[RISCV] Regenerate autogen test to remove spurious diff
[llvm-project.git] / llvm / docs / AliasAnalysis.rst
blob7afe0e277bd4f73e6575ee75c4b04c8254babd52
1 ==================================
2 LLVM Alias Analysis Infrastructure
3 ==================================
5 .. contents::
6    :local:
8 Introduction
9 ============
11 Alias Analysis (aka Pointer Analysis) is a class of techniques which attempt to
12 determine whether or not two pointers ever can point to the same object in
13 memory.  There are many different algorithms for alias analysis and many
14 different ways of classifying them: flow-sensitive vs. flow-insensitive,
15 context-sensitive vs. context-insensitive, field-sensitive
16 vs. field-insensitive, unification-based vs. subset-based, etc.  Traditionally,
17 alias analyses respond to a query with a `Must, May, or No`_ alias response,
18 indicating that two pointers always point to the same object, might point to the
19 same object, or are known to never point to the same object.
21 The LLVM `AliasAnalysis
22 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html>`__ class is the
23 primary interface used by clients and implementations of alias analyses in the
24 LLVM system.  This class is the common interface between clients of alias
25 analysis information and the implementations providing it, and is designed to
26 support a wide range of implementations and clients (but currently all clients
27 are assumed to be flow-insensitive).  In addition to simple alias analysis
28 information, this class exposes Mod/Ref information from those implementations
29 which can provide it, allowing for powerful analyses and transformations to work
30 well together.
32 This document contains information necessary to successfully implement this
33 interface, use it, and to test both sides.  It also explains some of the finer
34 points about what exactly results mean.
36 ``AliasAnalysis`` Class Overview
37 ================================
39 The `AliasAnalysis <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html>`__
40 class defines the interface that the various alias analysis implementations
41 should support.  This class exports two important enums: ``AliasResult`` and
42 ``ModRefResult`` which represent the result of an alias query or a mod/ref
43 query, respectively.
45 The ``AliasAnalysis`` interface exposes information about memory, represented in
46 several different ways.  In particular, memory objects are represented as a
47 starting address and size, and function calls are represented as the actual
48 ``call`` or ``invoke`` instructions that performs the call.  The
49 ``AliasAnalysis`` interface also exposes some helper methods which allow you to
50 get mod/ref information for arbitrary instructions.
52 All ``AliasAnalysis`` interfaces require that in queries involving multiple
53 values, values which are not :ref:`constants <constants>` are all
54 defined within the same function.
56 Representation of Pointers
57 --------------------------
59 Most importantly, the ``AliasAnalysis`` class provides several methods which are
60 used to query whether or not two memory objects alias, whether function calls
61 can modify or read a memory object, etc.  For all of these queries, memory
62 objects are represented as a pair of their starting address (a symbolic LLVM
63 ``Value*``) and a static size.
65 Representing memory objects as a starting address and a size is critically
66 important for correct Alias Analyses.  For example, consider this (silly, but
67 possible) C code:
69 .. code-block:: c++
71   int i;
72   char C[2];
73   char A[10];
74   /* ... */
75   for (i = 0; i != 10; ++i) {
76     C[0] = A[i];          /* One byte store */
77     C[1] = A[9-i];        /* One byte store */
78   }
80 In this case, the ``basic-aa`` pass will disambiguate the stores to ``C[0]`` and
81 ``C[1]`` because they are accesses to two distinct locations one byte apart, and
82 the accesses are each one byte.  In this case, the Loop Invariant Code Motion
83 (LICM) pass can use store motion to remove the stores from the loop.  In
84 contrast, the following code:
86 .. code-block:: c++
88   int i;
89   char C[2];
90   char A[10];
91   /* ... */
92   for (i = 0; i != 10; ++i) {
93     ((short*)C)[0] = A[i];  /* Two byte store! */
94     C[1] = A[9-i];          /* One byte store */
95   }
97 In this case, the two stores to C do alias each other, because the access to the
98 ``&C[0]`` element is a two byte access.  If size information wasn't available in
99 the query, even the first case would have to conservatively assume that the
100 accesses alias.
