[midend-CallGraph]增加调用图分析遍

src/include/midend/Pass/Analysis/CallGraphAnalysis.h

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+#pragma once
+
+#include "IR.h"
+#include "Pass.h"
+#include <map>
+#include <set>
+#include <vector>
+#include <memory>
+#include <algorithm>
+#include <unordered_set>
+
+namespace sysy {
+
+// 前向声明
+class CallGraphAnalysisResult;
+
+/**
+ * @brief 调用图节点信息
+ * 存储单个函数在调用图中的信息
+ */
+struct CallGraphNode {
+    Function* function;                    // 关联的函数
+    std::set<Function*> callers;           // 调用此函数的函数集合
+    std::set<Function*> callees;           // 此函数调用的函数集合
+    
+    // 递归信息
+    bool isRecursive;                      // 是否参与递归调用
+    bool isSelfRecursive;                  // 是否自递归
+    int recursiveDepth;                    // 递归深度(-1表示无限递归)
+    
+    // 调用统计
+    size_t totalCallers;                   // 调用者总数
+    size_t totalCallees;                   // 被调用函数总数
+    size_t callSiteCount;                  // 调用点总数
+    
+    CallGraphNode(Function* f) : function(f), isRecursive(false), 
+        isSelfRecursive(false), recursiveDepth(0), totalCallers(0), 
+        totalCallees(0), callSiteCount(0) {}
+};
+
+/**
+ * @brief 调用图分析结果类
+ * 包含整个模块的调用图信息和查询接口
+ */
+class CallGraphAnalysisResult : public AnalysisResultBase {
+public:
+    CallGraphAnalysisResult(Module* M) : AssociatedModule(M) {}
+    ~CallGraphAnalysisResult() override = default;
+
+    // ========== 基础查询接口 ==========
+    
+    /**
+     * 获取函数的调用图节点
+     */
+    const CallGraphNode* getNode(Function* F) const {
+        auto it = nodes.find(F);
+        return (it != nodes.end()) ? it->second.get() : nullptr;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取函数的调用图节点（非const版本）
+     */
+    CallGraphNode* getMutableNode(Function* F) {
+        auto it = nodes.find(F);
+        return (it != nodes.end()) ? it->second.get() : nullptr;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取所有函数节点
+     */
+    const std::map<Function*, std::unique_ptr<CallGraphNode>>& getAllNodes() const {
+        return nodes;
+    }
+    
+    /**
+     * 检查函数是否存在于调用图中
+     */
+    bool hasFunction(Function* F) const {
+        return nodes.find(F) != nodes.end();
+    }
+
+    // ========== 调用关系查询 ==========
+    
+    /**
+     * 检查是否存在从caller到callee的调用
+     */
+    bool hasCallEdge(Function* caller, Function* callee) const {
+        auto node = getNode(caller);
+        return node && node->callees.count(callee) > 0;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取函数的所有调用者
+     */
+    std::vector<Function*> getCallers(Function* F) const {
+        auto node = getNode(F);
+        if (!node) return {};
+        return std::vector<Function*>(node->callers.begin(), node->callers.end());
+    }
+    
+    /**
+     * 获取函数的所有被调用函数
+     */
+    std::vector<Function*> getCallees(Function* F) const {
+        auto node = getNode(F);
+        if (!node) return {};
+        return std::vector<Function*>(node->callees.begin(), node->callees.end());
+    }
+
+    // ========== 递归分析查询 ==========
+    
+    /**
+     * 检查函数是否参与递归调用
+     */
+    bool isRecursive(Function* F) const {
+        auto node = getNode(F);
+        return node && node->isRecursive;
+    }
+    
+    /**
+     * 检查函数是否自递归
+     */
+    bool isSelfRecursive(Function* F) const {
+        auto node = getNode(F);
+        return node && node->isSelfRecursive;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取递归深度
+     */
