add cloog_union_domain_from_isl_union_set
[cloog.git] / doc / cloog.texi
blobaf489362204e487d58a1150d48ed3a7d717183b4
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         Naming
511 Statements       ::= Nb_statements Statement_list Naming
512 Scattering       ::= Nb_functions  Domain_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 Statement        ::= Iteration_domain 0 0 0
518 Iteration_domain ::= Domain_union
519 Domain_union     ::= Nb_domains Domain_list
520 Option           ::= 0 | 1
521 Language         ::= c | f
522 Nb_statements    ::= _Integer
523 Nb_domains       ::= _Integer
524 Nb_functions     ::= _Integer
525 @end example
527 @itemize @bullet
528 @item  @samp{Context} represents the informations that are
529        shared by all the statements. It consists on
530        the language used (which can be @samp{c} for C or @samp{f} for FORTRAN 90)
531        and the global constraints on parameters.
532        These constraints are essential
533        since they give to CLooG the number of parameters. If there is no
534        parameter or no constraints on parameters, just give a constraint
535        always satisfied like @math{1 \geq 0}. @samp{Naming} sets the parameter
536        names.
537        If the naming option @samp{Option} is 1, parameter names will be read
538        on the next line. There must be exactly as many names as parameters.
539        If the naming option @samp{Option} is 0, parameter names are
540        automatically generated. The name of the first parameter will
541        be @samp{M}, and the name of the @math{(n+1)^{th}} parameter directly
542        follows the name of the @math{n^{th}} parameter in ASCII code.
543        It is the user responsibility to ensure that parameter names,
544        iterators and scattering dimension names are different. 
545 @item  @samp{Statements} represents the informations on the statements.
546        @samp{Nb_statements} is the number of statements in the program, 
547        i.e. the number of @samp{Statement} items in the @samp{Statement_list}.
548        @samp{Statement} represents the informations on a given statement.
549        To each statement is associated a domain
550        (the statement iteration domain: @samp{Iteration_domain}) and three
551        zeroes that represents future options.
552        @samp{Naming} sets the iterator names. If the naming option
553        @samp{Option} is 1, the iterator names
554        will be read on the next line. There must be exactly as many names as
555        nesting level in the deepest iteration domain. If the naming option
556        @samp{Option} is 0, iterator names are automatically generated.
557        The iterator name of the outermost loop will be @samp{i}, and the
558        iterator name of the loop at level @math{n+1} directly follows the 
559        iterator name of the loop at level @math{n} in ASCII code. 
560 @item  @samp{Scattering} represents the informations on scattering functions.
561        @samp{Nb_functions} is the number of functions (it must be
562        equal to the number of statements or 0 if there is no scattering
563        function). The function themselves are represented through
564        @samp{Domain_list}.
565        @samp{Naming} sets the scattering dimension names. If the naming option
566        @samp{Option} is 1, the scattering dimension names will be read on the
567        next line.
568        There must be exactly as many names as scattering dimensions. If the
569        naming option @samp{Option} is 0, scattering dimension names are automatically
570        generated. The name of the @math{n^{th}} scattering dimension
571        will be @samp{cn}.
572 @end itemize
574 @menu
575 * Domain Representation::
576 * Scattering Representation::
577 @end menu
579 @node Domain Representation
580 @subsection Domain Representation
581 As shown by the grammar, the input file describes the various informations
582 thanks to characters, integers and domains. Each domain is defined by a set of
583 constraints in the PolyLib format (@pxref{Wil93}). They have the
584 following syntax:
585 @enumerate
586 @item some optional comment lines beginning with @samp{#},
587 @item the row and column numbers, possibly followed by comments,
588 @item the constraint rows, each row corresponds to a constraint the
589       domain have to satisfy. Each row must be on a single line and is possibly
590       followed by comments. The constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the
591       first element is 0, an inequality  @math{p(x) \geq 0} if the first element
592       is 1. The next elements are the unknown coefficients, followed by
593       the parameter coefficients. The last element is the constant factor.
594 @end enumerate
595 For instance, assuming that @samp{i}, @samp{j} and @samp{k} are iterators and
596 @samp{m} and @samp{n} are parameters, the domain defined by the following
597 constraints :
599 @tex
601 \hbox{$ \cases{ -i     + m &$\geq 0$\cr
602                     -j + n &$\geq 0$\cr
603                  i + j - k &$\geq 0$}$}
605 @end tex
607 @ifnottex
608 @example
609 @group
610    -i + m >= 0
611    -j + n >= 0
612 i + j - k >= 0
613 @end group
614 @end example
615 @end ifnottex
617 @noindent can be written in the input file as follows :
619 @example
620 @group
621 # This is the domain
622 3 7                      # 3 lines and 7 columns
623 # eq/in i  j  k  m  n  1 
624     1  -1  0  0  1  0  0 #    -i + m >= 0
625     1   0 -1  0  0  1  0 #    -j + n >= 0
626     1   1  1 -1  0  0  0 # i + j - k >= 0
627 @end group
628 @end example
630 Each iteration domain @samp{Iteration_domain} of a given statement
631 is a union of polyhedra
632 @samp{Domain_union}. A union is defined by its number of elements
633 @samp{Nb_domains} and the elements themselves @samp{Domain_list}.
