 0, V0SExtBits = 0, V1ZExtBits = 0, V1SExtBits = 0;
1797   const Value *V0 = GetLinearExpression(Var0.V, V0Scale, V0Offset, V0ZExtBits,
1798                                         V0SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1799   NSW = true;
1800   NUW = true;
1801   const Value *V1 = GetLinearExpression(Var1.V, V1Scale, V1Offset, V1ZExtBits,
1802                                         V1SExtBits, DL, 0, AC, DT, NSW, NUW);
1803
1804   if (V0Scale != V1Scale || V0ZExtBits != V1ZExtBits ||
1805       V0SExtBits != V1SExtBits || !isValueEqualInPotentialCycles(V0, V1))
1806     return false;
1807
1808   // We have a hit - Var0 and Var1 only differ by a constant offset!
1809
1810   // If we've been sext'ed then zext'd the maximum difference between Var0 and
1811   // Var1 is possible to calculate, but we're just interested in the absolute
1812   // minimum difference between the two. The minimum distance may occur due to
1813   // wrapping; consider "add i3 %i, 5": if %i == 7 then 7 + 5 mod 8 == 4, and so
1814   // the minimum distance between %i and %i + 5 is 3.
1815   APInt MinDiff = V0Offset - V1Offset, Wrapped = -MinDiff;
1816   MinDiff = APIntOps::umin(MinDiff, Wrapped);
1817   uint64_t MinDiffBytes = MinDiff.getZExtValue() * std::abs(Var0.Scale);
1818
1819   // We can't definitely say whether GEP1 is before or after V2 due to wrapping
1820   // arithmetic (i.e. for some values of GEP1 and V2 GEP1 < V2, and for other
1821   // values GEP1 > V2). We'll therefore only declare NoAlias if both V1Size and
1822   // V2Size can fit in the MinDiffBytes gap.
1823   return V1Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes &&
1824          V2Size + std::abs(BaseOffset) <= MinDiffBytes;
1825 }
1826
1827 //===----------------------------------------------------------------------===//
1828 // BasicAliasAnalysis Pass
1829 //===----------------------------------------------------------------------===//
1830
1831 AnalysisKey BasicAA::Key;
1832
1833 BasicAAResult BasicAA::run(Function &F, FunctionAnalysisManager &AM) {
1834   return BasicAAResult(F.getParent()->getDataLayout(),
1835                        AM.getResult<TargetLibraryAnalysis>(F),
1836                        AM.getResult<AssumptionAnalysis>(F),
1837                        &AM.getResult<DominatorTreeAnalysis>(F),
1838                        AM.getCachedResult<LoopAnalysis>(F));
1839 }
1840
1841 BasicAAWrapperPass::BasicAAWrapperPass() : FunctionPass(ID) {
1842     initializeBasicAAWrapperPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
1843 }
1844
1845 char BasicAAWrapperPass::ID = 0;
1846
1847 void BasicAAWrapperPass::anchor() {}
1848
1849 INITIALIZE_PASS_BEGIN(BasicAAWrapperPass, "basicaa",
1850                       "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", true, true)
1851 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(AssumptionCacheTracker)
1852 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(DominatorTreeWrapperPass)
1853 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetLibraryInfoWrapperPass)
1854 INITIALIZE_PASS_END(BasicAAWrapperPass, "basicaa",
1855                     "Basic Alias Analysis (stateless AA impl)", true, true)
1856
1857 FunctionPass *llvm::createBasicAAWrapperPass() {
1858   return new BasicAAWrapperPass();
1859 }
1860
1861 bool BasicAAWrapperPass::runOnFunction(Function &F) {
1862   auto &ACT = getAnalysis<AssumptionCacheTracker>();
1863   auto &TLIWP = getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1864   auto &DTWP = getAnalysis<DominatorTreeWrapperPass>();
1865   auto *LIWP = getAnalysisIfAvailable<LoopInfoWrapperPass>();
1866
1867   Result.reset(new BasicAAResult(F.getParent()->getDataLayout(), TLIWP.getTLI(),
1868                                  ACT.getAssumptionCache(F), &DTWP.getDomTree(),
1869                                  LIWP ? &LIWP->getLoopInfo() : nullptr));
1870
1871   return false;
1872 }
1873
1874 void BasicAAWrapperPass::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
1875   AU.setPreservesAll();
1876   AU.addRequired<AssumptionCacheTracker>();
1877   AU.addRequired<DominatorTreeWrapperPass>();
1878   AU.addRequired<TargetLibraryInfoWrapperPass>();
1879 }
1880
1881 BasicAAResult llvm::createLegacyPMBasicAAResult(Pass &P, Function &F) {
1882   return BasicAAResult(
1883       F.getParent()->getDataLayout(),
1884       P.getAnalysis<TargetLibraryInfoWrapperPass>().getTLI(),
1885       P.getAnalysis<AssumptionCacheTracker>().getAssumptionCache(F));
1886 }