Add OpenScop support
[cloog.git] / doc / cloog.texi
blob4dd2f7aad86f56ca99e6c3fc606b1ef4c1518911
1 \input texinfo
2 @c %
3 @c %  /**-----------------------------------------------------------------**
4 @c %   **                              CLooG                              **
5 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
6 @c %   **                            cloog.texi                           **
7 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
8 @c %   **                   First version: july 6th 2002                  **
9 @c %   **-----------------------------------------------------------------**/
10 @c %
11 @c % release 1.0: September 17th 2002
12 @c % release 1.1: December   5th 2002
13 @c % release 1.2: April     22th 2003
14 @c % release 2.0: November  21th 2005 (and now in texinfo instead of LaTeX)
15 @c % release 2.1: October   15th 2007
16 @c %
17 @c %/**************************************************************************
18 @c % *               CLooG : the Chunky Loop Generator (experimental)         *
19 @c % **************************************************************************/
20 @c %/* CAUTION: the English used is probably the worst you ever read, please
21 @c % *          feel free to correct and improve it !
22 @c % */
24 @c %\textit{"I found the ultimate transformation functions, optimization for
25 @c %static control programs is now a closed problem, I have \textnormal{just}
26 @c %to generate the target code !"} 
30 @c % /*************************************************************************
31 @c %  *                              PART I: HEADER                           *
32 @c %  *************************************************************************/
33 @c %**start of header
34 @setfilename cloog.info
35 @settitle CLooG - a loop generator for scanning polyhedra
37 @set EDITION 2.1
38 @include gitversion.texi
39 @set UPDATED October 15th 2007
40 @setchapternewpage odd
42 @c %**end of header
44 @c % /*************************************************************************
45 @c %  *                 PART II: SUMMARY DESCRIPTION AND COPYRIGHT            *
46 @c %  *************************************************************************/
48 @copying
49 This manual is for CLooG version @value{VERSION}, a software
50 which generates loops for scanning Z-polyhedra. That is, CLooG produces a
51 code visiting each integral point of a union of parametrized
52 polyhedra. CLooG is designed to avoid control overhead and to produce a very
53 efficient code.
55 It would be quite kind to refer the following paper in any publication that
56 results from the use of the CLooG software or its library:
58 @example
59 @@InProceedings@{Bas04,
60 @ @ author =@ @ @ @ @{C. Bastoul@},
61 @ @ title =@ @ @ @ @ @{Code Generation in the Polyhedral Model
62 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Is Easier Than You Think@},
63 @ @ booktitle = @{PACT'13 IEEE International Conference on
64 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Parallel Architecture and Compilation Techniques@},
65 @ @ year =@ @ @ @ @ @ 2004,
66 @ @ pages =@ @ @ @ @ @{7--16@},
67 @ @ month =@ @ @ @ @ @{september@},
68 @ @ address =@ @ @ @{Juan-les-Pins@}
70 @end example
72 Copyright @copyright{} 2002-2005 C@'edric Bastoul.
74 @c quotation
75 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under
76 the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 
77 published by the Free Software Foundation. To receive a copy of the
78 GNU Free Documentation License, write to the Free Software Foundation, Inc.,
79 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA.
80 @c end quotation
81 @end copying
83 @c % /*************************************************************************
84 @c %  *                 PART III: TITLEPAGE, CONTENTS, COPYRIGHT              *
85 @c %  *************************************************************************/
86 @titlepage
87 @title CLooG
88 @subtitle A Loop Generator For Scanning Polyhedra
89 @subtitle Edition @value{EDITION}, for CLooG @value{VERSION}
90 @subtitle @value{UPDATED}
91 @author C@'edric Bastoul
92      
93 @c The following two commands start the copyright page.
94 @page
95 @noindent (September 2001)
96 @table @code
97 @item C@'edric Bastoul
98 SCHEDULES GENERATE !!! I just need to apply them now, where can I find
99 a good code generator ?!
100      
101 @item Paul Feautrier
102 Hmmm. I fear that if you want something powerful enough, you'll have to
103 write it yourself !
104 @end table
106 @vskip 0pt plus 1filll
107 @insertcopying
108 @end titlepage
109      
110 @c Output the table of contents at the beginning.
111 @contents
113 @c % /*************************************************************************
114 @c %  *                     PART IV: TOP NODE AND MASTER MENU                 *
115 @c %  *************************************************************************/
116 @ifnottex
117 @node Top
118 @top CLooG
119      
120 @insertcopying
121 @end ifnottex
123 @menu
124 * Introduction::
125 * CLooG Software::
126 * CLooG Library::
127 @c * Hacking::
128 * Installing::
129 * Documentation::
130 * References::
131 @end menu
135 @c % /*************************************************************************
136 @c %  *                       PART V: BODY OF THE DOCUMENT                    *
137 @c %  *************************************************************************/
139 @c %  ****************************** INTRODUCTION ******************************
140 @node Introduction
141 @chapter Introduction
142 CLooG is a free software and library generating loops for scanning Z-polyhedra.
143 That is, it finds a code (e.g. in C, FORTRAN...) that reaches each integral
144 point of one or more parameterized polyhedra. CLooG has been originally
145 written to solve the code generation problem for optimizing compilers based on
146 the polytope model. Nevertheless it is used now in various area, e.g., to build
147 control automata for high-level synthesis or to find the best polynomial
148 approximation of a function. CLooG may help in any situation where scanning
149 polyhedra matters. It uses the best state-of-the-art code generation
150 algorithm known as the Quiller@'e et al. algorithm (@pxref{Qui00})
151 with our own improvements and extensions (@pxref{Bas04}).
152 The user has full control on generated code quality.
153 On one hand, generated code size has to be tuned for sake of
154 readability or instruction cache use. On the other hand, we must ensure that
155 a bad control management does not hamper performance of the generated code,
156 for instance by producing redundant guards or complex loop bounds.
157 CLooG is specially designed to avoid control overhead and to produce a very
158 efficient code.
160 CLooG stands for @emph{Chunky Loop Generator}: it is a part of the Chunky
161 project, a research tool for data locality improvement (@pxref{Bas03a}).
162 It is designed
163 also to be the back-end of automatic parallelizers like LooPo (@pxref{Gri04}).
164 Thus it is very
165 compilable code oriented and provides powerful program transformation
166 facilities. Mainly, it allows the user to specify very general schedules where, 
167 e.g., unimodularity or invertibility of the transformation doesn't matter.
169 The current version is still under
170 evaluation, and there is no guarantee that the upward compatibility
171 will be respected (but the previous API has been stable for two years,
172 we hope this one will be as successful -and we believe it-).
173 A lot of reports are necessary to freeze the library
174 API and the input file shape. Most API changes from 0.12.x to 0.14.x
175 have been requested by the users themselves.
176 Thus you are very welcome and encouraged
177 to post reports on bugs, wishes, critics, comments, suggestions or
178 successful experiences in the forum of @code{http://www.CLooG.org}
179 or to send them to cedric.bastoul@@inria.fr directly.
181 @menu
182 * Basics::
183 * Scattering::
184 @end menu
186 @node Basics
187 @section Basically, what's the point ?
188 If you want to use CLooG, this is because you want to scan or to find
189 something inside the integral points of a set of polyhedra. There are many
190 reasons for that. Maybe you need the generated code itself because it
191 actually implements a very smart program transformation you found.
192 Maybe you want to use the generated code
193 because you know that the solution of your problem belongs to the integral
194 points of those damned polyhedra and you don't know which one. Maybe you just
195 want to know if a polyhedron has integral points depending on some parameters,
196 which is the lexicographic minimum, maximum, the third on the basis of the
197 left etc. Probably you have your own reasons to use CLooG.
199 Let us illustrate a basic use of CLooG. Suppose we have a set of affine
200 constraints that describes a part of a whatever-dimensional space,
201 called a @strong{domain}, and we
202 want to scan it. Let us consider for instance the following set of constraints
203 where @samp{i}
204 and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space) and
205 @samp{m} and @samp{n} are the parameters (some symbolic constants):
206 @example
207 @group
208 2<=i<=n
209 2<=j<=m
210 j<=n+2-i
211 @end group
212 @end example
213 Let us also consider that we have a partial knowledge of the parameter values,
214 called the @strong{context}, expressed as affine constraints as well,
215 for instance:
216 @example
217 @group
218 m>=2
219 n>=2
220 @end group
221 @end example
222 Note that using parameters is optional, if you are not comfortable with
223 parameter manipulation, just replace them with any scalar value that fits
224 @code{m>=2} and @code{n>=2}.
225 A graphical representation of this part of the 2-dimensional space, where
226 the integral points are represented using heavy dots would be for instance:
228 @image{images/basic,6cm}
230 The affine constraints of both the domain and the context are what we will
231 provide to CLooG as input (in a particular shape that will be described later).
232 The output of CLooG is a pseudo-code to scan the integral points of the
233 input domain according to the context:
234 @example
235 @group
236 for (i=2;i<=n;i++) @{
237   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
238     S1(i,j) ;
239   @}
241 @end group
242 @end example
243 If you felt such a basic example is yet interesting, there is a good chance
244 that CLooG is appropriate for you. CLooG can do much more: scanning several
245 polyhedra or unions of polyhedra at the same time, applying general affine
246 transformations to the polyhedra, generate compilable code etc. Welcome
247 to the CLooG's user's guide !
249 @node Scattering
250 @section Defining a Scanning Order: Scattering Functions
251 In CLooG, domains only define the set of integral points to scan and their
252 coordinates. In particular, CLooG is free to choose the scanning order for
253 generating the most efficient code. This means, for optimizing/parallelizing
254 compiler people, that CLooG doesn't make any speculation on dependences on and
255 between statements (by the way, it's not its job !).
256 For instance, if an user give to
257 CLooG only two domains @code{S1:1<=i<=n}, @code{S2:1<=i<=n} and the context
258 @code{n>=1}, the following pseudo-codes are considered to be equivalent:
260 @example
261 @group
262 /* A convenient target pseudo-code. */
263 for (i=1;i<=N;i++) @{
264  S1(i) ;
266 for (i=1;i<=N;i++) @{
267  S2(i) ;
269 @end group
270 @end example
272 @example
273 @group
274 /* Another convenient target pseudo-code. */
275 for (i=1;i<=N;i++) @{
276  S1(i) ;
277  S2(i) ;
279 @end group
280 @end example
282 The default behaviour
283 of CLooG is to generate the second one, since it is optimized in control. 
284 It is right if there are no data dependences
285 between @code{S1} and @code{S2}, but wrong otherwise. 
287 Thus it is often useful to force scanning to respect a given order. This can be
288 done in CLooG by using @strong{scattering functions}. Scattering is a
289 shortcut for scheduling, allocation, chunking functions and the like we can
290 find in the restructuring compilation literature. There are a lot of reasons
291 to scatter the integral points of the domains (i.e. the statement instances
292 of a program, for compilation people), parallelization or optimization are good
293 examples. For instance, if the user wants for any reason to set some
294 precedence constraints between the statements of our example above
295 in order to force the generation of the
296 first code, he can do it easily by setting (for example) the following
297 scheduling functions:
299 @tex
300 $$\theta _{S1}(i) =  (1)$$
301 $$\theta _{S2}(j) =  (2)$$
302 @end tex
304 @ifnottex
305 @example
306 @group
307 T_S1(i) = (1)
308 T_S2(j) = (2)
309 @end group
310 @end example
311 @end ifnottex
313 This scattering means that each integral point of the domain @code{S1}
314 is scanned at logical date @code{1} while each integral point of the domain
315 @code{S2} is scanned at logical date @code{2}. As a result, the whole
316 domain @code{S1} is scanned before domain @code{S2} and the first code in our
317 example is generated.