102 .. _alias:
104 The ``alias`` method
105 --------------------
107 The ``alias`` method is the primary interface used to determine whether or not
108 two memory objects alias each other.  It takes two memory objects as input and
109 returns MustAlias, PartialAlias, MayAlias, or NoAlias as appropriate.
111 Like all ``AliasAnalysis`` interfaces, the ``alias`` method requires that either
112 the two pointer values be defined within the same function, or at least one of
113 the values is a :ref:`constant <constants>`.
115 .. _Must, May, or No:
117 Must, May, and No Alias Responses
118 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
120 The ``NoAlias`` response may be used when there is never an immediate dependence
121 between any memory reference *based* on one pointer and any memory reference
122 *based* the other. The most obvious example is when the two pointers point to
123 non-overlapping memory ranges. Another is when the two pointers are only ever
124 used for reading memory. Another is when the memory is freed and reallocated
125 between accesses through one pointer and accesses through the other --- in this
126 case, there is a dependence, but it's mediated by the free and reallocation.
128 As an exception to this is with the :ref:`noalias <noalias>` keyword;
129 the "irrelevant" dependencies are ignored.
131 The ``MayAlias`` response is used whenever the two pointers might refer to the
132 same object.
134 The ``PartialAlias`` response is used when the two memory objects are known to
135 be overlapping in some way, regardless whether they start at the same address
136 or not.
138 The ``MustAlias`` response may only be returned if the two memory objects are
139 guaranteed to always start at exactly the same location. A ``MustAlias``
140 response does not imply that the pointers compare equal.
142 The ``getModRefInfo`` methods
143 -----------------------------
145 The ``getModRefInfo`` methods return information about whether the execution of
146 an instruction can read or modify a memory location.  Mod/Ref information is
147 always conservative: if an instruction **might** read or write a location,
148 ``ModRef`` is returned.
150 The ``AliasAnalysis`` class also provides a ``getModRefInfo`` method for testing
151 dependencies between function calls.  This method takes two call sites (``CS1``
152 & ``CS2``), returns ``NoModRef`` if neither call writes to memory read or
153 written by the other, ``Ref`` if ``CS1`` reads memory written by ``CS2``,
154 ``Mod`` if ``CS1`` writes to memory read or written by ``CS2``, or ``ModRef`` if
155 ``CS1`` might read or write memory written to by ``CS2``.  Note that this
156 relation is not commutative.
158 Other useful ``AliasAnalysis`` methods
159 --------------------------------------
161 Several other tidbits of information are often collected by various alias
162 analysis implementations and can be put to good use by various clients.
164 The ``getModRefInfoMask`` method
165 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
167 The ``getModRefInfoMask`` method returns a bound on Mod/Ref information for
168 the supplied pointer, based on knowledge about whether the pointer points to
169 globally-constant memory (for which it returns ``NoModRef``) or
170 locally-invariant memory (for which it returns ``Ref``). Globally-constant
171 memory includes functions, constant global variables, and the null pointer.
172 Locally-invariant memory is memory that we know is invariant for the lifetime
173 of its SSA value, but not necessarily for the life of the program: for example,
174 the memory pointed to by ``readonly`` ``noalias`` parameters is known-invariant
175 for the duration of the corresponding function call. Given Mod/Ref information
176 ``MRI`` for a memory location ``Loc``, ``MRI`` can be refined with a statement
177 like ``MRI &= AA.getModRefInfoMask(Loc);``. Another useful idiom is
178 ``isModSet(AA.getModRefInfoMask(Loc))``; this checks to see if the given
179 location can be modified at all. For convenience, there is also a method
180 ``pointsToConstantMemory(Loc)``; this is synonymous with
181 ``isNoModRef(AA.getModRefInfoMask(Loc))``.
