LLVM AliasAnalysis别名分析 TBAA TypeBasedAliasAnalysis

一、什么是别名分析

Alias Analysis (又名 Pointer Analysis)是用于确定两个指针是否指向内存中的同一对象，这里有很多不同的别名分析算法，分为几种类型：流敏感vs流非敏感、上下文敏感vs上下文非敏感、域敏感vs域非敏感、基于一致性的vs基于子集的。传统的别名分析用于回答must、may、no的问题，也即两个指针总是指向同一对象，可能指向同一对象以及绝不会指向同一对象。(SSA—静态单一赋值，将同一变量名用多个名表示，被赋值的变量名不会重复，便于寻找变量的产生与使用点)。 

二、别名分析有什么用

有这样一个例子：

int foo (int __attribute__((address_space(0)))* a,
         int __attribute__((address_space(1)))* b) {
    *a = 42;
    *b = 20;
    return *a;
}

__attribute__ 指示符指定 a 是一个i32*的地址，b 是一个i32 addrspace(1)*的地址，生成ir如下：

define i32 @foo(i32* nocapture %0, i32 addrspace(1)* nocapture %1) local_unnamed_addr #0 {
  store i32 42, i32* %0, align 4, !tbaa !10
  store i32 20, i32 addrspace(1)* %1, align 4, !tbaa !10
  %3 = load i32, i32* %0, align 4, !tbaa !10
  ret i32 %3
}

我们先忽略指令后边的!tbaa这个metadata信息，这个之后会讲到。这个是clang在O2的场景下生成的IR。现在需要对于函数foo进行进一步的优化，去掉不必要的load：

define i32 @foo(i32* nocapture %0, i32 addrspace(1)* nocapture %1) local_unnamed_addr #0 {
  store i32 42, i32* %0, align 4, !tbaa !10
  store i32 20, i32 addrspace(1)* %1, align 4, !tbaa !10
  ret i32 42
}

但是这个优化有一个前提，就是a和b不能别名，不然可能会有错误：

int i = 0;
int result = foo(&i, &i);