634 For instance, let us consider the following pseudo-code:
636 @example
637 @group
638 for (i=1;i<=n;i++) @{
639   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
640     S1 ;
641   for (j=i+1;j<=m;j++)
642     S2 ;
643 @} 
644 @end group
645 @end example
647 @noindent The iteration domain of @samp{S1} can be divided into two
648 polyhedra and written in the input file as follows:
650 @example
651 @group
652 2 # Number of polyhedra in the union
653 # First domain
654 3 5                # 3 lines and 5 columns
655 # eq/in i  m  n  1 
656     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
657     1  -1  0  1  0 #  i <= n
658     1   1 -1  0  0 #  i >= m
659 # Second domain
660 3 5                # 3 lines and 5 columns
661 # eq/in i  m  n  1 
662     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
663     1  -1  0  1  0 #  i <= n
664     1  -1  2  0  0 #  i <= 2*m
665 @end group
666 @end example
668 @node Scattering Representation
669 @subsection Scattering Function Representation
670 Scattering functions are depicted in the input file thanks a representation
671 very close to the domain one.
672 An integer gives the number of functions @samp{Nb_functions} and each function
673 is represented by a domain. Each line of the domain corresponds to an equality
674 defining a dimension of the function. Note that at present
675 (CLooG @value{VERSION})
676 @strong{all functions must have the same scattering dimension number}. If a
677 user wants to set scattering functions with different dimensionality, he has
678 to complete the smaller one with zeroes to reach the maximum dimensionality.
679 For instance, let us consider the following code and
680 scheduling functions:
682 @example
683 @group
684 for (i=1;i<=n;i++) @{
685   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
686     S1 ;
687   for (j=i+1;j<=m;j++)
688     S2 ;
689 @} 
690 @end group
691 @end example
693 @tex
695 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i)      &$=  (i,0)^T$\cr
696                 \theta _{S2}(i,j)^T  &$=  (n,i+j)^T$}$}
698 @end tex
700 @ifnottex
701 @example
702 @group
703 T_S1(i)     = (i,0)^T
704 T_S2(i,j)^T = (n,i+j)^T
705 @end group
706 @end example
707 @end ifnottex
710 @noindent This scheduling can be written in the input file as follows:
712 @example
713 @group
714 2 # Number of scattering functions
715 # First function
716 2 7                          # 2 lines and 7 columns
717 # eq/in c1 c2  i  m  n  1 
718     0    1  0 -1  0  0  0    #  c1 = i
719     0    0  1  0  0  0  0    #  c2 = 0
720 # Second function
721 2 8                          # 2 lines and 8 columns
722 # eq/in c1 c2  i  j  m  n  1 
723     0    1  0  0  0  0 -1  0 #  c1 = n
724     0    0  1 -1 -1  0  0  0 #  c2 = i+j
725 @end group
726 @end example
727 The complete input file for the user who wants to generate the code for this
728 example with the preceding scheduling would be
729 (this file is provided in the CLooG distribution
730 as @code{test/manual_scattering.cloog}:
732 @example
733 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
734 c # language is C
736 # Context (no constraints on two parameters)
737 1 4                   # 1 lines and 4 columns
738 # eq/in m  n  1
739     1   0  0  0       # 0 >= 0, always true
741 1 # We want to set manually the parameter names
742 m n                   # parameter names
744 # --------------------- STATEMENTS --------------------
745 2 # Number of statements
747 2 # First statement: two domains
748 # First domain
749 3 5                   # 3 lines and 5 columns
750 # eq/in i  m  n  1
751     1   1  0  0 -1    # i >= 1
752     1  -1  0  1  0    # i <= n
753     1   1 -1  0  0    # i >= m
754 # Second domain
755 3 5                   # 3 lines and 5 columns
756 # eq/in i  m  n  1 
757     1   1  0  0 -1    # i >= 1
758     1  -1  0  1  0    # i <= n
759     1  -1  2  0  0    # i <= 2*m
760 0  0  0               # for future options
762 1 # Second statement: one domain
763 4 6                   # 4 lines and 6 columns
764 # eq/in i  j  m  n  1 
765     1   1  0  0  0 -1 # i >= 1
766     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
767     1  -1  1  0  0 -1 # j >= i+1
768     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
769 0  0  0               # for future options
771 1 # We want to set manually the iterator names
772 i j                   # iterator names
774 # --------------------- SCATTERING --------------------
775 2 # Scattering functions
776 # First function
777 2 7                   # 2 lines and 7 columns
778 # eq/in p1 p2  i  m  n  1 
779     0    1  0 -1  0  0  0    # p1 = i
780     0    0  1  0  0  0  0    # p2 = 0
781 # Second function
782 2 8                   # 2 lines and 8 columns
783 # eq/in p1 p2  i  j  m  n  1 
784     0    1  0  0  0  0 -1  0 # p1 = n
785     0    0  1 -1 -1  0  0  0 # p2 = i+j
787 1 # We want to set manually the scattering dimension names
788 p1 p2                 # scattering dimension names
789 @end example
792 @c %/*************************************************************************
793 @c % *                             Calling CLooG                             *
794 @c % *************************************************************************/
795 @node Calling CLooG
796 @section Calling CLooG
797 CLooG is called by the following command:
798 @example
799        cloog [ options | file ]
800 @end example
801 The default behavior of CLooG is to read the input informations from a file and
802 to print the generated code or pseudo-code on the standard output.
803 CLooG's behavior and the output code shape is under the user control thanks
804 to many options which are detailed a further section (@pxref{CLooG Options}).
805 @code{file} is the input file. @code{stdin} is a special value: when used,
806 input is standard input. For instance, we can call CLooG to treat the
807 input file @code{basic.cloog} with default options by typing:
808 @code{cloog basic.cloog} or @code{more basic.cloog | cloog stdin}.