183 .. _never access memory or only read memory:
185 The ``doesNotAccessMemory`` and  ``onlyReadsMemory`` methods
186 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
188 These methods are used to provide very simple mod/ref information for function
189 calls.  The ``doesNotAccessMemory`` method returns true for a function if the
190 analysis can prove that the function never reads or writes to memory, or if the
191 function only reads from constant memory.  Functions with this property are
192 side-effect free and only depend on their input arguments, allowing them to be
193 eliminated if they form common subexpressions or be hoisted out of loops.  Many
194 common functions behave this way (e.g., ``sin`` and ``cos``) but many others do
195 not (e.g., ``acos``, which modifies the ``errno`` variable).
197 The ``onlyReadsMemory`` method returns true for a function if analysis can prove
198 that (at most) the function only reads from non-volatile memory.  Functions with
199 this property are side-effect free, only depending on their input arguments and
200 the state of memory when they are called.  This property allows calls to these
201 functions to be eliminated and moved around, as long as there is no store
202 instruction that changes the contents of memory.  Note that all functions that
203 satisfy the ``doesNotAccessMemory`` method also satisfy ``onlyReadsMemory``.
205 Writing a new ``AliasAnalysis`` Implementation
206 ==============================================
208 Writing a new alias analysis implementation for LLVM is quite straight-forward.
209 There are already several implementations that you can use for examples, and the
210 following information should help fill in any details.  For examples, take a
211 look at the `various alias analysis implementations`_ included with LLVM.
213 Different Pass styles
214 ---------------------
216 The first step to determining what type of :doc:`LLVM pass <WritingAnLLVMPass>`
217 you need to use for your Alias Analysis.  As is the case with most other
218 analyses and transformations, the answer should be fairly obvious from what type
219 of problem you are trying to solve:
221 #. If you require interprocedural analysis, it should be a ``Pass``.
222 #. If you are a function-local analysis, subclass ``FunctionPass``.
223 #. If you don't need to look at the program at all, subclass ``ImmutablePass``.
225 In addition to the pass that you subclass, you should also inherit from the
226 ``AliasAnalysis`` interface, of course, and use the ``RegisterAnalysisGroup``
227 template to register as an implementation of ``AliasAnalysis``.
229 Required initialization calls
230 -----------------------------
232 Your subclass of ``AliasAnalysis`` is required to invoke two methods on the
233 ``AliasAnalysis`` base class: ``getAnalysisUsage`` and
234 ``InitializeAliasAnalysis``.  In particular, your implementation of
235 ``getAnalysisUsage`` should explicitly call into the
236 ``AliasAnalysis::getAnalysisUsage`` method in addition to doing any declaring
237 any pass dependencies your pass has.  Thus you should have something like this:
239 .. code-block:: c++
241   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
242     AliasAnalysis::getAnalysisUsage(AU);
243     // declare your dependencies here.
244   }
246 Additionally, your must invoke the ``InitializeAliasAnalysis`` method from your
247 analysis run method (``run`` for a ``Pass``, ``runOnFunction`` for a
248 ``FunctionPass``, or ``InitializePass`` for an ``ImmutablePass``).  For example
249 (as part of a ``Pass``):
251 .. code-block:: c++
253   bool run(Module &M) {
254     InitializeAliasAnalysis(this);
255     // Perform analysis here...
256     return false;
257   }
259 Required methods to override
260 ----------------------------
262 You must override the ``getAdjustedAnalysisPointer`` method on all subclasses
263 of ``AliasAnalysis``. An example implementation of this method would look like:
265 .. code-block:: c++
267   void *getAdjustedAnalysisPointer(const void* ID) override {
268     if (ID == &AliasAnalysis::ID)
269       return (AliasAnalysis*)this;
270     return this;
271   }
273 Interfaces which may be specified
274 ---------------------------------
276 All of the `AliasAnalysis
277 <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html>`__ virtual methods
278 default to providing :ref:`chaining <aliasanalysis-chaining>` to another alias
279 analysis implementation, which ends up returning conservatively correct
280 information (returning "May" Alias and "Mod/Ref" for alias and mod/ref queries
281 respectively).  Depending on the capabilities of the analysis you are
282 implementing, you just override the interfaces you can improve.
