dsa算法（6）

1.3.3. LocalDataStructures遍

LocalDataStructures派生自DataStructures。该Pass为程序中的所有函数计算局部数据结构图。Chris Latter论文中给出的局部分析的伪代码算法（具体算法请参考Chris的论文）。不过，DSA的实现实际已经大大突破了论文中的定义。

 

1442  bool LocalDataStructures::runOnModule(Module&M) {

1443    init(&getAnalysis<DataLayout>());

1444    addrAnalysis =&getAnalysis<AddressTakenAnalysis>();

1445 

1446    // First step,build the globals graph.

1447    {

1448      GraphBuilder GGB(*GlobalsGraph);

1449 

1450      // Addinitializers for all of the globals to the globals graph.

1451      for(Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();

1452           I != E; ++I)

1453        if (!(I->hasSection() &&I->getSection() == "llvm.metadata")) {

1454          if (I->isDeclaration())

1455            GGB.mergeExternalGlobal(I);

1456          else

1457            GGB.mergeInGlobalInitializer(I);

1458        }

 

1443行调用的是DataStructures::init，它为全局对象（包括函数）构建了一个DSGraph实例（1448行的GlobalsGraph）。1444行获取这个Pass所依赖的AddressTakenAnalysis对象（它是全局唯一的）。1448行的GraphBuilder是数据结构图（datastructure graph）的构造器，它继承自InstVisitor<GraphBuilder>。InstVisitor是各种指令访问者（instructionvistor）的基类。显然，GraphBuilder是一个指令访问者。指令访问者的好处是：使用它，你无需使用大量的转换或者巨大的switch语句块来对不同类型的指令执行不同的操作，但你必须重载必要的的visitXXX方法。

 

210        explicit GraphBuilder(DSGraph& g)

211          :G(g), FB(0), TD(g.getDataLayout()),VAArray(0)

212        {}

 

在llvm IR中一个对象是否是声明由下面的方法来判断。这是一个简单实用的方法。

 

66      bool GlobalValue::isDeclaration() const {

67        // Globals aredefinitions if they have an initializer.

68        if (constGlobalVariable *GV = dyn_cast<GlobalVariable>(this))

69          returnGV->getNumOperands() == 0;

70     

71        // Functions aredefinitions if they have a body.

72        if (constFunction *F = dyn_cast<Function>(this))

73          returnF->empty();

74     

75        // Aliases arealways definitions.

76        assert(isa<GlobalAlias>(this));

77        return false;

78      }

 

对于声明，比如全局对象的初始值，我们不掌握其细节，通过下面的方法来处理。

1.3.3.1. 全局对象声明的处理

在LocalDataStructures::runOnModule的1453行，getSection方法给出这个全局对象注入的节，在llvm文件中，节“llvm.metadata”用于保存调试信息。放入这个节的都是调试数据。如果不是调试数据，对这些全局对象声明调用下面的方法：

 

1390  void GraphBuilder::mergeExternalGlobal(GlobalVariable*GV) {

1391    // Get a nodehandle to the global node and merge the initializer into it.

1392    DSNodeHandle NH = getValueDest(GV);

1393  }

 

方法getValueDest返回图中代表实际值的DSNode（封装在DSNodeHandle中）。我们已经知道，DSNodeHandle相当于指向对应DSNode的指针，它的实例由一个DSNode与一个偏移量组成。DSNode则表示一个指定大小的内存对象，显然DSNodeHandle的实例表示对这个对象的一次援引。

 

249    DSNodeHandle GraphBuilder::getValueDest(Value* V) {

250      if (isa<Constant>(V) &&cast<Constant>(V)->isNullValue())

251        return0;  // Nulldoesn't point to anything, don't add to ScalarMap!

252   

253      DSNodeHandle &NH = G.getNodeForValue(V);

254      if (!NH.isNull())

255        returnNH;     //Already have a node?  Just return it...

256   

257      // Otherwise weneed to create a new node to point to.

258      // Check first forconstant expressions that must be traversed to

259      // extract theactual value.

260      DSNode* N;

261      if (Function * F = dyn_cast<Function >(V)) {

262        // Create a newglobal node for this function.

263        N = createNode();

264        N->addFunction(F);

265        if (F->isDeclaration())

266          N->setExternFuncMarker();

267      } else if (GlobalValue * GV =dyn_cast<GlobalValue > (V)) {

268        // Create a newglobal node for this global variable.

269        N = createNode();

270        N->addGobal(GV);

271        if (GV->isDeclaration())

272          N->setExternGlobalMarker();

 

注意253行的getNodeForValue，如果V还未加入G的ScalarMap，它把V插入，与一个缺省构造的DSNodeHandle关联，并返回这个DSNodeHandle。此时，满足254行条件。如果这个指定的内存对象尚未产生，GraphBuilder的createNode方法就在DSGraph中创建一个DSNode，下面92行的G就是GraphBuilder中保存的DSGraph对象。

 

90          DSNode *createNode()

91          {  

92            DSNode* ret = new DSNode(&G);

93            assert(ret->getParentGraph()&& "No parent?");

94            returnret;

95          }

 

264行的addFunction主要是调用addGlobal方法。每个函数都有一个对应的DSGraph，每个图分配有一个DSScalarMap实例记录该函数中的全局对象。

 

208    void DSNode::addGlobal(const GlobalValue *GV) {

209      // First, check tomake sure this is the leader if the global is in an

210      // equivalenceclass.