810 @c %/*************************************************************************
811 @c % *                             CLooG Options                             *
812 @c % *************************************************************************/
813 @node CLooG Options
814 @section CLooG Options
816 @menu
817 * Last Depth to Optimize Control::
818 * First Depth to Optimize Control::
819 * Simplify Convex Hull::
820 * Once Time Loop Elimination::
821 * Equality Spreading::
822 * First Level for Spreading::
823 * Statement Block::
824 * Loop Strides::
825 * Compilable Code::
826 * Output::
827 * Help::
828 * Version ::
829 * Quiet ::
830 @end menu
832 @node Last Depth to Optimize Control
833 @subsection Last Depth to Optimize Control @code{-l <depth>}
835 @code{-l <depth>}: this option sets the last loop depth to be optimized in
836 control. The higher this depth, the less control overhead.
837 For instance, with some input file, a user can generate
838 different pseudo-codes with different @code{depth} values as shown below.
839 @example
840 @group
841 /* Generated using a given input file and @strong{option -l 1} */
842 for (i=0;i<=M;i++) @{
843   S1 ;
844   for (j=0;j<=N;j++) @{
845     S2 ;
846   @}
847   for (j=0;j<=N;j++) @{
848     S3 ;
849   @}
850   S4 ;
852 @end group
853 @end example
854 @example
855 @group
856 /* Generated using the same input file but @strong{option -l 2} */
857 for (i=0;i<=M;i++) @{
858   S1 ;
859   for (j=0;j<=N;j++) @{
860     S2 ;
861     S3 ;
862   @}
863   S4 ;
865 @end group
866 @end example
867      In this example we can see that this option can change the operation
868      execution order between statements. Let us remind that CLooG does not
869      make any speculation on dependences between statements
870      (@pxref{Scattering}). Thus if nothing (i.e. scattering functions)
871      forbids this, CLooG considers the above codes to be equivalent.
872      If there is no scattering functions, the minimum value for @code{depth}
873      is 1 (in the case of 0, the user doesn't really need a loop generator !),
874      and the number of scattering dimensions otherwise (CLooG will warn the
875      user if he doesn't respect such constraint).
876      The maximum value for depth is -1 (infinity).
877      Default value is infinity.
879 @node First Depth to Optimize Control
880 @subsection First Depth to Optimize Control @code{-f <depth>}
882      @code{-f <depth>}: this option sets the first loop depth to be optimized
883      in control. The lower this depth, the less control overhead (and the longer
884      the generated code). For instance, with some input file, a user
885      can generate different pseudo-codes with different @code{depth} values
886      as shown below.
887      The minimum value for @code{depth} is 1, and the
888      maximum value is -1 (infinity).
889      Default value is 1.
890 @example
891 @group
892 /* Generated using a given input file and @strong{option -f 3} */
893 for (i=1;i<=N;i++) @{
894   for (j=1;j<=M;j++) @{
895     S1 ;
896     if (j >= 10) @{
897       S2 ;
898     @}
899   @}
901 @end group
902 @end example
903 @example
904 @group
905 /* Generated using the same input file but @strong{option -f 2} */
906 for (i=1;i<=N;i++) @{
907   for (j=1;j<=9;j++) @{
908     S1 ;
909   @}
910   for (j=10;j<=M;j++) @{
911     S1 ;
912     S2 ;
913   @}
915 @end group
916 @end example
918 @node Simplify Convex Hull
919 @subsection  Simplify Convex Hull @code{-sh <boolean>}
921      @code{-sh <boolean>}: this option enables (@code{boolean=1})
922      or forbids (@code{boolean=0}) a simplification step
923      that may simplify some constraints.
924      This option works only for generated code without
925      code duplication (it means, you have to tune @code{-f} and
926      @code{-l} options first to generate only a loop nest with internal
927      guards). For instance, with the input file @code{test/union.cloog}, a user
928      can generate different pseudo-codes  as shown below.
929      Default value is 0.
930 @example
931 @group
932 /* Generated using test/union.cloog and @strong{option -f -1 -l 2 -override} */
933 for (i=0;i<=11;i++) @{
934   for (j=max(0,5*i-50);j<=min(15,5*i+10);j++) @{
935     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
936       S1 ;
937     @}
938     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
939       S2 ;
940     @}
941   @}
943 @end group
944 @end example
945 @example
946 @group
947 /* Generated using the same input file but @strong{option -sh 1 -f -1 -l 2 -override} */
948 for (i=0;i<=11;i++) @{
949   for (j=0;j<=15;j++) @{
950     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
951       S1 ;
952     @}
953     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
954       S2 ;
955     @}
956   @}
958 @end group
959 @end example
961 @node Once Time Loop Elimination
962 @subsection Once Time Loop Elimination @code{-otl <boolean>}
964      @code{-otl <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
965      forbids (@code{boolean=0}) the simplification of loops running
966      once. Default value is 1.
967 @example
968 @group
969 /* Generated using a given input file and @strong{option -otl 0} */
970 for (j=i+1;j<=i+1;j++) @{
971   S1 ;
973 @end group
974 @end example
975 @example
976 @group
977 /* Generated using the same input file but @strong{option -otl 1} */
978 j = i+1 ;
979 S1 ;
980 @end group
981 @end example
984 @node Equality Spreading 
985 @subsection Equality Spreading @code{-esp <boolean>}
987      @code{-esp <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
988      forbids (@code{boolean=0}) values spreading when there
989      are equalities. Default value is 1.