319 The user can set every kind of affine scanning order thanks to the
320 scattering functions. Each domain has its own scattering function and
321 each scattering function may be multi-dimensional. A multi-dimensional logical
322 date may be seen as classical date (year,month,day,hour,minute,etc.) where
323 the first dimensions are the most significant. Each scattering dimension
324 may depend linearly on the original dimensions (e.g., @code{i}), the
325 parameters (e.g., @code{n}) ans scalars (e.g., @code{2}).
327 A very useful example of multi-dimensional scattering functions is, for
328 compilation people, the scheduling of the original program.
329 The basic data to use for code generation are statement iteration domains.
330 As we saw, these data are not sufficient to rebuild the original
331 program (what is the ordering between instances of different statements ?).
332 The missing data can be put in the scattering functions as the original
333 scheduling. The method to compute it is quite simple (@pxref{Fea92}). The idea is to
334 build an abstract syntax tree of the program and to read the scheduling for
335 each statement. For instance, let us consider the following implementation of
336 a Cholesky factorization:
338 @example
339 @group
340 /* A Cholesky factorization kernel. */
341 for (i=1;i<=N;i++) @{
342   for (j=1;j<=i-1;j++) @{
343     a[i][i] -= a[i][j] ;           /* S1 */
344   @}
345   a[i][i] = sqrt(a[i][i]) ;        /* S2 */
346   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
347     for (k=1;k<=i-1;k++) @{
348       a[j][i] -= a[j][k]*a[i][k] ; /* S3 */
349     @}
350     a[j][i] /= a[i][i] ;           /* S4 */
351     @}
352   @}
354 @end group
355 @end example
357 The corresponding abstract syntax tree is given in the following figure.
358 It directly gives the scattering functions (schedules) for all the
359 statements of the program.
361 @image{images/tree,6cm}
363 @tex
365 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (0,i,0,j,0)^T$\cr
366                 \theta _{S2}(i)        &$=  (0,i,1)^T$\cr
367                 \theta _{S3}(i,j,k)^T  &$=  (0,i,2,j,0,k,0)^T$\cr
368                 \theta _{S4}(i,j)^T    &$=  (0,i,2,j,1)^T$}$}
370 @end tex
372 @ifnottex
373 @example
374 @group
375 T_S1(i,j)^T   = (0,i,0,j,0)^T
376 T_S2(i)       = (0,i,1)^T
377 T_S3(i,j,k)^T = (0,i,2,j,0,k,0)^T
378 T_S4(i,j)^T   = (0,i,2,j,1)^T
379 @end group
380 @end example
381 @end ifnottex
383 These schedules depend on the iterators and give for each instance of each
384 statement a unique execution date. Using such scattering functions allow
385 CLooG to re-generate the input code. 
391 @c %  ***********************Using the CLooG Software **************************
392 @node CLooG Software
393 @chapter Using the CLooG Software
396 @menu
397 * A First Example::
398 * Writing The Input File::
399 * Calling CLooG::
400 * CLooG Options::
401 * Full Example::
402 @end menu
404 @c %/*************************************************************************
405 @c % *                              A FIRST EXAMPLE                          *
406 @c % *************************************************************************/
407 @node A First Example
408 @section A First Example
409 CLooG takes as input a file that must be written accordingly to a grammar
410 described in depth in a further section (@pxref{Writing The Input File}). 
411 Moreover it supports many options to tune the target code presentation or
412 quality as discussed in a dedicated section (@pxref{Calling CLooG}).
413 However, a basic use
414 of CLooG is not very complex and we present in this section how to generate the
415 code corresponding to a basic example discussed earlier (@pxref{Basics}).
417 The problem is to find the code that scans a 2-dimensional polyhedron
418 where @samp{i} and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space)
419 and @samp{m} and @samp{n} are the parameters (the symbolic constants),
420 defined by the following set of constraints:
421 @example
422 @group
423 2<=i<=n
424 2<=j<=m
425 j<=n+2-i
426 @end group
427 @end example
428 @noindent We also consider a partial knowledge of the parameter values,
429 expressed thanks to the following affine constraints:
430 @example
431 @group
432 m>=2
433 n>=2
434 @end group
435 @end example
437 An input file that corresponds to this problem, and asks for a generated
438 code in C, may be the following. Note that we do not describe here precisely
439 the structure and the components of this file (@pxref{Writing The Input File}
440  for such information, if you feel it necessary):
442 @example
443 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
444 c # language is C
446 # Context (constraints on two parameters)
447 2 4                   # 2 lines and 4 columns
448 # eq/in m  n  1         eq/in: 1 for inequality >=0, 0 for equality =0
449     1   1  0 -2       # 1*m + 0*n -2*1 >= 0, i.e. m>=2
450     1   0  1 -2       # 0*m + 1*n -2*1 >= 0, i.e. n>=2
452 1 # We want to set manually the parameter names
453 m n                   # parameter names
455 # --------------------- STATEMENTS --------------------
456 1 # Number of statements
458 1 # First statement: one domain
459 # First domain
460 5 6                   # 5 lines and 6 columns
461 # eq/in i  j  m  n  1 
462     1   1  0  0  0 -2 # i >= 2
463     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
464     1   0  1  0  0 -2 # j >= 2
465     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
466     1  -1 -1  0  1  2 # n+2-i>=j
467 0  0  0               # for future options
469 1 # We want to set manually the iterator names
470 i j                   # iterator names
472 # --------------------- SCATTERING --------------------
473 0 # No scattering functions
474 @end example
476 This file may be called @samp{basic.cloog}
477 (this example is provided in the CLooG distribution as
478 @code{test/manual_basic.cloog}) and we can ask CLooG to process it
479 and to generate the code by a simple calling to CLooG with this file as input:
480 @samp{cloog basic.cloog}. By default, CLooG will print the generated code in
481 the standard output:
483 @example
484 @group
485 /* Generated by CLooG v@value{VERSION} in 0.00s. */
486 for (i=2;i<=n;i++) @{
487   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
488     S1(i,j) ;
489   @}
491 @end group
492 @end example
494 @c %/*************************************************************************
495 @c % *                                Input file                             *
496 @c % *************************************************************************/
497 @node Writing The Input File
498 @section Writing The Input File
499 The input text file contains a problem description, i.e. the context,
500 the domains and the scattering functions.
501 Because CLooG is very 'compilable code generation oriented', we can associate
502 some additional informations to each domain. We call this association a
503 @emph{statement}. The set of all informations is 
504 called a @emph{program}. The input file respects the grammar below
505 (terminals are preceded by "_"):
507 @example
508 File             ::= Program
509 Program          ::= Context Statements Scattering
510 Context          ::= Language      Domain_union   Naming
511 Statements       ::= Nb_statements Statement_list Naming
512 Scatterings      ::= Nb_functions  Scattering_list Naming
513 Naming           ::= Option Name_list
514 Name_list        ::= _String   Name_list      | (void)
515 Statement_list   ::= Statement Statement_list | (void)
516 Domain_list      ::= _Domain   Domain_list    | (void)
517 Scattering_list  ::= Domain_union Scattering_list | (void)
518 Statement        ::= Iteration_domain 0 0 0
519 Iteration_domain ::= Domain_union
520 Domain_union     ::= Nb_domains Domain_list
521 Option           ::= 0 | 1
522 Language         ::= c | f
523 Nb_statements    ::= _Integer
524 Nb_domains       ::= _Integer
525 Nb_functions     ::= _Integer
526 @end example
528 Note: if there is only one domain in a @samp{Domain_union},
529 i.e., if @samp{Nb_domains} is 1, then this 1 may be omitted.
531 @itemize @bullet
532 @item  @samp{Context} represents the informations that are
533        shared by all the statements. It consists on
534        the language used (which can be @samp{c} for C or @samp{f} for FORTRAN 90)
535        and the global constraints on parameters.
536        These constraints are essential
537        since they give to CLooG the number of parameters. If there is no
538        parameter or no constraints on parameters, just give a constraint
539        always satisfied like @math{1 \geq 0}. @samp{Naming} sets the parameter
540        names.
541        If the naming option @samp{Option} is 1, parameter names will be read
542        on the next line. There must be exactly as many names as parameters.
543        If the naming option @samp{Option} is 0, parameter names are
544        automatically generated. The name of the first parameter will
545        be @samp{M}, and the name of the @math{(n+1)^{th}} parameter directly
546        follows the name of the @math{n^{th}} parameter in ASCII code.
547        It is the user responsibility to ensure that parameter names,
548        iterators and scattering dimension names are different. 
549 @item  @samp{Statements} represents the informations on the statements.
550        @samp{Nb_statements} is the number of statements in the program, 
551        i.e. the number of @samp{Statement} items in the @samp{Statement_list}.
552        @samp{Statement} represents the informations on a given statement.
553        To each statement is associated a domain
554        (the statement iteration domain: @samp{Iteration_domain}) and three
555        zeroes that represents future options.
556        @samp{Naming} sets the iterator names. If the naming option
557        @samp{Option} is 1, the iterator names
558        will be read on the next line. There must be exactly as many names as
559        nesting level in the deepest iteration domain. If the naming option
560        @samp{Option} is 0, iterator names are automatically generated.
561        The iterator name of the outermost loop will be @samp{i}, and the
562        iterator name of the loop at level @math{n+1} directly follows the 
563        iterator name of the loop at level @math{n} in ASCII code. 
564 @item  @samp{Scatterings} represents the informations on scattering functions.
565        @samp{Nb_functions} is the number of functions (it must be
566        equal to the number of statements or 0 if there is no scattering
567        function). The functions themselves are represented through
568        @samp{Scattering_list}.
569        @samp{Naming} sets the scattering dimension names. If the naming option
570        @samp{Option} is 1, the scattering dimension names will be read on the
571        next line.
572        There must be exactly as many names as scattering dimensions. If the
573        naming option @samp{Option} is 0, scattering dimension names are automatically
574        generated. The name of the @math{n^{th}} scattering dimension
575        will be @samp{cn}.
576 @end itemize
578 @menu
579 * Domain Representation::
580 * Scattering Representation::
581 @end menu
583 @node Domain Representation
584 @subsection Domain Representation
585 As shown by the grammar, the input file describes the various informations
586 thanks to characters, integers and domains. Each domain is defined by a set of
587 constraints in the PolyLib format (@pxref{Wil93}). They have the
588 following syntax:
589 @enumerate
590 @item some optional comment lines beginning with @samp{#},
591 @item the row and column numbers, possibly followed by comments,
592 @item the constraint rows, each row corresponds to a constraint the
593       domain have to satisfy. Each row must be on a single line and is possibly
594       followed by comments. The constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the
595       first element is 0, an inequality  @math{p(x) \geq 0} if the first element
596       is 1. The next elements are the unknown coefficients, followed by
597       the parameter coefficients. The last element is the constant factor.