284 .. _aliasanalysis-chaining:
286 ``AliasAnalysis`` chaining behavior
287 -----------------------------------
289 Every alias analysis pass chains to another alias analysis implementation (for
290 example, the user can specify "``-basic-aa -ds-aa -licm``" to get the maximum
291 benefit from both alias analyses).  The alias analysis class automatically
292 takes care of most of this for methods that you don't override.  For methods
293 that you do override, in code paths that return a conservative MayAlias or
294 Mod/Ref result, simply return whatever the superclass computes.  For example:
296 .. code-block:: c++
298   AliasResult alias(const Value *V1, unsigned V1Size,
299                     const Value *V2, unsigned V2Size) {
300     if (...)
301       return NoAlias;
302     ...
304     // Couldn't determine a must or no-alias result.
305     return AliasAnalysis::alias(V1, V1Size, V2, V2Size);
306   }
308 In addition to analysis queries, you must make sure to unconditionally pass LLVM
309 `update notification`_ methods to the superclass as well if you override them,
310 which allows all alias analyses in a change to be updated.
312 .. _update notification:
314 Updating analysis results for transformations
315 ---------------------------------------------
317 Alias analysis information is initially computed for a static snapshot of the
318 program, but clients will use this information to make transformations to the
319 code.  All but the most trivial forms of alias analysis will need to have their
320 analysis results updated to reflect the changes made by these transformations.
322 The ``AliasAnalysis`` interface exposes four methods which are used to
323 communicate program changes from the clients to the analysis implementations.
324 Various alias analysis implementations should use these methods to ensure that
325 their internal data structures are kept up-to-date as the program changes (for
326 example, when an instruction is deleted), and clients of alias analysis must be
327 sure to call these interfaces appropriately.
329 The ``deleteValue`` method
330 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
332 The ``deleteValue`` method is called by transformations when they remove an
333 instruction or any other value from the program (including values that do not
334 use pointers).  Typically alias analyses keep data structures that have entries
335 for each value in the program.  When this method is called, they should remove
336 any entries for the specified value, if they exist.
338 The ``copyValue`` method
339 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
341 The ``copyValue`` method is used when a new value is introduced into the
342 program.  There is no way to introduce a value into the program that did not
343 exist before (this doesn't make sense for a safe compiler transformation), so
344 this is the only way to introduce a new value.  This method indicates that the
345 new value has exactly the same properties as the value being copied.
347 The ``replaceWithNewValue`` method
348 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
350 This method is a simple helper method that is provided to make clients easier to
351 use.  It is implemented by copying the old analysis information to the new
352 value, then deleting the old value.  This method cannot be overridden by alias
353 analysis implementations.
355 The ``addEscapingUse`` method
356 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
358 The ``addEscapingUse`` method is used when the uses of a pointer value have
359 changed in ways that may invalidate precomputed analysis information.
360 Implementations may either use this callback to provide conservative responses
361 for points whose uses have change since analysis time, or may recompute some or
362 all of their internal state to continue providing accurate responses.
364 In general, any new use of a pointer value is considered an escaping use, and
365 must be reported through this callback, *except* for the uses below:
367 * A ``bitcast`` or ``getelementptr`` of the pointer
368 * A ``store`` through the pointer (but not a ``store`` *of* the pointer)
369 * A ``load`` through the pointer
371 Efficiency Issues
372 -----------------
374 From the LLVM perspective, the only thing you need to do to provide an efficient
375 alias analysis is to make sure that alias analysis **queries** are serviced
376 quickly.  The actual calculation of the alias analysis results (the "run"
377 method) is only performed once, but many (perhaps duplicate) queries may be
378 performed.  Because of this, try to move as much computation to the run method
379 as possible (within reason).
381 Limitations
382 -----------
384 The AliasAnalysis infrastructure has several limitations which make writing a
385 new ``AliasAnalysis`` implementation difficult.
387 There is no way to override the default alias analysis. It would be very useful
388 to be able to do something like "``opt -my-aa -O2``" and have it use ``-my-aa``
389 for all passes which need AliasAnalysis, but there is currently no support for
390 that, short of changing the source code and recompiling. Similarly, there is
391 also no way of setting a chain of analyses as the default.