990 @example
991 @group
992 /* Generated using a given input file and @strong{option -esp 0} */
993 i = M+2 ;
994 j = N ;
995 for (k=i;k<=j+M;k++) @{
996   S1 ;
998 @end group
999 @end example
1000 @example
1001 @group
1002 /* Generated using the same input file but @strong{option -esp 1} */
1003 for (k=M+2;k<=N+M;k++) @{
1004   S1(i = M+2, j = N) ;
1006 @end group
1007 @end example
1010 @node First Level for Spreading 
1011 @subsection First Level for Spreading @code{-fsp <level>}
1013      @code{-fsp <level>}: it can be useful to set a
1014      first level to begin equality spreading. Particularly when using
1015      scattering functions, the user may want to see the scattering dimension
1016      values instead of spreading or hiding them. If user has set a
1017      spreading, @code{level} is
1018      the first level to start it. Default value is 1.
1019 @example
1020 @group
1021 /* Generated using a given input file and @strong{option -fsp 1} */
1022 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1023   S1(i = N) ;
1025 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1026   S1(i = M) ;
1028 @end group
1029 @end example
1030 @example
1031 @group
1032 /* Generated using the same input file but @strong{option -fsp 2} */
1033 c1 = N ;
1034 for (j=0;j<=c1+M;j++) @{
1035   S1(i = c1) ;
1037 c1 = M ;
1038 for (j=0;j<=N+c1;j++) @{
1039   S1(i = c1) ;
1041 @end group
1042 @end example
1045 @node Statement Block  
1046 @subsection Statement Block @code{-block <boolean>}
1048      @code{-block <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) to
1049      create a statement block for each new iterator, even if there is only
1050      an equality. This can be useful in order to parse the generated
1051      pseudo-code. When @code{boolean} is set to 0 or when the generation
1052      language is FORTRAN, this feature is disabled. Default value is 0.
1053 @example
1054 @group
1055 /* Generated using a given input file and @strong{option -block 0} */
1056 i = M+2 ;
1057 j = N ;
1058 S1 ;
1059 @end group
1060 @end example
1061 @example
1062 @group
1063 /* Generated using the same input file but @strong{option -block 1} */
1064 @{ i = M+2 ;
1065   @{ j = N ;
1066     S1 ;
1067   @}
1069 @end group
1070 @end example
1073 @node Loop Strides 
1074 @subsection Loop Strides @code{-strides <boolean>}
1076      @code{-strides <boolean>}: this options allows (@code{boolean=1}) to
1077      handle non-unit strides for loop increments. This can remove a lot of
1078      guards and make the generated code more efficient. Default value is 0.
1079 @example
1080 @group
1081 /* Generated using a given input file and @strong{option -strides 0} */
1082 for (i=1;i<=n;i++) @{
1083   if (i%2 == 0) @{
1084     S1(j = i/2) ;
1085   @}
1086   if (i%4 == 0) @{
1087     S2(j = i/4) ;
1088   @}
1090 @end group
1091 @end example
1092 @example
1093 @group
1094 /* Generated using the same input file but @strong{option -strides 1} */
1095 for (i=2;i<=n;i+=2) @{
1096   S1(j = i/2) ;
1097   if (i%4 == 0) @{
1098     S2(j = i/4) ;
1099   @}
1101 @end group
1102 @end example
1104 @node Compilable Code
1105 @subsection Compilable Code @code{-compilable <value>}
1107      @code{-compilable <value>}: this options allows (@code{value} is not 0)
1108      to generate a compilable code where all parameters have the integral value
1109      @code{value}. This option creates a macro for each statement. Since
1110      CLooG do not know anything about the statement sources, it fills the
1111      macros with a basic increment that computes the total number of
1112      scanned integral points. The user may change easily the macros according
1113      to his own needs. This option is possible only if the generated code is
1114      in C. Default value is 0.
1115 @example
1116 @group
1117 /* Generated using a given input file and @strong{option -compilable 0} */
1118 for (i=0;i<=n;i++) @{
1119   for (j=0;j<=n;j++) @{
1120     S1 ;
1121     S2 ;
1122   @}
1123   S3 ;
1125 @end group
1126 @end example
1127 @example
1128 /* Generated using the same input file but @strong{option -compilable 10} */
1129 /* DON'T FORGET TO USE -lm OPTION TO COMPILE. */
1131 /* Useful headers. */
1132 #include <stdio.h>
1133 #include <stdlib.h>
1134 #include <math.h>
1136 /* Parameter value. */
1137 #define PARVAL 10
1139 /* Statement macros (please set). */
1140 #define S1(i,j) @{total++;@}
1141 #define S2(i,j) @{total++;@}
1142 #define S3(i)   @{total++;@}
1144 int main() @{
1145   /* Original iterators. */
1146   int i, j ;
1147   /* Parameters. */
1148   int n=PARVAL, total=0 ;
1150   for (i=0;i<=n;i++) @{
1151     for (j=0;j<=n;j++) @{
1152       S1(i,j) ;
1153       S2(i,j) ;
1154     @}
1155     S3(i) ;
1156   @}
1158   printf("Number of integral points: %d.\n",total) ;
1159   return 0 ;
1161 @end example
1163 @node Callable Code
1164 @subsection Callable Code @code{-callable <boolean>}
1166      @code{-callable <boolean>}: if @code{boolean=1}, then a @code{test}
1167      function will be generated that has the parameters as arguments.
1168      Similarly to the @code{-compilable} option,
1169      a macro for each statement is generated.  The generated definitions of
1170      these macros are as used during the correctness testing, but they
1171      can easily be changed by the user to suit her own needs.