211      GV = getParentGraph()->getScalarMap().getLeaderForGlobal(GV);

212   

213      Globals.insert(GV);

214      setGlobalMarker();

215    }

 

DSScalarMap中的GlobalECs是保存同类（在离散数学里，同类被定义为满足自反、传递及对称的关系）的集合。一个同类关系被组织为一个链表（ECValue实例），其中一个称为领导者（Leader）的对象作为该同类的代表。因此，getLeaderForGlobal返回同类集的Leader，如果存在的话，否则就是GV本身。

 

65        constGlobalValue *getLeaderForGlobal(const GlobalValue *GV) const{

66          EquivalenceClasses<const GlobalValue*>::iterator ECI =GlobalECs.findValue(GV);

67          if (ECI == GlobalECs.end()) return GV;

68          return*GlobalECs.findLeader(ECI);

69        }

 

GraphBuilder::getValueDest余下的部分，除了UndefValue（293~295行），其它的处理对象都是定义。最后，DSNode与DSNodeHandle必须绑定，这由在getValueDest 327行的setTo完成（代码在下面显示）。

1.3.3.2. 全局对象定义的处理

全局对象的定义的处理则稍微复杂一些，因为对于变量这涉及确认内存的大小及初始值的优化处理。在LocalDataStructures::runOnModule的1457行，调用下面的函数。

 

1359  void GraphBuilder::mergeInGlobalInitializer(GlobalVariable*GV) {

1360    // Ensure that theglobal variable is not external

1361    assert(!GV->isDeclaration()&& "Cannot merge in external global!");

1362 

1363    //

1364    // Get a nodehandle to the global node and merge the initializer into it.

1365    //

1366    DSNodeHandle NH = getValueDest(GV);

1367 

1368    //

1369    // Ensure that theDSNode is large enough to hold the new constant that we'll

1370    // be adding to it.

1371    //

1372    Type * ElementType =GV->getType()->getElementType();

1373    while(ArrayType*ATy = dyn_cast<ArrayType>(ElementType)) {

1374      ElementType = ATy->getElementType();

1375    }

1376   if(!NH.getNode()->isNodeCompletelyFolded()) {

1377      unsigned requiredSize =TD.getTypeAllocSize(ElementType) + NH.getOffset();

1378      if (NH.getNode()->getSize() <requiredSize){

1379        NH.getNode()->growSize (requiredSize);

1380      }

1381    }

1382 

1383    //

1384    // Do the actualmerging in of the constant initializer.

1385    //

1386    MergeConstantInitIntoNode(NH,GV->getType()->getElementType(), GV->getInitializer());

1387 

1388  }

 

同样，首先通过GraphBuilder::getValueDest，为这些定义产生对应的DSNode。

1.3.3.2.1. 变量及函数定义的DSNode

为变量及函数定义产生DSNode的过程与声明基本类似，除了定义使用的DSNode不需要记上外部标记。

1.3.3.2.2. 常量的DSNode

1.3.3.2.2.1. ConstantExpr

LlvmIR中的常量类型的公共基类就是Constant，它也是Value的派生类。下面274行的ConstantExpr表示一个使用常量值的表达式，它通常由一个操作符及两个常量组成。275行的isCast方法检测这个表达式是否是一个转换，llvm IR定义了如下的转换（通过源文件instruction.def及系列的宏）：截断、0扩展、符号扩展、浮点到无符号整数、浮点到有符号整数、无符号整数到浮点、有符号整数到浮点、浮点截断为整数、浮点控制为整数、指针到整数、整数到指针、无需操作的转换。显然，转换可视为一个一元操作符，如果被转换常量是一个指针类型，使用getVlueDest处理，也同样会通过createNode创建一个新节点，不过没有Unknown标记。

 

GraphBuilder::getValueDest（续）

 

273      } else if (Constant *C =dyn_cast<Constant>(V)) {

274        if (ConstantExpr *CE =dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {

275         if (CE->isCast()) {

276            if(isa<PointerType>(CE->getOperand(0)->getType()))

277              NH = getValueDest(CE->getOperand(0));

278            else

279              NH = createNode()->setUnknownMarker();

280          } else if (CE->getOpcode() ==Instruction::GetElementPtr) {

281            visitGetElementPtrInst(*CE);

282            assert(G.hasNodeForValue(CE)&& "GEP didn't get processed right?");

283            NH = G.getNodeForValue(CE);

284          } else {

285            // Thisreturns a conservative unknown node for any unhandled ConstExpr

286            NH = createNode()->setUnknownMarker();

287          }

288          if (NH.isNull()) {  // (getelementptrnull, X) returns null

289            G.eraseNodeForValue(V);

290            return0;

291          }

292          returnNH;

 

注意，对ConstantExpr的处理在292行退出getValueDest函数。