+    int getRecursiveDepth(Function* F) const {
+        auto node = getNode(F);
+        return node ? node->recursiveDepth : 0;
+    }
+
+    // ========== 拓扑排序和SCC ==========
+    
+    /**
+     * 获取函数的拓扑排序结果
+     * 保证被调用函数在调用函数之前
+     */
+    const std::vector<Function*>& getTopologicalOrder() const {
+        return topologicalOrder;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取强连通分量列表
+     * 每个SCC表示一个递归函数群
+     */
+    const std::vector<std::vector<Function*>>& getStronglyConnectedComponents() const {
+        return sccs;
+    }
+    
+    /**
+     * 获取函数所在的SCC索引
+     */
+    int getSCCIndex(Function* F) const {
+        auto it = functionToSCC.find(F);
+        return (it != functionToSCC.end()) ? it->second : -1;
+    }
+
+    // ========== 统计信息 ==========
+    
+    struct Statistics {
+        size_t totalFunctions;
+        size_t totalCallEdges;
+        size_t recursiveFunctions;
+        size_t selfRecursiveFunctions;
+        size_t stronglyConnectedComponents;
+        size_t maxSCCSize;
+        double avgCallersPerFunction;
+        double avgCalleesPerFunction;
+    };
+    
+    Statistics getStatistics() const;
+    
+    /**
+     * 打印调用图分析结果
+     */
+    void print() const;
+
+    // ========== 内部构建接口 ==========
+    
+    void addNode(Function* F);
+    void addCallEdge(Function* caller, Function* callee);
+    void computeTopologicalOrder();
+    void computeStronglyConnectedComponents();
+    void analyzeRecursion();
+
+private:
+    Module* AssociatedModule;                                      // 关联的模块
+    std::map<Function*, std::unique_ptr<CallGraphNode>> nodes;     // 调用图节点
+    std::vector<Function*> topologicalOrder;                      // 拓扑排序结果
+    std::vector<std::vector<Function*>> sccs;                     // 强连通分量
+    std::map<Function*, int> functionToSCC;                       // 函数到SCC的映射
+    
+    // 内部辅助方法
+    void dfsTopological(Function* F, std::unordered_set<Function*>& visited, 
+                       std::vector<Function*>& result);
+    void tarjanSCC();
+    void tarjanDFS(Function* F, int& index, std::vector<int>& indices, 
+                  std::vector<int>& lowlinks, std::vector<Function*>& stack, 
+                  std::unordered_set<Function*>& onStack);
+};
+
+/**
+ * @brief SysY调用图分析Pass
+ * Module级别的分析Pass，构建整个模块的函数调用图
+ */
+class CallGraphAnalysisPass : public AnalysisPass {
+public:
+    // 唯一的 Pass ID
+    static void* ID;
+
+    CallGraphAnalysisPass() : AnalysisPass("CallGraphAnalysis", Pass::Granularity::Module) {}
+
+    // 实现 getPassID
+    void* getPassID() const override { return &ID; }
+
+    // 核心运行方法
+    bool runOnModule(Module* M, AnalysisManager& AM) override;
+
+    // 获取分析结果
+    std::unique_ptr<AnalysisResultBase> getResult() override { return std::move(CurrentResult); }
+
+private:
+    std::unique_ptr<CallGraphAnalysisResult> CurrentResult;  // 当前模块的分析结果
+    
+    // ========== 主要分析流程 ==========
+    
+    void buildCallGraph(Module* M);                          // 构建调用图
+    void scanFunctionCalls(Function* F);                     // 扫描函数的调用
+    void processCallInstruction(CallInst* call, Function* caller);  // 处理调用指令
+    
+    // ========== 辅助方法 ==========
+    
+    bool isLibraryFunction(Function* F) const;               // 判断是否为标准库函数
+    bool isIntrinsicFunction(Function* F) const;             // 判断是否为内置函数
+    void printStatistics() const;                            // 打印统计信息
+};
+
+} // namespace sysy