1172      This option is only available if the target language is C.
1173      The default value is 0.
1175 @example
1176 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 0} */
1177 for (i=0;i<=M;i++) @{
1178   S1 ;
1179   for (j=0;j<=N;j++) @{
1180     S2 ;
1181     S3 ;
1182   @}
1183   S4 ;
1185 @end example
1186 @example
1187 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 1} */
1188 extern void hash(int);
1190 /* Useful macros. */
1191 #define floord(n,d) (((n)<0) ? ((n)-(d)+1)/(d) : (n)/(d))
1192 #define ceild(n,d)  (((n)<0) ? (n)/(d) : ((n)+(d)+1)/(d))
1193 #define max(x,y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
1194 #define min(x,y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))
1196 #define S1(i) @{ hash(1); hash(i); @}
1197 #define S2(i,j) @{ hash(2); hash(i); hash(j); @}
1198 #define S3(i,j) @{ hash(3); hash(i); hash(j); @}
1199 #define S4(i) @{ hash(4); hash(i); @}
1201 void test(int M, int N)
1203   /* Original iterators. */
1204   int i, j;
1205   for (i=0;i<=M;i++) @{
1206     S1(i) ;
1207     for (j=0;j<=N;j++) @{
1208       S2(i,j) ;
1209       S3(i,j) ;
1210     @}
1211     S4(i) ;
1212   @}
1214 @end example
1216 @node Output
1217 @subsection Output @code{-o <output>}
1219      @code{-o <output>}: this option sets the output file. @code{stdout} is a
1220      special value: when used, output is standard output.
1221      Default value is @code{stdout}.
1223 @node Help
1224 @subsection Help @code{--help} or @code{-h}
1226      @code{--help} or @code{-h}: this option ask CLooG to print a short help.
1228 @node Version
1229 @subsection Version @code{--version} or @code{-v}
1231      @code{--version} or @code{-v}: this option ask CLooG to print some version
1232      informations.
1234 @node Quiet
1235 @subsection Quiet @code{--quiet} or @code{-q}
1237      @code{--quiet} or @code{-q}: this option tells CLooG not to print
1238      any informational messages.
1241 @c %/*************************************************************************
1242 @c % *                           A Full Example                              *
1243 @c % *************************************************************************/
1244 @node Full Example
1245 @section A Full Example
1247 Let us consider the allocation problem of a Gaussian elimination, i.e. we want
1248 to distribute the various statement instances of the compute kernel onto
1249 different processors. The original code is the following:
1250 @example
1251 @group
1252 for (i=1;j<=N-1;i++) @{
1253   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
1254     c[i][j] = a[j][i]/a[i][i] ;    /* S1 */
1255     for (k=i+1;k<=N;k++) @{
1256       a[j][k] -= c[i][j]*a[i][k] ; /* S2 */
1257     @}
1258   @}
1260 @end group
1261 @end example
1263 @noindent The best affine allocation functions can be found by any good automatic
1264 parallelizer like LooPo (@pxref{Gri04}):
1266 @tex
1268 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i)$\cr
1269                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k)$}$}
1271 @end tex
1273 @ifnottex
1274 @example
1275 @group
1276 T_S1(i,j)^T   = (i)
1277 T_S2(i,j,k)^T = (k)
1278 @end group
1279 @end example
1280 @end ifnottex
1282 @noindent To ensure that on each processor, the set of statement instances is
1283 executed according to the original ordering, we add as minor scattering
1284 dimensions the original scheduling (@pxref{Scattering}):
1286 @tex
1288 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0)^T$\cr
1289                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1291 @end tex
1293 @ifnottex
1294 @example
1295 @group
1296 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0)^T
1297 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1298 @end group
1299 @end example
1300 @end ifnottex
1302 @noindent To ensure that the scattering functions have the same dimensionality, we
1303 complete the first function with zeroes
1304 (this is a CLooG @value{VERSION} and previous versions requirement,
1305 it should be removed in a future version, don't worry it's absolutely legal !):
1307 @tex
1309 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0,0,0)^T$\cr
1310                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1312 @end tex
1314 @ifnottex
1315 @example
1316 @group
1317 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0,0,0)^T
1318 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1319 @end group
1320 @end example
1321 @end ifnottex
1323 @noindent The input file corresponding to this code generation problem
1324 could be (this file is provided in the CLooG distribution
1325 as @code{test/manual_gauss.cloog}:
1327 @example
1328 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
1329 c # language is C
1331 # Context (no constraints on one parameter)
1332 1 3                     # 1 line and 3 columns    
1333 # eq/in n  1
1334     1   0  0            # 0 >= 0, always true
1336 1 # We want to set manually the parameter name
1337 n                       # parameter name
1339 # --------------------- STATEMENTS --------------------
1340 2 # Number of statements
1342 1 # First statement: one domain
1343 4 5                     # 4 lines and 3 columns
1344 # eq/in i  j  n  1
1345     1   1  0  0 -1      # i >= 1
1346     1  -1  0  1 -1      # i <= n-1
1347     1  -1  1  0 -1      # j >= i+1
1348     1   0 -1  1  0      # j <= n
1349 0  0  0                 # for future options
1352 # Second statement: one domain
1353 6 6                     # 6 lines and 3 columns
1354 # eq/in i  j  k  n  1
1355     1   1  0  0  0 -1   # i >= 1
1356     1  -1  0  0  1 -1   # i <= n-1
1357     1  -1  1  0  0 -1   # j >= i+1
1358     1   0 -1  0  1  0   # j <= n
1359     1  -1  0  1  0 -1   # k >= i+1
1360     1   0  0 -1  1  0   # k <= n
1361 0  0  0                 # for future options
1363 0 # We let CLooG set the iterator names
1365 # --------------------- SCATTERING --------------------
1366 2 # Scattering functions
1367 # First function
1368 8 13                    # 3 lines and 3 columns
1369 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  n  1
1370     0    1  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p1 = i
1371     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0     # p2 = 0
1372     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p3 = i
1373     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0     # p4 = 0
1374     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0     # p5 = j
1375     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0     # p6 = 0
1376     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0     # p7 = 0
1377     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0     # p8 = 0
1378 # Second function
1379 8 14                    # 3 lines and 3 columns
1380 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  k  n  1
1381     0    1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  # p1 = k
1382     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p2 = 0
1383     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0  0  # p3 = i
1384     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p4 = 0
1385     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0  0  # p5 = j
1386     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0 -1  # p6 = 1
1387     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0 -1  0  0  # p7 = k
1388     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  # p8 = 0
1390 1 # We want to set manually the scattering dimension names
1391 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 # scattering dimension names
1392 @end example
1394 Calling CLooG, with for instance the command line
1395 @code{cloog -fsp 2 gauss.cloog} for a better view
1396 of the allocation (the processor number is given by @code{p1}),
1397 will result on the following target code that actually implements
1398 the transformation. A minor processing on the dimension @code{p1}
1399 to implement, e.g., MPI calls, which is not shown here may
1400 result in dramatic speedups !