598 @end enumerate
599 For instance, assuming that @samp{i}, @samp{j} and @samp{k} are iterators and
600 @samp{m} and @samp{n} are parameters, the domain defined by the following
601 constraints :
603 @tex
605 \hbox{$ \cases{ -i     + m &$\geq 0$\cr
606                     -j + n &$\geq 0$\cr
607                  i + j - k &$\geq 0$}$}
609 @end tex
611 @ifnottex
612 @example
613 @group
614    -i + m >= 0
615    -j + n >= 0
616 i + j - k >= 0
617 @end group
618 @end example
619 @end ifnottex
621 @noindent can be written in the input file as follows :
623 @example
624 @group
625 # This is the domain
626 3 7                      # 3 lines and 7 columns
627 # eq/in i  j  k  m  n  1 
628     1  -1  0  0  1  0  0 #    -i + m >= 0
629     1   0 -1  0  0  1  0 #    -j + n >= 0
630     1   1  1 -1  0  0  0 # i + j - k >= 0
631 @end group
632 @end example
634 Each iteration domain @samp{Iteration_domain} of a given statement
635 is a union of polyhedra
636 @samp{Domain_union}. A union is defined by its number of elements
637 @samp{Nb_domains} and the elements themselves @samp{Domain_list}.
638 For instance, let us consider the following pseudo-code:
640 @example
641 @group
642 for (i=1;i<=n;i++) @{
643   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
644     S1 ;
645   for (j=i+1;j<=m;j++)
646     S2 ;
647 @} 
648 @end group
649 @end example
651 @noindent The iteration domain of @samp{S1} can be divided into two
652 polyhedra and written in the input file as follows:
654 @example
655 @group
656 2 # Number of polyhedra in the union
657 # First domain
658 3 5                # 3 lines and 5 columns
659 # eq/in i  m  n  1 
660     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
661     1  -1  0  1  0 #  i <= n
662     1   1 -1  0  0 #  i >= m
663 # Second domain
664 3 5                # 3 lines and 5 columns
665 # eq/in i  m  n  1 
666     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
667     1  -1  0  1  0 #  i <= n
668     1  -1  2  0  0 #  i <= 2*m
669 @end group
670 @end example
672 @node Scattering Representation
673 @subsection Scattering Function Representation
674 Scattering functions are depicted in the input file thanks a representation
675 very close to the domain one.
676 An integer gives the number of functions @samp{Nb_functions} and each function
677 is represented by a domain. Each line of the domain corresponds to an equality
678 defining a dimension of the function. Note that at present
679 (CLooG @value{VERSION})
680 @strong{all functions must have the same scattering dimension number}. If a
681 user wants to set scattering functions with different dimensionality, he has
682 to complete the smaller one with zeroes to reach the maximum dimensionality.
683 For instance, let us consider the following code and
684 scheduling functions:
686 @example
687 @group
688 for (i=1;i<=n;i++) @{
689   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
690     S1 ;
691   for (j=i+1;j<=m;j++)
692     S2 ;
693 @} 
694 @end group
695 @end example
697 @tex
699 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i)      &$=  (i,0)^T$\cr
700                 \theta _{S2}(i,j)^T  &$=  (n,i+j)^T$}$}
702 @end tex
704 @ifnottex
705 @example
706 @group
707 T_S1(i)     = (i,0)^T
708 T_S2(i,j)^T = (n,i+j)^T
709 @end group
710 @end example
711 @end ifnottex
714 @noindent This scheduling can be written in the input file as follows:
716 @example
717 @group
718 2 # Number of scattering functions
719 # First function
720 2 7                          # 2 lines and 7 columns
721 # eq/in c1 c2  i  m  n  1 
722     0    1  0 -1  0  0  0    #  c1 = i
723     0    0  1  0  0  0  0    #  c2 = 0
724 # Second function
725 2 8                          # 2 lines and 8 columns
726 # eq/in c1 c2  i  j  m  n  1 
727     0    1  0  0  0  0 -1  0 #  c1 = n
728     0    0  1 -1 -1  0  0  0 #  c2 = i+j
729 @end group
730 @end example
731 The complete input file for the user who wants to generate the code for this
732 example with the preceding scheduling would be
733 (this file is provided in the CLooG distribution
734 as @code{test/manual_scattering.cloog}:
736 @example
737 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
738 c # language is C
740 # Context (no constraints on two parameters)
741 1 4                   # 1 lines and 4 columns
742 # eq/in m  n  1
743     1   0  0  0       # 0 >= 0, always true
745 1 # We want to set manually the parameter names
746 m n                   # parameter names
748 # --------------------- STATEMENTS --------------------
749 2 # Number of statements
751 2 # First statement: two domains
752 # First domain
753 3 5                   # 3 lines and 5 columns
754 # eq/in i  m  n  1
755     1   1  0  0 -1    # i >= 1
756     1  -1  0  1  0    # i <= n
757     1   1 -1  0  0    # i >= m
758 # Second domain
759 3 5                   # 3 lines and 5 columns
760 # eq/in i  m  n  1 
761     1   1  0  0 -1    # i >= 1
762     1  -1  0  1  0    # i <= n
763     1  -1  2  0  0    # i <= 2*m
764 0  0  0               # for future options
766 1 # Second statement: one domain
767 4 6                   # 4 lines and 6 columns
768 # eq/in i  j  m  n  1 
769     1   1  0  0  0 -1 # i >= 1
770     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
771     1  -1  1  0  0 -1 # j >= i+1
772     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
773 0  0  0               # for future options
775 1 # We want to set manually the iterator names
776 i j                   # iterator names
778 # --------------------- SCATTERING --------------------
779 2 # Scattering functions
780 # First function
781 2 7                   # 2 lines and 7 columns
782 # eq/in p1 p2  i  m  n  1 
783     0    1  0 -1  0  0  0    # p1 = i
784     0    0  1  0  0  0  0    # p2 = 0
785 # Second function
786 2 8                   # 2 lines and 8 columns
787 # eq/in p1 p2  i  j  m  n  1 
788     0    1  0  0  0  0 -1  0 # p1 = n
789     0    0  1 -1 -1  0  0  0 # p2 = i+j
791 1 # We want to set manually the scattering dimension names
792 p1 p2                 # scattering dimension names
793 @end example
796 @c %/*************************************************************************
797 @c % *                             Calling CLooG                             *
798 @c % *************************************************************************/
799 @node Calling CLooG
800 @section Calling CLooG
801 CLooG is called by the following command:
802 @example
803        cloog [ options | file ]
804 @end example
805 The default behavior of CLooG is to read the input informations from a file and
806 to print the generated code or pseudo-code on the standard output.
807 CLooG's behavior and the output code shape is under the user control thanks
808 to many options which are detailed a further section (@pxref{CLooG Options}).
809 @code{file} is the input file. @code{stdin} is a special value: when used,
810 input is standard input. For instance, we can call CLooG to treat the
811 input file @code{basic.cloog} with default options by typing:
812 @code{cloog basic.cloog} or @code{more basic.cloog | cloog stdin}.
814 @c %/*************************************************************************
815 @c % *                             CLooG Options                             *
816 @c % *************************************************************************/
817 @node CLooG Options
818 @section CLooG Options
820 @menu
821 * Last Depth to Optimize Control::
822 * First Depth to Optimize Control::
823 * Simplify Convex Hull::
824 * Once Time Loop Elimination::
825 * Equality Spreading::
826 * First Level for Spreading::
827 * Statement Block::
828 * Loop Strides::
829 * Unrolling::
830 * Compilable Code::
831 * Output::
832 * OpenScop::
833 * Help::
834 * Version ::
835 * Quiet ::
836 @end menu
838 @node Last Depth to Optimize Control
839 @subsection Last Depth to Optimize Control @code{-l <depth>}
841 @code{-l <depth>}: this option sets the last loop depth to be optimized in
842 control. The higher this depth, the less control overhead.
843 For instance, with some input file, a user can generate
844 different pseudo-codes with different @code{depth} values as shown below.
845 @example
846 @group
847 /* Generated using a given input file and @strong{option -l 1} */
848 for (i=0;i<=M;i++) @{
849   S1 ;
850   for (j=0;j<=N;j++) @{
851     S2 ;
852   @}
853   for (j=0;j<=N;j++) @{
854     S3 ;
855   @}
856   S4 ;
858 @end group
859 @end example
860 @example
861 @group
862 /* Generated using the same input file but @strong{option -l 2} */
863 for (i=0;i<=M;i++) @{
864   S1 ;
865   for (j=0;j<=N;j++) @{
866     S2 ;
867     S3 ;
868   @}
869   S4 ;
871 @end group
872 @end example
873      In this example we can see that this option can change the operation
874      execution order between statements. Let us remind that CLooG does not
875      make any speculation on dependences between statements
876      (@pxref{Scattering}). Thus if nothing (i.e. scattering functions)
877      forbids this, CLooG considers the above codes to be equivalent.
878      If there is no scattering functions, the minimum value for @code{depth}
879      is 1 (in the case of 0, the user doesn't really need a loop generator !),
880      and the number of scattering dimensions otherwise (CLooG will warn the
881      user if he doesn't respect such constraint).
882      The maximum value for depth is -1 (infinity).
883      Default value is infinity.
885 @node First Depth to Optimize Control
886 @subsection First Depth to Optimize Control @code{-f <depth>}
888      @code{-f <depth>}: this option sets the first loop depth to be optimized
889      in control. The lower this depth, the less control overhead (and the longer
890      the generated code). For instance, with some input file, a user
891      can generate different pseudo-codes with different @code{depth} values
892      as shown below.
893      The minimum value for @code{depth} is 1, and the
894      maximum value is -1 (infinity).
895      Default value is 1.
896 @example
897 @group
898 /* Generated using a given input file and @strong{option -f 3} */
899 for (i=1;i<=N;i++) @{
900   for (j=1;j<=M;j++) @{
901     S1 ;
902     if (j >= 10) @{
903       S2 ;
904     @}
905   @}
907 @end group
908 @end example
909 @example
910 @group
911 /* Generated using the same input file but @strong{option -f 2} */
912 for (i=1;i<=N;i++) @{
913   for (j=1;j<=9;j++) @{
914     S1 ;
915   @}
916   for (j=10;j<=M;j++) @{
917     S1 ;
918     S2 ;
919   @}
921 @end group
922 @end example
924 @node Simple Convex Hull
925 @subsection  Simple Convex Hull @code{-sh <boolean>}
927      @code{-sh <boolean>}: this option enables (@code{boolean=1})
928      or forbids (@code{boolean=0}) the use of an overapproximation
929      of the convex hull that may be easier to compute
930      (especially in the isl backend) and that may result in
931      simpler bounds.
932      This option works only for generated code without
933      code duplication (it means, you have to tune @code{-f} and
934      @code{-l} options first to generate only a loop nest with internal
935      guards). For instance, with the input file @code{test/union.cloog}, a user
936      can generate different pseudo-codes  as shown below.