393 There is no way for transform passes to declare that they preserve
394 ``AliasAnalysis`` implementations. The ``AliasAnalysis`` interface includes
395 ``deleteValue`` and ``copyValue`` methods which are intended to allow a pass to
396 keep an AliasAnalysis consistent, however there's no way for a pass to declare
397 in its ``getAnalysisUsage`` that it does so. Some passes attempt to use
398 ``AU.addPreserved<AliasAnalysis>``, however this doesn't actually have any
399 effect.
401 Similarly, the ``opt -p`` option introduces ``ModulePass`` passes between each
402 pass, which prevents the use of ``FunctionPass`` alias analysis passes.
404 The ``AliasAnalysis`` API does have functions for notifying implementations when
405 values are deleted or copied, however these aren't sufficient. There are many
406 other ways that LLVM IR can be modified which could be relevant to
407 ``AliasAnalysis`` implementations which can not be expressed.
409 The ``AliasAnalysisDebugger`` utility seems to suggest that ``AliasAnalysis``
410 implementations can expect that they will be informed of any relevant ``Value``
411 before it appears in an alias query. However, popular clients such as ``GVN``
412 don't support this, and are known to trigger errors when run with the
413 ``AliasAnalysisDebugger``.
415 The ``AliasSetTracker`` class (which is used by ``LICM``) makes a
416 non-deterministic number of alias queries. This can cause debugging techniques
417 involving pausing execution after a predetermined number of queries to be
418 unreliable.
420 Many alias queries can be reformulated in terms of other alias queries. When
421 multiple ``AliasAnalysis`` queries are chained together, it would make sense to
422 start those queries from the beginning of the chain, with care taken to avoid
423 infinite looping, however currently an implementation which wants to do this can
424 only start such queries from itself.
426 Using alias analysis results
427 ============================
429 There are several different ways to use alias analysis results.  In order of
430 preference, these are:
432 Using the ``MemoryDependenceAnalysis`` Pass
433 -------------------------------------------
435 The ``memdep`` pass uses alias analysis to provide high-level dependence
436 information about memory-using instructions.  This will tell you which store
437 feeds into a load, for example.  It uses caching and other techniques to be
438 efficient, and is used by Dead Store Elimination, GVN, and memcpy optimizations.
440 .. _AliasSetTracker:
442 Using the ``AliasSetTracker`` class
443 -----------------------------------
445 Many transformations need information about alias **sets** that are active in
446 some scope, rather than information about pairwise aliasing.  The
447 `AliasSetTracker <https://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasSetTracker.html>`__
448 class is used to efficiently build these Alias Sets from the pairwise alias
449 analysis information provided by the ``AliasAnalysis`` interface.
451 First you initialize the AliasSetTracker by using the "``add``" methods to add
452 information about various potentially aliasing instructions in the scope you are
453 interested in.  Once all of the alias sets are completed, your pass should
454 simply iterate through the constructed alias sets, using the ``AliasSetTracker``
455 ``begin()``/``end()`` methods.
457 The ``AliasSet``\s formed by the ``AliasSetTracker`` are guaranteed to be
458 disjoint, calculate mod/ref information and volatility for the set, and keep
459 track of whether or not all of the pointers in the set are Must aliases.  The
460 AliasSetTracker also makes sure that sets are properly folded due to call
461 instructions, and can provide a list of pointers in each set.
463 As an example user of this, the `Loop Invariant Code Motion
464 <doxygen/structLICM.html>`_ pass uses ``AliasSetTracker``\s to calculate alias
465 sets for each loop nest.  If an ``AliasSet`` in a loop is not modified, then all
466 load instructions from that set may be hoisted out of the loop.  If any alias
467 sets are stored to **and** are must alias sets, then the stores may be sunk
468 to outside of the loop, promoting the memory location to a register for the
469 duration of the loop nest.  Both of these transformations only apply if the
470 pointer argument is loop-invariant.
472 The AliasSetTracker implementation
473 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
475 The AliasSetTracker class is implemented to be as efficient as possible.  It
476 uses the union-find algorithm to efficiently merge AliasSets when a pointer is
477 inserted into the AliasSetTracker that aliases multiple sets.  The primary data
478 structure is a hash table mapping pointers to the AliasSet they are in.