1402 @example
1403 if (n >= 2) @{
1404   p1 = 1 ;
1405   for (p5=2;p5<=n;p5++) @{
1406     S1(i = 1,j = p5) ;
1407   @}
1409 for (p1=2;p1<=n-1;p1++) @{
1410   for (p3=1;p3<=p1-1;p3++) @{
1411     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1412       S2(i = p3,j = p5,k = p1) ;
1413     @}
1414   @}
1415   for (p5=p1+1;p5<=n;p5++) @{
1416     S1(i = p1,j = p5) ;
1417   @}
1419 if (n >= 2) @{
1420   p1 = n ;
1421   for (p3=1;p3<=n-1;p3++) @{
1422     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1423       S2(i = p3,j = p5,k = n) ;
1424     @}
1425   @}
1427 @end example
1430 @c %/*************************************************************************
1431 @c % *                           A Full Example                              *
1432 @c % *************************************************************************/
1433 @node CLooG Library
1434 @chapter Using the CLooG Library
1435 The CLooG Library was implemented to allow the user to call CLooG
1436 directly from his programs, without file accesses or system calls. The
1437 user only needs to link his programs with C libraries. The CLooG
1438 library mainly provides one function (@code{cloog_clast_create_from_input})
1439 which takes as input the problem
1440 description with some options, and returns the data structure corresponding
1441 to the generated code (a @code{struct clast_stmt} structure)
1442 which is more or less an abstract syntax tree.
1443 The user can work with this data structure and/or use
1444 our pretty printing function to write the final code in either C or FORTRAN.
1445 Some other functions are provided for convenience reasons.
1446 These functions as well as the data structures are described in this section.
1448 @menu
1449 * CLooG Data Structures::
1450 * CLooG Output::
1451 * Example of Library Utilization::
1452 @end menu
1455 @node CLooG Data Structures
1456 @section CLooG Data Structures Description
1457 In this section, we describe the data structures used by the loop
1458 generator to represent and to process a code generation problem.
1460 @menu
1461 * CloogState::
1462 * CloogMatrix::
1463 * CloogDomain::
1464 * CloogScattering::
1465 * CloogUnionDomain::
1466 * CloogStatement::
1467 * CloogOptions::
1468 * CloogInput::
1469 @end menu
1472 @node CloogState
1473 @subsection CloogState
1474 @example
1475 @group
1476 CloogState *cloog_state_malloc(void);
1477 void cloog_state_free(CloogState *state);
1478 @end group
1479 @end example
1481 @noindent The @code{CloogState} structure is (implicitly) needed to perform
1482 any CLooG operation.  It should be created using @code{cloog_state_malloc}
1483 before any other CLooG objects are created and destroyed using
1484 @code{cloog_state_free} after all objects have been freed.
1485 It is allowed to use more than one @code{CloogState} structure at
1486 the same time, but an object created within the state of a one
1487 @code{CloogState} structure is not allowed to interact with an object
1488 created within the state of an other @code{CloogState} structure.
1491 @node CloogMatrix
1492 @subsection CloogMatrix
1494 @noindent The @code{CloogMatrix} structure is equivalent to the PolyLib
1495 @code{Matrix} data structure (@pxref{Wil93}). This structure is devoted to
1496 represent a set of constraints.
1498 @example
1499 @group
1500 struct cloogmatrix
1501 @{ unsigned NbRows ;    /* Number of rows. */
1502   unsigned NbColumns ; /* Number of columns. */
1503   cloog_int_t **p;     /* Array of pointers to the matrix rows. */
1504   cloog_int_t *p_Init; /* Matrix rows contiguously in memory. */
1506 typedef struct cloogmatrix CloogMatrix;
1508 CloogMatrix *cloog_matrix_alloc(unsigned NbRows, unsigned NbColumns);
1509 void cloog_matrix_print(FILE *foo, CloogMatrix *m);
1510 void cloog_matrix_free(CloogMatrix *matrix);
1511 @end group
1512 @end example
1514 @noindent The whole matrix is stored in memory row after row at the
1515 @code{p_Init} address. @code{p} is an array of pointers where
1516 @code{p[i]} points to the first element of the @math{i^{th}} row.
1517 @code{NbRows} and @code{NbColumns} are respectively the number of
1518 rows and columns of the matrix. 
1519 Each row corresponds to a constraint. The first element of each row is an
1520 equality/inequality tag. The
1521 constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the first element is 0, but it is
1522 an inequality @math{p(x) \geq 0} if the first element is 1.