937      Default value is 0.
938 @example
939 @group
940 /* Generated using test/union.cloog and @strong{option -f -1 -l 2 -override} */
941 for (i=0;i<=11;i++) @{
942   for (j=max(0,5*i-50);j<=min(15,5*i+10);j++) @{
943     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
944       S1 ;
945     @}
946     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
947       S2 ;
948     @}
949   @}
951 @end group
952 @end example
953 @example
954 @group
955 /* Generated using the same input file but @strong{option -sh 1 -f -1 -l 2 -override} */
956 for (i=0;i<=11;i++) @{
957   for (j=0;j<=15;j++) @{
958     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
959       S1 ;
960     @}
961     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
962       S2 ;
963     @}
964   @}
966 @end group
967 @end example
969 @node Once Time Loop Elimination
970 @subsection Once Time Loop Elimination @code{-otl <boolean>}
972      @code{-otl <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
973      forbids (@code{boolean=0}) the simplification of loops running
974      once. Default value is 1.
975 @example
976 @group
977 /* Generated using a given input file and @strong{option -otl 0} */
978 for (j=i+1;j<=i+1;j++) @{
979   S1 ;
981 @end group
982 @end example
983 @example
984 @group
985 /* Generated using the same input file but @strong{option -otl 1} */
986 j = i+1 ;
987 S1 ;
988 @end group
989 @end example
992 @node Equality Spreading 
993 @subsection Equality Spreading @code{-esp <boolean>}
995      @code{-esp <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
996      forbids (@code{boolean=0}) values spreading when there
997      are equalities. Default value is 1.
998 @example
999 @group
1000 /* Generated using a given input file and @strong{option -esp 0} */
1001 i = M+2 ;
1002 j = N ;
1003 for (k=i;k<=j+M;k++) @{
1004   S1 ;
1006 @end group
1007 @end example
1008 @example
1009 @group
1010 /* Generated using the same input file but @strong{option -esp 1} */
1011 for (k=M+2;k<=N+M;k++) @{
1012   S1(i = M+2, j = N) ;
1014 @end group
1015 @end example
1018 @node First Level for Spreading 
1019 @subsection First Level for Spreading @code{-fsp <level>}
1021      @code{-fsp <level>}: it can be useful to set a
1022      first level to begin equality spreading. Particularly when using
1023      scattering functions, the user may want to see the scattering dimension
1024      values instead of spreading or hiding them. If user has set a
1025      spreading, @code{level} is
1026      the first level to start it. Default value is 1.
1027 @example
1028 @group
1029 /* Generated using a given input file and @strong{option -fsp 1} */
1030 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1031   S1(i = N) ;
1033 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1034   S1(i = M) ;
1036 @end group
1037 @end example
1038 @example
1039 @group
1040 /* Generated using the same input file but @strong{option -fsp 2} */
1041 c1 = N ;
1042 for (j=0;j<=c1+M;j++) @{
1043   S1(i = c1) ;
1045 c1 = M ;
1046 for (j=0;j<=N+c1;j++) @{
1047   S1(i = c1) ;
1049 @end group
1050 @end example
1053 @node Statement Block  
1054 @subsection Statement Block @code{-block <boolean>}
1056      @code{-block <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) to
1057      create a statement block for each new iterator, even if there is only
1058      an equality. This can be useful in order to parse the generated
1059      pseudo-code. When @code{boolean} is set to 0 or when the generation
1060      language is FORTRAN, this feature is disabled. Default value is 0.
1061 @example
1062 @group
1063 /* Generated using a given input file and @strong{option -block 0} */
1064 i = M+2 ;
1065 j = N ;
1066 S1 ;
1067 @end group
1068 @end example
1069 @example
1070 @group
1071 /* Generated using the same input file but @strong{option -block 1} */
1072 @{ i = M+2 ;
1073   @{ j = N ;
1074     S1 ;
1075   @}
1077 @end group
1078 @end example
1081 @node Loop Strides 
1082 @subsection Loop Strides @code{-strides <boolean>}
1084      @code{-strides <boolean>}: this options allows (@code{boolean=1}) to
1085      handle non-unit strides for loop increments. This can remove a lot of
1086      guards and make the generated code more efficient. Default value is 0.
1087 @example
1088 @group
1089 /* Generated using a given input file and @strong{option -strides 0} */
1090 for (i=1;i<=n;i++) @{
1091   if (i%2 == 0) @{
1092     S1(j = i/2) ;
1093   @}
1094   if (i%4 == 0) @{
1095     S2(j = i/4) ;
1096   @}
1098 @end group
1099 @end example
1100 @example
1101 @group
1102 /* Generated using the same input file but @strong{option -strides 1} */
1103 for (i=2;i<=n;i+=2) @{
1104   S1(j = i/2) ;
1105   if (i%4 == 0) @{
1106     S2(j = i/4) ;
1107   @}
1109 @end group
1110 @end example
1113 @node Unrolling
1114 @subsection First Depth to Unroll @code{-first-unroll <depth>}
1116     @code{-first-unroll <depth>}: this option sets the first loop depth
1117     to unroll.  Note that a loop is only unrolled when it is supported
1118     by the backend.  In case of the isl backend, a loop is unrolled
1119     if it has a lower bound that can only be incremented
1120     a fixed (non-parametric) amount of times.
1123 @node Compilable Code
1124 @subsection Compilable Code @code{-compilable <value>}
1126      @code{-compilable <value>}: this options allows (@code{value} is not 0)
1127      to generate a compilable code where all parameters have the integral value
1128      @code{value}. This option creates a macro for each statement. Since
1129      CLooG do not know anything about the statement sources, it fills the
1130      macros with a basic increment that computes the total number of
1131      scanned integral points. The user may change easily the macros according
1132      to his own needs. This option is possible only if the generated code is
1133      in C. Default value is 0.
1134 @example
1135 @group
1136 /* Generated using a given input file and @strong{option -compilable 0} */
1137 for (i=0;i<=n;i++) @{
1138   for (j=0;j<=n;j++) @{
1139     S1 ;
1140     S2 ;
1141   @}
1142   S3 ;
1144 @end group
1145 @end example
1146 @example
1147 /* Generated using the same input file but @strong{option -compilable 10} */
1148 /* DON'T FORGET TO USE -lm OPTION TO COMPILE. */
1150 /* Useful headers. */
1151 #include <stdio.h>
1152 #include <stdlib.h>
1153 #include <math.h>
1155 /* Parameter value. */
1156 #define PARVAL 10
1158 /* Statement macros (please set). */
1159 #define S1(i,j) @{total++;@}
1160 #define S2(i,j) @{total++;@}
1161 #define S3(i)   @{total++;@}
1163 int main() @{
1164   /* Original iterators. */
1165   int i, j ;
1166   /* Parameters. */
1167   int n=PARVAL, total=0 ;
1169   for (i=0;i<=n;i++) @{
1170     for (j=0;j<=n;j++) @{
1171       S1(i,j) ;
1172       S2(i,j) ;
1173     @}
1174     S3(i) ;
1175   @}
1177   printf("Number of integral points: %d.\n",total) ;
1178   return 0 ;
1180 @end example
1182 @node Callable Code
1183 @subsection Callable Code @code{-callable <boolean>}
1185      @code{-callable <boolean>}: if @code{boolean=1}, then a @code{test}
1186      function will be generated that has the parameters as arguments.
1187      Similarly to the @code{-compilable} option,
1188      a macro for each statement is generated.  The generated definitions of
1189      these macros are as used during the correctness testing, but they
1190      can easily be changed by the user to suit her own needs.
1191      This option is only available if the target language is C.
1192      The default value is 0.
1194 @example
1195 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 0} */
1196 for (i=0;i<=M;i++) @{
1197   S1 ;
1198   for (j=0;j<=N;j++) @{
1199     S2 ;
1200     S3 ;
1201   @}
1202   S4 ;
1204 @end example
1205 @example
1206 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 1} */
1207 extern void hash(int);
1209 /* Useful macros. */
1210 #define floord(n,d) (((n)<0) ? ((n)-(d)+1)/(d) : (n)/(d))
1211 #define ceild(n,d)  (((n)<0) ? (n)/(d) : ((n)+(d)+1)/(d))
1212 #define max(x,y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
1213 #define min(x,y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))
1215 #define S1(i) @{ hash(1); hash(i); @}
1216 #define S2(i,j) @{ hash(2); hash(i); hash(j); @}
1217 #define S3(i,j) @{ hash(3); hash(i); hash(j); @}
1218 #define S4(i) @{ hash(4); hash(i); @}
1220 void test(int M, int N)
1222   /* Original iterators. */
1223   int i, j;
1224   for (i=0;i<=M;i++) @{
1225     S1(i) ;
1226     for (j=0;j<=N;j++) @{
1227       S2(i,j) ;
1228       S3(i,j) ;
1229     @}
1230     S4(i) ;
1231   @}
1233 @end example
1235 @node Output
1236 @subsection Output @code{-o <output>}
1238      @code{-o <output>}: this option sets the output file. @code{stdout} is a
1239      special value: when used, output is standard output.
1240      Default value is @code{stdout}.
1242 @node OpenScop
1243 @subsection OpenScop @code{-openscop}
1245      @code{-openscop}: this option states that the input file complies to
1246      the OpenScop specification instead of the native file format
1247      (@pxref{Bas11}). This option is available only if the OpenScop
1248      support has been enabled at compile time (@pxref{Optional Features}).
1250 @node Help
1251 @subsection Help @code{--help} or @code{-h}
1253      @code{--help} or @code{-h}: this option ask CLooG to print a short help.
1255 @node Version
1256 @subsection Version @code{--version} or @code{-v}
1258      @code{--version} or @code{-v}: this option ask CLooG to print some version
1259      informations.
1261 @node Quiet
1262 @subsection Quiet @code{--quiet} or @code{-q}
1264      @code{--quiet} or @code{-q}: this option tells CLooG not to print
1265      any informational messages.