480 The AliasSetTracker class must maintain a list of all of the LLVM ``Value*``\s
481 that are in each AliasSet.  Since the hash table already has entries for each
482 LLVM ``Value*`` of interest, the AliasesSets thread the linked list through
483 these hash-table nodes to avoid having to allocate memory unnecessarily, and to
484 make merging alias sets extremely efficient (the linked list merge is constant
485 time).
487 You shouldn't need to understand these details if you are just a client of the
488 AliasSetTracker, but if you look at the code, hopefully this brief description
489 will help make sense of why things are designed the way they are.
491 Using the ``AliasAnalysis`` interface directly
492 ----------------------------------------------
494 If neither of these utility class are what your pass needs, you should use the
495 interfaces exposed by the ``AliasAnalysis`` class directly.  Try to use the
496 higher-level methods when possible (e.g., use mod/ref information instead of the
497 `alias`_ method directly if possible) to get the best precision and efficiency.
499 Existing alias analysis implementations and clients
500 ===================================================
502 If you're going to be working with the LLVM alias analysis infrastructure, you
503 should know what clients and implementations of alias analysis are available.
504 In particular, if you are implementing an alias analysis, you should be aware of
505 the `the clients`_ that are useful for monitoring and evaluating different
506 implementations.
508 .. _various alias analysis implementations:
510 Available ``AliasAnalysis`` implementations
511 -------------------------------------------
513 This section lists the various implementations of the ``AliasAnalysis``
514 interface. All of these :ref:`chain <aliasanalysis-chaining>` to other
515 alias analysis implementations.
517 The ``-basic-aa`` pass
518 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
520 The ``-basic-aa`` pass is an aggressive local analysis that *knows* many
521 important facts:
523 * Distinct globals, stack allocations, and heap allocations can never alias.
524 * Globals, stack allocations, and heap allocations never alias the null pointer.
525 * Different fields of a structure do not alias.
526 * Indexes into arrays with statically differing subscripts cannot alias.
527 * Many common standard C library functions `never access memory or only read
528   memory`_.
529 * Pointers that obviously point to constant globals "``pointToConstantMemory``".
530 * Function calls can not modify or references stack allocations if they never
531   escape from the function that allocates them (a common case for automatic
532   arrays).
534 The ``-globalsmodref-aa`` pass
535 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
537 This pass implements a simple context-sensitive mod/ref and alias analysis for
538 internal global variables that don't "have their address taken".  If a global
539 does not have its address taken, the pass knows that no pointers alias the
540 global.  This pass also keeps track of functions that it knows never access
541 memory or never read memory.  This allows certain optimizations (e.g. GVN) to
542 eliminate call instructions entirely.
544 The real power of this pass is that it provides context-sensitive mod/ref
545 information for call instructions.  This allows the optimizer to know that calls
546 to a function do not clobber or read the value of the global, allowing loads and
547 stores to be eliminated.
549 .. note::
551   This pass is somewhat limited in its scope (only support non-address taken
552   globals), but is very quick analysis.
554 The ``-steens-aa`` pass
555 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
557 The ``-steens-aa`` pass implements a variation on the well-known "Steensgaard's
558 algorithm" for interprocedural alias analysis.  Steensgaard's algorithm is a
559 unification-based, flow-insensitive, context-insensitive, and field-insensitive
560 alias analysis that is also very scalable (effectively linear time).
562 The LLVM ``-steens-aa`` pass implements a "speculatively field-**sensitive**"
563 version of Steensgaard's algorithm using the Data Structure Analysis framework.
564 This gives it substantially more precision than the standard algorithm while
565 maintaining excellent analysis scalability.
567 .. note::
569   ``-steens-aa`` is available in the optional "poolalloc" module. It is not part
570   of the LLVM core.