1523 The next elements are the coefficients of the unknowns,
1524 followed by the coefficients of the parameters, and finally the constant term.
1525 For instance, the following three constraints:
1527 @tex
1529 \hbox{$ \cases{ -i + m       &$= 0$\cr
1530                 -j + n       &$\geq 0$\cr
1531                  j + i - k   &$\geq 0$}$}
1533 @end tex
1535 @ifnottex
1536 @example
1537 @group
1538     -i + m  = 0
1539     -j + n >= 0
1540  i + j - k >= 0
1541 @end group
1542 @end example
1543 @end ifnottex
1545 @noindent would be represented by the following rows:
1547 @example
1548 @group
1549 # eq/in  i   j   k   m   n   cst
1550     0    0  -1   0   1   0    0 
1551     1   -1   0   0   0   1    0 
1552     1    1   1  -1   0   0    0 
1553 @end group
1554 @end example
1556 @noindent To be able to provide different precision version (CLooG
1557 supports 32 bits, 64 bits and arbitrary precision through the GMP library),
1558 the @code{cloog_int_t} type depends on the configuration options (it may be
1559 @code{long int} for 32 bits version, @code{long long int} for 64 bits version,
1560 and @code{mpz_t} for multiple precision version).
1562 @node CloogDomain
1563 @subsection CloogDomain
1564 @example
1565 @group
1566 CloogDomain *cloog_domain_union_read(CloogState *state,
1567                                      FILE *input, int nb_parameters);
1568 CloogDomain *cloog_domain_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1569                                     CloogMatrix *matrix, int nb_par);
1570 void cloog_domain_free(CloogDomain *domain);
1571 @end group
1572 @end example
1574 @noindent @code{CloogDomain} is an opaque type representing a polyhedral
1575 domain (a union of polyhedra).
1576 A @code{CloogDomain} can be read
1577 from a file using @code{cloog_domain_union_read} or
1578 converted from a @code{CloogMatrix}.
1579 The input format for @code{cloog_domain_union_read}
1580 is that of @ref{Domain Representation}.
1581 The function @code{cloog_domain_from_cloog_matrix} takes a @code{CloogState}, a
1582 @code{CloogMatrix} and @code{int} as input and returns a pointer to a
1583 @code{CloogDomain}. @code{matrix} describes the domain and @code{nb_par} is the
1584 number of parameters in this domain. The input data structures are neiter
1585 modified nor freed.
1586 The @code{CloogDomain} can be freed using @code{cloog_domain_free}.
1587 There are also some backend dependent functions for creating
1588 @code{CloogDomain}s.
1590 @menu
1591 * CloogDomain/PolyLib::
1592 * CloogDomain/isl::
1593 @end menu
1595 @node CloogDomain/PolyLib
1596 @subsubsection PolyLib
1598 @example
1599 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1600 CloogDomain *cloog_domain_from_polylib_polyhedron(CloogState *state,
1601                                         Polyhedron *, int nb_par);
1602 @end example
1603 @noindent
1604 The function @code{cloog_domain_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1605 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1606 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1607 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1609 @node CloogDomain/isl
1610 @subsubsection isl
1612 @example
1613 #include <cloog/isl/cloog.h>
1614 CloogDomain *cloog_domain_from_isl_set(struct isl_set *set);
1615 @end example
1616 @noindent
1617 The function @code{cloog_domain_from_isl_set} takes a
1618 @code{struct isl_set} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1619 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_set}.
1622 @node CloogScattering
1623 @subsection CloogScattering
1624 @example
1625 @group
1626 CloogScattering *cloog_domain_read_scattering(CloogDomain *domain,
1627                                               FILE *foo);
1628 CloogScattering *cloog_scattering_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1629                          CloogMatrix *matrix, int nb_scat, int nb_par);
1630 void cloog_scattering_free(CloogScattering *);
1631 @end group
1632 @end example
1634 @noindent
1635 The @code{CloogScattering} type represents a scattering function.
1636 A @code{CloogScattering} for a given @code{CloogDomain} can be read
1637 from a file using @code{cloog_scattering_read} or converted
1638 from a @code{CloogMatrix} using @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix}.
1639 The function @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix} takes a
1640 @code{CloogState}, a @code{CloogMatrix} and two @code{int}s as input and
1641 returns a
1642 pointer to a @code{CloogScattering}.
1643 @code{matrix} describes the scattering, while @code{nb_scat} and
1644 @code{nb_par} are the number of scattering dimensions and
1645 the number of parameters, respectively. The input data structures are
1646 neiter modified nor freed.
1647 A @code{CloogScattering} can be freed using @code{cloog_scattering_free}.
1648 There are also some backend dependent functions for creating
1649 @code{CloogScattering}s.
1651 @menu
1652 * CloogScattering/PolyLib::
1653 * CloogScattering/isl::
1654 @end menu
1656 @node CloogScattering/PolyLib
1657 @subsubsection PolyLib
1659 @example
1660 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1661 CloogScattering *cloog_scattering_from_polylib_polyhedron(
1662         CloogState *state, Polyhedron *polyhedron, int nb_par);
1663 @end example
1664 @noindent
1665 The function @code{cloog_scattering_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1666 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1667 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1668 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1670 @node CloogScattering/isl
1671 @subsubsection isl
1673 @example
1674 #include <cloog/isl/cloog.h>
1675 CloogScattering *cloog_scattering_from_isl_map(struct isl_map *map);
1676 @end example
1677 @noindent
1678 The function @code{cloog_scattering_from_isl_map} takes a
1679 @code{struct isl_map} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1680 The outut dimensions of the @code{struct isl_map} correspond to the
1681 scattering dimensions, while the input dimensions correspond to the
1682 domain dimensions.