1268 @c %/*************************************************************************
1269 @c % *                           A Full Example                              *
1270 @c % *************************************************************************/
1271 @node Full Example
1272 @section A Full Example
1274 Let us consider the allocation problem of a Gaussian elimination, i.e. we want
1275 to distribute the various statement instances of the compute kernel onto
1276 different processors. The original code is the following:
1277 @example
1278 @group
1279 for (i=1;j<=N-1;i++) @{
1280   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
1281     c[i][j] = a[j][i]/a[i][i] ;    /* S1 */
1282     for (k=i+1;k<=N;k++) @{
1283       a[j][k] -= c[i][j]*a[i][k] ; /* S2 */
1284     @}
1285   @}
1287 @end group
1288 @end example
1290 @noindent The best affine allocation functions can be found by any good automatic
1291 parallelizer like LooPo (@pxref{Gri04}):
1293 @tex
1295 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i)$\cr
1296                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k)$}$}
1298 @end tex
1300 @ifnottex
1301 @example
1302 @group
1303 T_S1(i,j)^T   = (i)
1304 T_S2(i,j,k)^T = (k)
1305 @end group
1306 @end example
1307 @end ifnottex
1309 @noindent To ensure that on each processor, the set of statement instances is
1310 executed according to the original ordering, we add as minor scattering
1311 dimensions the original scheduling (@pxref{Scattering}):
1313 @tex
1315 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0)^T$\cr
1316                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1318 @end tex
1320 @ifnottex
1321 @example
1322 @group
1323 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0)^T
1324 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1325 @end group
1326 @end example
1327 @end ifnottex
1329 @noindent To ensure that the scattering functions have the same dimensionality, we
1330 complete the first function with zeroes
1331 (this is a CLooG @value{VERSION} and previous versions requirement,
1332 it should be removed in a future version, don't worry it's absolutely legal !):
1334 @tex
1336 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0,0,0)^T$\cr
1337                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1339 @end tex
1341 @ifnottex
1342 @example
1343 @group
1344 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0,0,0)^T
1345 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1346 @end group
1347 @end example
1348 @end ifnottex
1350 @noindent The input file corresponding to this code generation problem
1351 could be (this file is provided in the CLooG distribution
1352 as @code{test/manual_gauss.cloog}:
1354 @example
1355 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
1356 c # language is C
1358 # Context (no constraints on one parameter)
1359 1 3                     # 1 line and 3 columns    
1360 # eq/in n  1
1361     1   0  0            # 0 >= 0, always true
1363 1 # We want to set manually the parameter name
1364 n                       # parameter name
1366 # --------------------- STATEMENTS --------------------
1367 2 # Number of statements
1369 1 # First statement: one domain
1370 4 5                     # 4 lines and 3 columns
1371 # eq/in i  j  n  1
1372     1   1  0  0 -1      # i >= 1
1373     1  -1  0  1 -1      # i <= n-1
1374     1  -1  1  0 -1      # j >= i+1
1375     1   0 -1  1  0      # j <= n
1376 0  0  0                 # for future options
1379 # Second statement: one domain
1380 6 6                     # 6 lines and 3 columns
1381 # eq/in i  j  k  n  1
1382     1   1  0  0  0 -1   # i >= 1
1383     1  -1  0  0  1 -1   # i <= n-1
1384     1  -1  1  0  0 -1   # j >= i+1
1385     1   0 -1  0  1  0   # j <= n
1386     1  -1  0  1  0 -1   # k >= i+1
1387     1   0  0 -1  1  0   # k <= n
1388 0  0  0                 # for future options
1390 0 # We let CLooG set the iterator names
1392 # --------------------- SCATTERING --------------------
1393 2 # Scattering functions
1394 # First function
1395 8 13                    # 3 lines and 3 columns
1396 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  n  1
1397     0    1  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p1 = i
1398     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0     # p2 = 0
1399     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p3 = i
1400     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0     # p4 = 0
1401     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0     # p5 = j
1402     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0     # p6 = 0
1403     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0     # p7 = 0
1404     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0     # p8 = 0
1405 # Second function
1406 8 14                    # 3 lines and 3 columns
1407 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  k  n  1
1408     0    1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  # p1 = k
1409     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p2 = 0
1410     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0  0  # p3 = i
1411     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p4 = 0
1412     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0  0  # p5 = j
1413     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0 -1  # p6 = 1
1414     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0 -1  0  0  # p7 = k
1415     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  # p8 = 0
1417 1 # We want to set manually the scattering dimension names
1418 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 # scattering dimension names
1419 @end example
1421 Calling CLooG, with for instance the command line
1422 @code{cloog -fsp 2 gauss.cloog} for a better view
1423 of the allocation (the processor number is given by @code{p1}),
1424 will result on the following target code that actually implements
1425 the transformation. A minor processing on the dimension @code{p1}
1426 to implement, e.g., MPI calls, which is not shown here may
1427 result in dramatic speedups !
1429 @example
1430 if (n >= 2) @{
1431   p1 = 1 ;
1432   for (p5=2;p5<=n;p5++) @{
1433     S1(i = 1,j = p5) ;
1434   @}
1436 for (p1=2;p1<=n-1;p1++) @{
1437   for (p3=1;p3<=p1-1;p3++) @{
1438     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1439       S2(i = p3,j = p5,k = p1) ;
1440     @}
1441   @}
1442   for (p5=p1+1;p5<=n;p5++) @{
1443     S1(i = p1,j = p5) ;
1444   @}
1446 if (n >= 2) @{
1447   p1 = n ;
1448   for (p3=1;p3<=n-1;p3++) @{
1449     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1450       S2(i = p3,j = p5,k = n) ;
1451     @}
1452   @}
1454 @end example
1457 @c %/*************************************************************************
1458 @c % *                           A Full Example                              *
1459 @c % *************************************************************************/
1460 @node CLooG Library
1461 @chapter Using the CLooG Library
1462 The CLooG Library was implemented to allow the user to call CLooG
1463 directly from his programs, without file accesses or system calls. The
1464 user only needs to link his programs with C libraries. The CLooG
1465 library mainly provides one function (@code{cloog_clast_create_from_input})
1466 which takes as input the problem
1467 description with some options, and returns the data structure corresponding
1468 to the generated code (a @code{struct clast_stmt} structure)
1469 which is more or less an abstract syntax tree.
1470 The user can work with this data structure and/or use
1471 our pretty printing function to write the final code in either C or FORTRAN.
1472 Some other functions are provided for convenience reasons.
1473 These functions as well as the data structures are described in this section.
1475 @menu
1476 * CLooG Data Structures::
1477 * CLooG Output::
1478 * Retrieving version information::
1479 * Example of Library Utilization::
1480 @end menu
1483 @node CLooG Data Structures
1484 @section CLooG Data Structures Description
1485 In this section, we describe the data structures used by the loop
1486 generator to represent and to process a code generation problem.
1488 @menu
1489 * CloogState::
1490 * CloogMatrix::
1491 * CloogDomain::
1492 * CloogScattering::
1493 * CloogUnionDomain::
1494 * CloogStatement::
1495 * CloogOptions::
1496 * CloogInput::
1497 @end menu
1500 @node CloogState
1501 @subsection CloogState
1502 @example
1503 @group
1504 CloogState *cloog_state_malloc(void);
1505 void cloog_state_free(CloogState *state);
1506 @end group
1507 @end example
1509 @noindent The @code{CloogState} structure is (implicitly) needed to perform
1510 any CLooG operation.  It should be created using @code{cloog_state_malloc}
1511 before any other CLooG objects are created and destroyed using
1512 @code{cloog_state_free} after all objects have been freed.
1513 It is allowed to use more than one @code{CloogState} structure at
1514 the same time, but an object created within the state of a one
1515 @code{CloogState} structure is not allowed to interact with an object
1516 created within the state of an other @code{CloogState} structure.
1519 @node CloogMatrix
1520 @subsection CloogMatrix
1522 @noindent The @code{CloogMatrix} structure is equivalent to the PolyLib
1523 @code{Matrix} data structure (@pxref{Wil93}). This structure is devoted to
1524 represent a set of constraints.
1526 @example
1527 @group
1528 struct cloogmatrix
1529 @{ unsigned NbRows ;    /* Number of rows. */
1530   unsigned NbColumns ; /* Number of columns. */
1531   cloog_int_t **p;     /* Array of pointers to the matrix rows. */
1532   cloog_int_t *p_Init; /* Matrix rows contiguously in memory. */
1534 typedef struct cloogmatrix CloogMatrix;
1536 CloogMatrix *cloog_matrix_alloc(unsigned NbRows, unsigned NbColumns);
1537 void cloog_matrix_print(FILE *foo, CloogMatrix *m);
1538 void cloog_matrix_free(CloogMatrix *matrix);
1539 @end group
1540 @end example
1542 @noindent The whole matrix is stored in memory row after row at the
1543 @code{p_Init} address. @code{p} is an array of pointers where
1544 @code{p[i]} points to the first element of the @math{i^{th}} row.
1545 @code{NbRows} and @code{NbColumns} are respectively the number of
1546 rows and columns of the matrix. 
1547 Each row corresponds to a constraint. The first element of each row is an
1548 equality/inequality tag. The
1549 constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the first element is 0, but it is
1550 an inequality @math{p(x) \geq 0} if the first element is 1.
1551 The next elements are the coefficients of the unknowns,
1552 followed by the coefficients of the parameters, and finally the constant term.
1553 For instance, the following three constraints:
1555 @tex
1557 \hbox{$ \cases{ -i + m       &$= 0$\cr
1558                 -j + n       &$\geq 0$\cr
1559                  j + i - k   &$\geq 0$}$}
1561 @end tex
1563 @ifnottex
1564 @example
1565 @group
1566     -i + m  = 0
1567     -j + n >= 0
1568  i + j - k >= 0
1569 @end group
1570 @end example
1571 @end ifnottex
1573 @noindent would be represented by the following rows:
1575 @example
1576 @group
1577 # eq/in  i   j   k   m   n   cst
1578     0    0  -1   0   1   0    0 
1579     1   -1   0   0   0   1    0 
1580     1    1   1  -1   0   0    0 
1581 @end group
1582 @end example
1584 @noindent To be able to provide different precision version (CLooG
1585 supports 32 bits, 64 bits and arbitrary precision through the GMP library),
1586 the @code{cloog_int_t} type depends on the configuration options (it may be
1587 @code{long int} for 32 bits version, @code{long long int} for 64 bits version,
1588 and @code{mpz_t} for multiple precision version).
1590 @node CloogDomain
1591 @subsection CloogDomain
1592 @example
1593 @group
1594 CloogDomain *cloog_domain_union_read(CloogState *state,
1595                                      FILE *input, int nb_parameters);
1596 CloogDomain *cloog_domain_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1597                                     CloogMatrix *matrix, int nb_par);
1598 void cloog_domain_free(CloogDomain *domain);
1599 @end group
1600 @end example
1602 @noindent @code{CloogDomain} is an opaque type representing a polyhedral
1603 domain (a union of polyhedra).
1604 A @code{CloogDomain} can be read
1605 from a file using @code{cloog_domain_union_read} or
1606 converted from a @code{CloogMatrix}.
1607 The input format for @code{cloog_domain_union_read}
1608 is that of @ref{Domain Representation}.
1609 The function @code{cloog_domain_from_cloog_matrix} takes a @code{CloogState}, a
1610 @code{CloogMatrix} and @code{int} as input and returns a pointer to a
1611 @code{CloogDomain}. @code{matrix} describes the domain and @code{nb_par} is the
1612 number of parameters in this domain. The input data structures are neither
1613 modified nor freed.
1614 The @code{CloogDomain} can be freed using @code{cloog_domain_free}.
1615 There are also some backend dependent functions for creating
1616 @code{CloogDomain}s.
1618 @menu
1619 * CloogDomain/PolyLib::
1620 * CloogDomain/isl::
1621 @end menu
1623 @node CloogDomain/PolyLib
1624 @subsubsection PolyLib
1626 @example
1627 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1628 CloogDomain *cloog_domain_from_polylib_polyhedron(CloogState *state,
1629                                         Polyhedron *, int nb_par);
1630 @end example
1631 @noindent
1632 The function @code{cloog_domain_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1633 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1634 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1635 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1637 @node CloogDomain/isl
1638 @subsubsection isl
1640 @example
1641 #include <cloog/isl/cloog.h>
1642 CloogDomain *cloog_domain_from_isl_set(struct isl_set *set);
1643 __isl_give isl_set *isl_set_from_cloog_domain(CloogDomain *domain);
1644 @end example
1645 @noindent
1646 The function @code{cloog_domain_from_isl_set} takes a
1647 @code{struct isl_set} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1648 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_set}.
1649 Similarly, @code{isl_set_from_cloog_domain} consumes a reference
1650 to a @code{CloogDomain} and returns an @code{isl_set}.