572 The ``-ds-aa`` pass
573 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
575 The ``-ds-aa`` pass implements the full Data Structure Analysis algorithm.  Data
576 Structure Analysis is a modular unification-based, flow-insensitive,
577 context-**sensitive**, and speculatively field-**sensitive** alias
578 analysis that is also quite scalable, usually at ``O(n * log(n))``.
580 This algorithm is capable of responding to a full variety of alias analysis
581 queries, and can provide context-sensitive mod/ref information as well.  The
582 only major facility not implemented so far is support for must-alias
583 information.
585 .. note::
587   ``-ds-aa`` is available in the optional "poolalloc" module. It is not part of
588   the LLVM core.
590 The ``-scev-aa`` pass
591 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
593 The ``-scev-aa`` pass implements AliasAnalysis queries by translating them into
594 ScalarEvolution queries. This gives it a more complete understanding of
595 ``getelementptr`` instructions and loop induction variables than other alias
596 analyses have.
598 Alias analysis driven transformations
599 -------------------------------------
601 LLVM includes several alias-analysis driven transformations which can be used
602 with any of the implementations above.
604 The ``-adce`` pass
605 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
607 The ``-adce`` pass, which implements Aggressive Dead Code Elimination uses the
608 ``AliasAnalysis`` interface to delete calls to functions that do not have
609 side-effects and are not used.
611 The ``-licm`` pass
612 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
614 The ``-licm`` pass implements various Loop Invariant Code Motion related
615 transformations.  It uses the ``AliasAnalysis`` interface for several different
616 transformations:
618 * It uses mod/ref information to hoist or sink load instructions out of loops if
619   there are no instructions in the loop that modifies the memory loaded.
621 * It uses mod/ref information to hoist function calls out of loops that do not
622   write to memory and are loop-invariant.
624 * It uses alias information to promote memory objects that are loaded and stored
625   to in loops to live in a register instead.  It can do this if there are no may
626   aliases to the loaded/stored memory location.
628 The ``-argpromotion`` pass
629 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
631 The ``-argpromotion`` pass promotes by-reference arguments to be passed in
632 by-value instead.  In particular, if pointer arguments are only loaded from it
633 passes in the value loaded instead of the address to the function.  This pass
634 uses alias information to make sure that the value loaded from the argument
635 pointer is not modified between the entry of the function and any load of the
636 pointer.
638 The ``-gvn``, ``-memcpyopt``, and ``-dse`` passes
639 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
641 These passes use AliasAnalysis information to reason about loads and stores.
643 .. _the clients:
645 Clients for debugging and evaluation of implementations
646 -------------------------------------------------------
648 These passes are useful for evaluating the various alias analysis
649 implementations.  You can use them with commands like:
651 .. code-block:: bash
653   % opt -ds-aa -aa-eval foo.bc -disable-output -stats
655 The ``-print-alias-sets`` pass
656 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
658 The ``-print-alias-sets`` pass is exposed as part of the ``opt`` tool to print
659 out the Alias Sets formed by the `AliasSetTracker`_ class.  This is useful if
660 you're using the ``AliasSetTracker`` class.  To use it, use something like:
662 .. code-block:: bash
664   % opt -ds-aa -print-alias-sets -disable-output
666 The ``-aa-eval`` pass
667 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
669 The ``-aa-eval`` pass simply iterates through all pairs of pointers in a
670 function and asks an alias analysis whether or not the pointers alias.  This
671 gives an indication of the precision of the alias analysis.  Statistics are
672 printed indicating the percent of no/may/must aliases found (a more precise
673 algorithm will have a lower number of may aliases).
675 Memory Dependence Analysis
676 ==========================
678 .. note::
680   We are currently in the process of migrating things from
681   ``MemoryDependenceAnalysis`` to :doc:`MemorySSA`. Please try to use
682   that instead.
684 If you're just looking to be a client of alias analysis information, consider
685 using the Memory Dependence Analysis interface instead.  MemDep is a lazy,
686 caching layer on top of alias analysis that is able to answer the question of
687 what preceding memory operations a given instruction depends on, either at an
688 intra- or inter-block level.  Because of its laziness and caching policy, using
689 MemDep can be a significant performance win over accessing alias analysis
690 directly.