1653 @node CloogScattering
1654 @subsection CloogScattering
1655 @example
1656 @group
1657 CloogScattering *cloog_domain_read_scattering(CloogDomain *domain,
1658                                               FILE *foo);
1659 CloogScattering *cloog_scattering_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1660                          CloogMatrix *matrix, int nb_scat, int nb_par);
1661 void cloog_scattering_free(CloogScattering *);
1662 @end group
1663 @end example
1665 @noindent
1666 The @code{CloogScattering} type represents a scattering function.
1667 A @code{CloogScattering} for a given @code{CloogDomain} can be read
1668 from a file using @code{cloog_scattering_read} or converted
1669 from a @code{CloogMatrix} using @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix}.
1670 The function @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix} takes a
1671 @code{CloogState}, a @code{CloogMatrix} and two @code{int}s as input and
1672 returns a
1673 pointer to a @code{CloogScattering}.
1674 @code{matrix} describes the scattering, while @code{nb_scat} and
1675 @code{nb_par} are the number of scattering dimensions and
1676 the number of parameters, respectively. The input data structures are
1677 neither modified nor freed.
1678 A @code{CloogScattering} can be freed using @code{cloog_scattering_free}.
1679 There are also some backend dependent functions for creating
1680 @code{CloogScattering}s.
1682 @menu
1683 * CloogScattering/PolyLib::
1684 * CloogScattering/isl::
1685 @end menu
1687 @node CloogScattering/PolyLib
1688 @subsubsection PolyLib
1690 @example
1691 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1692 CloogScattering *cloog_scattering_from_polylib_polyhedron(
1693         CloogState *state, Polyhedron *polyhedron, int nb_par);
1694 @end example
1695 @noindent
1696 The function @code{cloog_scattering_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1697 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1698 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1699 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1701 @node CloogScattering/isl
1702 @subsubsection isl
1704 @example
1705 #include <cloog/isl/cloog.h>
1706 CloogScattering *cloog_scattering_from_isl_map(struct isl_map *map);
1707 @end example
1708 @noindent
1709 The function @code{cloog_scattering_from_isl_map} takes a
1710 @code{struct isl_map} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1711 The output dimensions of the @code{struct isl_map} correspond to the
1712 scattering dimensions, while the input dimensions correspond to the
1713 domain dimensions.
1714 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_map}.
1717 @node CloogUnionDomain
1718 @subsection CloogUnionDomain
1719 @example
1720 @group
1721 enum cloog_dim_type @{ CLOOG_PARAM, CLOOG_ITER, CLOOG_SCAT @};
1723 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_alloc(int nb_par);
1724 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_add_domain(CloogUnionDomain *ud,
1725         const char *name, CloogDomain *domain,
1726         CloogScattering *scattering, void *usr);
1727 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_set_name(CloogUnionDomain *ud,
1728         enum cloog_dim_type type, int index, const char *name);
1729 void cloog_union_domain_free(CloogUnionDomain *ud);
1730 @end group
1731 @end example
1733 @noindent A @code{CloogUnionDomain} structure represents a union
1734 of scattered named domains.  A @code{CloogUnionDomain} is
1735 initialized by a call to @code{cloog_union_domain_alloc},
1736 after which domains can be added using @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1738 @code{cloog_union_domain_alloc} takes the number of parameters as input.
1739 @code{cloog_union_domain_add_domain} takes a previously created
1740 @code{CloogUnionDomain} as input along with an optional name,
1741 a domain, an optional scattering function and a user pointer.
1742 The name may be @code{NULL} and is duplicated if it is not.
1743 If no name is specified, then the statements will be named according
1744 to the order in which they were added.
1745 @code{domain} and @code{scattering} are taken over
1746 by the @code{CloogUnionDomain}.  @code{scattering} may be @code{NULL},
1747 but it must be consistently @code{NULL} or not over all calls
1748 to @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1749 @code{cloog_union_domain_set_name} can be used to set the names
1750 of parameters, iterators and scattering dimensions.
1751 The names of iterators and scattering dimensions can only be set
1752 after all domains have been added.
1754 There is also a backend dependent function for creating
1755 @code{CloogUnionDomain}s.
1757 @menu
1758 * CloogUnionDomain/isl::
1759 @end menu
1761 @node CloogUnionDomain/isl
1762 @subsubsection isl
1764 @example
1765 #include <cloog/isl/cloog.h>
1766 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_map(
1767         __isl_take isl_union_map *umap);
1768 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_set(
1769         __isl_take isl_set *set);
1770 @end example
1771 @noindent
1772 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_map} takes a
1773 @code{isl_union_map} as input and returns a pointer
1774 to a @code{CloogUnionDomain}.
1775 The input is a mapping from different
1776 spaces (different tuple names and possibly different dimensions)
1777 to a common space.  The iteration domains are set to the domains
1778 in each space.  The statement names are set to the names of the
1779 spaces.  The parameter names of the result are set to those of
1780 the input, but the iterator and scattering dimension names are
1781 left unspecified.
1782 The function consumes a reference to the given @code{isl_union_map}.  The
1783 function @code{cloog_union_domain_from_isl_set} is similar, but takes an
1784 unscattered domain as input. It is not defined for an union_set, because the
1785 order of iterations from two different isl_sets is undefined, if no scattering
1786 is provided.
1789 @node CloogStatement
1790 @subsection CloogStatement
1791 @example
1792 @group
1793 struct cloogstatement
1794 @{ int number ;                  /* The statement unique number. */
1795   char *name;                   /* Name of the statement. */
1796   void * usr ;                  /* Pointer for user's convenience. */
1797   struct cloogstatement * next ;/* Next element of the linked list. */
1798 @} ;
1799 typedef struct cloogstatement CloogStatement ;
1801 CloogStatement *cloog_statement_malloc(CloogState *state);
1802 void cloog_statement_print(FILE *, CloogStatement *);
1803 void cloog_statement_free(CloogStatement *);
1804 @end group
1805 @end example
1807 @noindent The @code{CloogStatement} structure represents a @code{NULL}
1808 terminated linked
1809 list of statements. In CLooG, a statement is only defined by its unique
1810 number (@code{number}). The user can use the pointer @code{usr} for his
1811 own convenience to link his own statement representation to the
1812 corresponding @code{CloogStatement} structure. The whole management of the
1813 @code{usr} pointer is under the responsibility of the user, in particular,
1814 CLooG never tries to print, to allocate or to free a memory block pointed
1815 by @code{usr}. 
1819 @node CloogOptions
1820 @subsection CloogOptions
1821 @example
1822 @group
1823 struct cloogoptions
1824 @{ int l;                     /* -l option.                                 */
1825   int f;                     /* -f option.                                 */
1826   int strides;               /* -strides option.                           */
1827   int sh;                    /* -sh option.                                */
1828   int first_unroll;          /* -first-unroll option.                      */
1829   int esp;                   /* -esp option.                               */
1830   int fsp;                   /* -fsp option.                               */
1831   int otl;                   /* -otl option.                               */
1832   int block;                 /* -block option.                             */
1833   int compilable;            /* -compilable option.                        */
1834   int language;              /* CLOOG_LANGUAGE_C or CLOOG_LANGUAGE_FORTRAN */
1835   int save_domains;          /* Save unsimplified copy of domain.          */
1836 @} ;
1837 typedef struct cloogoptions CloogOptions ;
1839 CloogOptions *cloog_options_malloc(CloogState *state);
1840 void cloog_options_print(FILE *foo, CloogOptions *options);
1841 void cloog_options_free(CloogOptions *options);
1842 @end group
1843 @end example
1845 @noindent The @code{CloogOptions} structure contains all the possible options to
1846 rule CLooG's behaviour (@pxref{Calling CLooG}).
1847 As a reminder, the default values are:
1848 @itemize @bullet
1849 @item @math{l = -1} (optimize control until the innermost loops),
1850 @item @math{f = 1} (optimize control from the outermost loops),
1851 @item @math{strides = 0} (use only unit strides),
1852 @item @math{sh = 0} (do not compute simple convex hulls),
1853 @item @math{first\_unroll = -1} (do not perform unrolling),
1854 @item @math{esp = 1} (spread complex equalities),
1855 @item @math{fsp = 1} (start to spread from the first iterators),
1856 @item @math{otl = 1} (simplify loops running only once).
1857 @item @math{block = 0} (do not make statement blocks when not necessary).
1858 @item @math{compilable = 0} (do not generate a compilable code).
1859 @end itemize 
1861 The @code{save_domains} option is only useful for users of the CLooG
1862 library.  This option defaults to 0, but when it is set, the @code{domain}
1863 field of each @code{clast_user_stmt} will be set to the set of values for the
1864 scattering dimensions for which this instance of the user statement is executed.
1865 The @code{domain} field of each @code{clast_for} contains the set of values for
1866 the scattering dimensions for which an instance of a user statement is executed
1867 inside the @code{clast_for}. It is only available if the @code{clast_for}
1868 enumerates a scattering dimension.
1870 @node CloogInput
1871 @subsection CloogInput
1872 @example
1873 @group
1874 CloogInput *cloog_input_read(FILE *file, CloogOptions *options);
1875 CloogInput *cloog_input_alloc(CloogDomain *context,
1876                                 CloogUnionDomain *ud);
1877 void cloog_input_free(CloogInput *input);
1879 void cloog_input_dump_cloog(FILE *, CloogInput *, CloogOptions *);
1880 @end group
1881 @end example
1883 @noindent A @code{CloogInput} structure represents the input to CLooG.
1884 It is essentially a @code{CloogUnionDomain} along with a context
1885 @code{CloogDomain}.  A @code{CloogInput} can be created from
1886 a @code{CloogDomain} and a @code{CloogUnionDomains} using
1887 @code{cloog_input_alloc}, or it can be read from a CLooG input
1888 file using @code{cloog_input_read}.  The latter also modifies
1889 the @code{language} field of the @code{CloogOptions} structure.
1890 The constructed @code{CloogInput} can be used as input
1891 to a @code{cloog_clast_create_from_input} call.
1893 A @code{CloogInput} data structure and a @code{CloogOptions} contain
1894 the same information as a .cloog file. This function dumps the .cloog
1895 description of the given data structures into a file.
1897 @node Dump CLooG Input File Function
1898 @subsection Dump CLooG Input File Function
1899 @example
1900 @end example
1902 @node CLooG Output
1903 @section CLooG Output
1905 @noindent
1906 Given a description of the input,
1907 an AST corresponding to the @code{CloogInput} can be constructed
1908 using @code{cloog_clast_create_from_input} and destroyed using
1909 @code{free_clast_stmt}.
1910 @example
1911 struct clast_stmt *cloog_clast_create_from_input(CloogInput *input,
1912                                       CloogOptions *options);
1913 void free_clast_stmt(struct clast_stmt *s);
1914 @end example
1915 @noindent
1916 @code{clast_stmt} represents a linked list of ``statements''.
1917 @example
1918 struct clast_stmt @{
1919     const struct clast_stmt_op    *op;
1920     struct clast_stmt   *next;
1922 @end example
1923 @noindent
1924 The entries in the list are not of type @code{clast_stmt} itself,
1925 but of some larger type.  The following statement types are defined
1926 by CLooG.
1928 @example
1929 struct clast_root @{
1930     struct clast_stmt   stmt;
1931     CloogNames *        names;
1933 struct clast_root *new_clast_root(CloogNames *names);
1935 struct clast_assignment @{
1936     struct clast_stmt   stmt;
1937     const char *        LHS;
1938     struct clast_expr * RHS;
1940 struct clast_assignment *new_clast_assignment(const char *lhs,
1941                                               struct clast_expr *rhs);
1943 struct clast_block @{
1944     struct clast_stmt   stmt;
1945     struct clast_stmt * body;
1947 struct clast_block *new_clast_block(void);
1949 struct clast_user_stmt @{
1950     struct clast_stmt   stmt;
1951     CloogDomain *       domain;
1952     CloogStatement *    statement;
1953     struct clast_stmt * substitutions;
1955 struct clast_user_stmt *new_clast_user_stmt(CloogDomain *domain,
1956     CloogStatement *stmt, struct clast_stmt *subs);
1958 struct clast_for @{
1959     struct clast_stmt   stmt;
1960     CloogDomain *       domain;
1961     const char *        iterator;
1962     struct clast_expr * LB;
1963     struct clast_expr * UB;
1964     cloog_int_t         stride;
1965     struct clast_stmt * body;
1967 struct clast_for *new_clast_for(CloogDomain *domain, const char *it,
1968                                 struct clast_expr *LB, struct clast_expr *UB,
1969                                 cloog_int_t stride);
1971 struct clast_guard @{
1972     struct clast_stmt   stmt;
1973     struct clast_stmt * then;
1974     int                 n;
1975     struct clast_equation       eq[1];
1977 struct clast_guard *new_clast_guard(int n);
1978 @end example
1979 @noindent
1980 The @code{clast_stmt} returned by @code{cloog_clast_create}
1981 is a @code{clast_root}.
1982 It contains a placeholder for all the variable names that appear
1983 in the AST and a (list of) nested statement(s).
1985 @noindent
1986 A @code{clast_assignment} assigns the value given by
1987 the @code{clast_expr} @code{RHS} to a variable named @code{LHS}.
1989 @noindent
1990 A @code{clast_block} groups a list of statements into one statement.
1991 These statements are only generated if the @code{block} option is set,
1992 @pxref{Statement Block} and @ref{CloogOptions}.
1994 @noindent
1995 A @code{clast_user_stmt} represents a call to a statement specified
1996 by the user, @pxref{CloogStatement}.
1997 @code{substitutions} is a list of @code{clast_assignment} statements
1998 assigning an expression in terms of the scattering dimensions to
1999 each of the original iterators in the original order.
2000 The @code{LHS}s of these assignments are left blank (@code{NULL}).
2001 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option
2002 is not set.  Otherwise, it is set to the set
2003 of values for the scattering dimensions
2004 for which this instance of the user statement is executed.
2005 Note that unless the @code{noscalars} option has been set, the
2006 constant scattering dimensions may have been removed from this set.
2008 @noindent
2009 A @code{clast_for} represents a for loop, iterating @code{body} for each
2010 value of @code{iterator} between @code{LB} and @code{UB} in steps
2011 of size @code{stride}.
2012 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option is not
2013 set.  Otherwise, it is set to the set of values for the scattering dimensions
2014 for which a user statement is executed inside this @code{clast_for}.  Note that
2015 unless the @code{noscalars} option has been set, the constant scattering
2016 dimensions may have been removed from this set.
2018 @noindent
2019 A @code{clast_guard} represents the guarded execution of the @code{then}
2020 (list of) statement(s) by a conjunction of @code{n} (in)equalities.
2021 Each (in)equality is represented by a @code{clast_equation}.
2022 @example
2023 struct clast_equation @{
2024     struct clast_expr * LHS;
2025     struct clast_expr * RHS;
2026     int                 sign;
2028 @end example
2029 @noindent
2030 The condition expressed by a @code{clast_equation} is
2031 @code{LHS <= RHS}, @code{LHS == RHS} or @code{LHS >= RHS}
2032 depending on whether @code{sign} is less than zero, equal
2033 to zero, or greater than zero.
2035 The dynamic type of a @code{clast_stmt} can be determined
2036 using the macro @code{CLAST_STMT_IS_A(stmt,type)},
2037 where @code{stmt} is a pointer to a @code{clast_stmt}
2038 and @code{type} is one of @code{stmt_root}, @code{stmt_ass},
2039 @code{stmt_user}, @code{stmt_block}, @code{stmt_for} or
2040 @code{stmt_guard}.
2041 Users are allowed to define their own statement types by
2042 assigning the @code{op} field of the statements a pointer
2043 to a @code{clast_stmt_op} structure.
2044 @example
2045 struct clast_stmt_op @{
2046     void (*free)(struct clast_stmt *);
2048 @end example
2049 @noindent
2050 The @code{free} field of this structure should point
2051 to a function that frees the user defined statement.
2053 @noindent
2054 A @code{clast_expr} can be an identifier, a term,
2055 a binary expression or a reduction.
2056 @example
2057 enum clast_expr_type @{
2058     clast_expr_name,
2059     clast_expr_term,
2060     clast_expr_bin,
2061     clast_expr_red
2063 struct clast_expr @{
2064     enum clast_expr_type type;
2066 void free_clast_expr(struct clast_expr *e);
2067 @end example
2069 @noindent
2070 Identifiers are of subtype @code{clast_name}.
2071 @example
2072 struct clast_name @{
2073     struct clast_expr   expr;
2074     const char *        name;
2076 struct clast_name *new_clast_name(const char *name);
2077 void free_clast_name(struct clast_name *t);
2078 @end example
2079 @noindent
2080 The character string pointed to by @code{name} is
2081 assumed to be part of the @code{CloogNames} structure
2082 in the root of the clast as is therefore not copied.
2084 @noindent
2085 Terms are of type @code{clast_term}.
2086 @example
2087 struct clast_term @{
2088     struct clast_expr   expr;
2089     cloog_int_t         val;
2090     struct clast_expr  *var;
2092 struct clast_term *new_clast_term(cloog_int_t c, struct clast_expr *v);
2093 void free_clast_term(struct clast_term *t);
2094 @end example
2095 @noindent
2096 If @code{var} is set to @code{NULL}, then the term represents
2097 the integer value @code{val}.  Otherwise, it represents
2098 the term @code{val * var}.
2099 @code{new_clast_term} simply copies the @code{v} pointer
2100 without copying the underlying @code{clast_expr}.
2101 @code{free_clast_term}, on the other hand, recursively frees
2102 @code{var}.
2104 @noindent
2105 Binary expressions are of type @code{clast_bin_type} and
2106 represent either the floor of a division (fdiv),
2107 the ceil of a division (cdiv), an exact division or
2108 the remainder of an fdiv.
2109 @example
2110 enum clast_bin_type @{ clast_bin_fdiv, clast_bin_cdiv, 
2111                       clast_bin_div, clast_bin_mod @};
2112 struct clast_binary @{
2113     struct clast_expr   expr;
2114     enum clast_bin_type type;
2115     struct clast_expr*  LHS;
2116     cloog_int_t         RHS;
2118 struct clast_binary *new_clast_binary(enum clast_bin_type t, 
2119                           struct clast_expr *lhs, cloog_int_t rhs);
2120 void free_clast_binary(struct clast_binary *b);
2121 @end example
2123 @noindent
2124 Reductions are of type @code{clast_reduction} and
2125 can represent either the sum, the minimum or the maximum
2126 of its elements.
2127 @example
2128 enum clast_red_type @{ clast_red_sum, clast_red_min, clast_red_max @};
2129 struct clast_reduction @{
2130     struct clast_expr   expr;
2131     enum clast_red_type type;
2132     int                 n;
2133     struct clast_expr*  elts[1];
2135 struct clast_reduction *new_clast_reduction(enum clast_red_type t,
2136                                             int n);
2137 void free_clast_reduction(struct clast_reduction *r);
2138 @end example
2140 @node Retrieving version information
2141 @section Retrieving version information
2142 CLooG provides static and dynamic version checks to assist on
2143 including a compatible version of the library.
2144 A static version check at compile time can be achieved by
2145 querying the version constants defined in @code{version.h}:
2147 @itemize @bullet
2148 @item @code{CLOOG_VERSION_MAJOR}
2149 @item @code{CLOOG_VERSION_MINOR}
2150 @item @code{CLOOG_VERSION_REVISION}
2151 @end itemize
2153 This way it is possible to ensure the included headers are of the
2154 correct version. It is still possible that the installed CLooG
2155 library version differs from the installed headers.
2156 In order to avoid this, a dynamic version check is provided with
2157 the functions:
2159 @example
2160 @group
2161 int cloog_version_major(void);
2162 int cloog_version_minor(void);
2163 int cloog_version_revision(void);
2164 @end group
2165 @end example
2167 By using both the static and the dynamic version check, it is possible
2168 to match CLooG's header version with the library's version.
2170 @node Example of Library Utilization
2171 @section Example of Library Utilization
2172 Here is a basic example showing how it is possible to use the CLooG library,
2173 assuming that a standard installation has been done.
2174 The following C program reads a CLooG input file on the standard input,
2175 then prints the solution on the standard output.
2176 Options are preselected to the default values of the CLooG software.
2177 This example is provided in the @code{example} directory of the
2178 CLooG distribution.
2179 @example
2180 /* example.c */
2181 # include <stdio.h>
2182 # include <cloog/cloog.h>
2184 int main()
2186   CloogState *state;
2187   CloogInput *input;
2188   CloogOptions * options ;
2189   struct clast_stmt *root;
2190   
2191   /* Setting options and reading program informations. */
2192   state = cloog_state_malloc();
2193   options = cloog_options_malloc(state);
2194   input = cloog_input_read(stdin, options);
2196   /* Generating and printing the code. */
2197   root = cloog_clast_create_from_input(input, options);
2198   clast_pprint(stdout, root, 0, options);
2200   cloog_clast_free(root);
2201   cloog_options_free(options) ;
2202   cloog_state_free(state);
2203   return 0;
2205 @end example
2207 @noindent The compilation command could be:
2208 @example
2209 gcc example.c -lcloog -o example
2210 @end example
2211 @noindent A calling command with the input file test.cloog could be:
2212 @example
2213 more test.cloog | ./example
2214 @end example
2217 @c %  ******************************** HACKING *********************************
2218 @c @node Hacking
2219 @c @chapter Hacking CLooG
2221 @c @menu
2222 @c * Program organization::
2223 @c * Special Options::
2224 @c * CLooG Coding Standards::
2225 @c @end menu
2227 @c @node Program organization
2228 @c @section Program organization
2230 @c @node Special Options
2231 @c @section Special Options
2233 @c @node CLooG Coding Standards
2234 @c @section CLooG Coding Standards
2237 @c %  ****************************** INSTALLING ********************************
2238 @node Installing
2239 @chapter Installing CLooG
2241 @menu
2242 * License::
2243 * Requirements::
2244 * Basic Installation::
2245 * Optional Features::
2246 * Uninstallation::
2247 @end menu
2249 @node License
2250 @section License
2251 First of all, it would be very kind to refer the following paper in any
2252 publication that result from the use of the CLooG software or its library,
2253 @pxref{Bas04} (a bibtex entry is provided behind the title page of this
2254 manual, along with copyright notice, and in the CLooG home
2255 @code{http://www.CLooG.org}.
2257 This library is free software; you can redistribute it and/or
2258 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
2259 License as published by the Free Software Foundation; either
2260 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
2261 This library is distributed in the hope that it will be useful,
2262 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
2263 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
2264 Lesser General Public License for more details.
2265 @code{http://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html}
2267 Note, though, that if you link CLooG against a GPL library such
2268 as the PolyLib backend, then the combination becomes GPL too.
2269 In particular, a CLooG library based on the PolyLib backend
2270 is GPL version 2 only.
2271 Since the isl backend is LGPL, linking against it does not affect
2272 the license of CLooG.
2275 @node Requirements
2276 @section Requirements
2278 CLooG can be used with one of two possible backends,
2279 one using isl and one using PolyLib.
2280 The isl library is included in the CLooG distribution,
2281 while the PolyLib library needs to be obtained separately.
2282 On the other hand, isl requires GMP, while PolyLib can be
2283 compiled with or without the use of GMP.
2284 The user therefore needs to install at least one of
2285 PolyLib or GMP.
2287 @menu
2288 * PolyLib::
2289 * GMP Library::
2290 @end menu
2293 @node PolyLib
2294 @subsection PolyLib (optional)
2295 To successfully install CLooG with the PolyLib backend,
2296 the user first needs to install PolyLib
2297 version 5.22.1 or above (default 64 bits version is satisfying
2298 as well as 32 bits or GMP multiple precision version).
2299 Polylib can be downloaded freely
2300 at @code{http://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/} or
2301 @code{http://www.irisa.fr/polylib/}. Once downloaded and unpacked
2302 (e.g. using the @samp{tar -zxvf polylib-5.22.3.tar.gz} command),
2303 the user can compile
2304 it by typing the following commands on the PolyLib's root directory:
2306 @itemize @bullet
2307 @item @code{./configure}
2308 @item @code{make}
2309 @item And as root: @code{make install}
2310 @end itemize
2312 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2313 git repository:
2314 @itemize @bullet
2315 @item @code{git clone git://repo.or.cz/polylib.git}
2316 @item @code{cd polylib}
2317 @item @code{./autogen.sh}
2318 @item @code{./configure}
2319 @item @code{make}
2320 @item And as root: @code{make install}
2321 @end itemize
2323 The PolyLib default installation is @code{/usr/local}. This directory may
2324 not be inside your library path. To fix the problem, the user should set
2325 @example
2326 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2327 @end example
2328 @noindent if your shell is, e.g., bash or
2329 @example
2330 setenv LD_LIBRARY_PATH $LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2331 @end example
2332 @noindent if your shell is, e.g., tcsh. Add the line to your .bashrc or .tcshrc (or
2333 whatever convenient file) to make this change permanent. Another solution
2334 is to ask PolyLib to install in the standard path by using the prefix
2335 option of the configure script:
2336 @samp{./configure --prefix=/usr}.
2338 CLooG makes intensive calls to polyhedral operations, and PolyLib
2339 functions do the job. Polylib is a free library written in C for the
2340 manipulation of polyhedra. The library is operating on objects like
2341 vectors, matrices, lattices, polyhedra, Z-polyhedra, unions of
2342 polyhedra and a lot of other intermediary structures. It provides
2343 functions for all the important operations on these structures. 
2345 @node GMP Library
2346 @subsection GMP Library (optional)
2348 To be able to deal with insanely large coefficient, the user will need to
2349 install the GNU Multiple Precision Library (GMP for short) version 4.1.4
2350 or above. It can be freely downloaded from @code{http://www.swox.com/gmp}.
2351 Note that the isl backend currently requires GMP.
2352 The user can compile GMP by typing the following commands on the GMP root
2353 directory:
2355 @itemize @bullet
2356 @item @code{./configure}
2357 @item @code{make}
2358 @item And as root: @code{make install}
2359 @end itemize
2361 The GMP default installation is @code{/usr/local}, the same method to
2362 fix a library path problem applies as with PolyLib (@pxref{PolyLib}).
2364 If you want to use the PolyLib backend, then
2365 PolyLib has to be built using the GMP library by specifying the option
2366 @samp{--with-libgmp=PATH_TO_GMP} to the PolyLib configure script
2367 (where @code{PATH_TO_GMP} is @code{/usr/local} if you did not change the GMP
2368 installation directory). Then you have to set the convenient CLooG configure
2369 script options to build the GMP version (@pxref{Optional Features}).
2372 @node Basic Installation
2373 @section CLooG Basic Installation
2375 Once downloaded and unpacked
2376 (e.g. using the @samp{tar -zxvf cloog-@value{VERSION}.tar.gz} command),
2377 you can compile CLooG by typing the following commands on the CLooG's root
2378 directory:
2380 @itemize @bullet
2381 @item @code{./configure}
2382 @item @code{make}
2383 @item And as root: @code{make install}
2384 @end itemize
2386 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2387 git repository:
2388 @itemize @bullet
2389 @item @code{git clone git://repo.or.cz/cloog.git}
2390 @item @code{cd cloog}
2391 @item @code{./get_submodules.sh}
2392 @item @code{./autogen.sh}
2393 @item @code{./configure}
2394 @item @code{make}
2395 @item And as root: @code{make install}
2396 @end itemize
2398 Depending on which backend you want to use and where they
2399 are located, you may need to pass some
2400 options to the configure script, @pxref{Optional Features}.
2402 The program binaries and object files can be removed from the
2403 source code directory by typing @code{make clean}. To also remove the
2404 files that the @code{configure} script created (so you can compile the
2405 package for a different kind of computer) type @code{make distclean}.
2407 Both the CLooG software and library have been successfully compiled
2408 on the following systems:
2409 @itemize @bullet
2410 @item PC's under Linux, with the @code{gcc} compiler,
2411 @item PC's under Windows (Cygwin), with the @code{gcc} compiler,
2412 @item Sparc and UltraSparc Stations, with the @code{gcc} compiler.
2413 @end itemize
2415 @node Optional Features 
2416 @section Optional Features  
2417 The @code{configure} shell script attempts to guess correct values for
2418 various system-dependent variables and user options used during compilation.
2419 It uses those values to create the @code{Makefile}. Various user options
2420 are provided by the CLooG's configure script. They are summarized in the
2421 following list and may be printed by typing @code{./configure --help} in the
2422 CLooG top-level directory.
2424 @itemize @bullet
2425 @item By default, the installation directory is @code{/usr/local}:
2426 @code{make install} will install the package's files in
2427 @code{/usr/local/bin}, @code{/usr/local/lib} and @code{/usr/local/include}.
2428 The user can specify an installation prefix other than @code{/usr/local} by
2429 giving @code{configure} the option @code{--prefix=PATH}.
2431 @item By default, the isl backend will use the version of isl
2432 that is @code{bundled} together with CLooG.
2433 Using the @code{--with-isl} option of @code{configure}
2434 the user can specify that @code{no} isl,
2435 a previously installed (@code{system}) isl or a @code{build} isl
2436 should be used.
2437 In the latter case, the user should also specify the build location
2438 using @code{--with-isl-builddir=PATH}.
2439 In case of an installed isl,
2440 the installation location can be specified using the
2441 @code{--with-isl-prefix=PATH} and
2442 @code{--with-isl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2444 @item By default, the PolyLib backend will use an installed
2445 (@code{system}) PolyLib, if any.
2446 The installation location can be specified using the
2447 @code{--with-polylib-prefix=PATH} and
2448 @code{--with-polylib-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2449 Using the @code{--with-polylib} option of @code{configure}
2450 the user can specify that @code{no} PolyLib or a @code{build} PolyLib
2451 should be used.
2452 In the latter case, the user should also specify the build location
2453 using @code{--with-polylib-builddir=PATH}.
2455 @item By default, the PolyLib backend of CLooG is built
2456 in 64bits version if such version of the
2457 PolyLib is found by @code{configure}. If the only existing version of the
2458 PolyLib is the 32bits or if the user give to @code{configure} the option
2459 @code{--with-bits=32}, the 32bits version of CLooG will be compiled. In the
2460 same way, the option @code{--with-bits=gmp} have to be used to build
2461 the multiple precision version.
2463 @item By default, @code{configure} will look for the GMP library
2464 (necessary to build the multiple precision version) in standard
2465 locations. If necessary, the user can specify the GMP path by giving
2466 @code{configure} the option @code{--with-gmp-prefix=PATH} and/or
2467 @code{--with-gmp-exec-prefix=PATH}.
2469 @item By default, the OpenScop Library (osl) support is not enabled.
2470 @c @code{configure} will use the bundled OpenScop Library (osl).
2471 Using the @code{--with-osl} option of @code{configure}
2472 the user can specify that @code{no} osl,
2473 a previously installed (@code{system}) osl, a @code{bundled} osl, or a
2474 @code{build} osl should be used.
2475 In the latter case, the user should also specify the build location
2476 using @code{--with-osl-builddir=PATH}.
2477 In case of an installed osl,
2478 the installation location can be specified using the
2479 @code{--with-osl-prefix=PATH} and
2480 @code{--with-osl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2481 @end itemize
2483 @node Uninstallation 
2484 @section Uninstallation  
2485 The user can easily remove the CLooG software and library from his system
2486 by typing (as root if necessary) from the CLooG top-level directory
2487 @code{make uninstall}.
2489 @c %  **************************** DOCUMENTATION ******************************
2490 @node Documentation
2491 @chapter Documentation
2492 The CLooG distribution provides several documentation sources. First, the
2493 source code itself is as documented as possible. The code comments use a
2494 Doxygen-compatible presentation (something similar to what JavaDoc does for
2495 JAVA). The user may install Doxygen
2496 (see @code{http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen}) to automatically
2497 generate a technical documentation by typing @code{make doc} or
2498 @code{doxygen ./autoconf/Doxyfile} at the CLooG top-level directory after
2499 running the configure script (@pxref{Installing}). Doxygen will generate
2500 documentation sources (in HTML, LaTeX and man) in the @code{doc/source}
2501 directory of the CLooG distribution.
2503 The Texinfo sources of the present document are also provided in the @code{doc}
2504 directory. You can build it in either DVI format (by typing
2505 @code{texi2dvi cloog.texi}) or PDF format
2506 (by typing @code{texi2pdf cloog.texi}) or HTML format
2507 (by typing @code{makeinfo --html cloog.texi}, using @code{--no-split}
2508 option to generate a single HTML file) or info format
2509 (by typing @code{makeinfo cloog.texi}).
2511 @c %  ****************************** REFERENCES ********************************
2512 @node References
2513 @chapter References
2515 @itemize
2516 @item
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2546 @emph{http://www.infosun.fmi.uni-passau.de/cl/loopo/}
2548 @item
2549 @anchor{Qui00}[Qui00] F. Quiller@'e, S. Rajopadhye, and D. Wilde.
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2551 International Journal of Parallel Programming, 28(5):469-498,
2552 october 2000.
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2557 Technical Report 785, IRISA, Rennes, France, 1993.
2559 @end itemize
2564 @c % /*************************************************************************
2565 @c %  *                       PART VI: END OF THE DOCUMENT                    *
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2571 @bye