1683 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_map}.
1686 @node CloogUnionDomain
1687 @subsection CloogUnionDomain
1688 @example
1689 @group
1690 enum cloog_dim_type @{ CLOOG_PARAM, CLOOG_ITER, CLOOG_SCAT @};
1692 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_alloc(int nb_par);
1693 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_add_domain(CloogUnionDomain *ud,
1694         const char *name, CloogDomain *domain,
1695         CloogScattering *scattering, void *usr);
1696 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_set_name(CloogUnionDomain *ud,
1697         enum cloog_dim_type type, int index, const char *name);
1698 void cloog_union_domain_free(CloogUnionDomain *ud);
1699 @end group
1700 @end example
1702 @noindent A @code{CloogUnionDomain} structure represents a union
1703 of scattered named domains.  A @code{CloogUnionDomain} is
1704 initialized by a call to @code{cloog_union_domain_alloc},
1705 after which domains can be added using @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1707 @code{cloog_union_domain_alloc} takes the number of parameters as input.
1708 @code{cloog_union_domain_add_domain} takes a previously created
1709 @code{CloogUnionDomain} as input along with an optional name,
1710 a domain, an optional scattering function and a user pointer.
1711 The name may be @code{NULL} and is duplicated if it is not.
1712 If no name is specified, then the statements will be named according
1713 to the order in which they were added.
1714 @code{domain} and @code{scattering} are taken over
1715 by the @code{CloogUnionDomain}.  @code{scattering} may be @code{NULL},
1716 but it must be consistently @code{NULL} or not over all calls
1717 to @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1718 @code{cloog_union_domain_set_name} can be used to set the names
1719 of parameters, iterators and scattering dimensions.
1720 The names of iterators and scattering dimensions can only be set
1721 after all domains have been added.
1723 There is also a backend dependent function for creating
1724 @code{CloogUnionDomain}s.
1726 @menu
1727 * CloogUnionDomain/isl::
1728 @end menu
1730 @node CloogUnionDomain/isl
1731 @subsubsection isl
1733 @example
1734 #include <cloog/isl/cloog.h>
1735 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_map(
1736         __isl_take isl_union_map *umap);
1737 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_set(
1738         __isl_take isl_union_set *uset);
1739 @end example
1740 @noindent
1741 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_map} takes a
1742 @code{isl_union_map} as input and returns a pointer
1743 to a @code{CloogUnionDomain}.
1744 The input is a mapping from different
1745 spaces (different tuple names and possibly different dimensions)
1746 to a common space.  The iteration domains are set to the domains
1747 in each space.  The statement names are set to the names of the
1748 spaces.  The parameter names of the result are set to those of
1749 the input, but the iterator and scattering dimension names are
1750 left unspecified.
1751 The function consumes a reference to the given @code{isl_union_map}.
1752 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_set} is similar,
1753 but takes unscattered domains as input.
1756 @node CloogStatement
1757 @subsection CloogStatement
1758 @example
1759 @group
1760 struct cloogstatement
1761 @{ int number ;                  /* The statement unique number. */
1762   char *name;                   /* Name of the statement. */
1763   void * usr ;                  /* Pointer for user's convenience. */
1764   struct cloogstatement * next ;/* Next element of the linked list. */
1765 @} ;
1766 typedef struct cloogstatement CloogStatement ;
1768 CloogStatement *cloog_statement_malloc(CloogState *state);
1769 void cloog_statement_print(FILE *, CloogStatement *);
1770 void cloog_statement_free(CloogStatement *);
1771 @end group
1772 @end example
1774 @noindent The @code{CloogStatement} structure represents a @code{NULL}
1775 terminated linked
1776 list of statements. In CLooG, a statement is only defined by its unique
1777 number (@code{number}). The user can use the pointer @code{usr} for his
1778 own convenience to link his own statement representation to the
1779 corresponding @code{CloogStatement} structure. The whole management of the
1780 @code{usr} pointer is under the responsibility of the user, in particular,
1781 CLooG never tries to print, to allocate or to free a memory block pointed
1782 by @code{usr}. 
1786 @node CloogOptions
1787 @subsection CloogOptions
1788 @example
1789 @group
1790 struct cloogoptions
1791 @{ int l ;                     /* -l option.          */
1792   int f ;                     /* -f option.          */
1793   int strides ;               /* -strides option.    */
1794   int sh ;                    /* -sh option.         */
1795   int esp ;                   /* -esp option.        */
1796   int fsp ;                   /* -fsp option.        */
1797   int otl ;                   /* -otl option.        */
1798   int block ;                 /* -block option.      */
1799   int cpp ;                   /* -cpp option.        */
1800   int compilable ;            /* -compilable option. */
1801   int language;               /* LANGUAGE_C or LANGUAGE_FORTRAN */
1802 @} ;
1803 typedef struct cloogoptions CloogOptions ;
1805 CloogOptions *cloog_options_malloc(CloogState *state);
1806 void cloog_options_print(FILE *foo, CloogOptions *options);
1807 void cloog_options_free(CloogOptions *options);
1808 @end group
1809 @end example
1811 @noindent The @code{CloogOptions} structure contains all the possible options to
1812 rule CLooG's behaviour (@pxref{Calling CLooG}).
1813 As a reminder, the default values are:
1814 @itemize @bullet
1815 @item @math{l = -1} (optimize control until the innermost loops),
1816 @item @math{f = 1} (optimize control from the outermost loops),
1817 @item @math{strides = 0} (use only unit strides),
1818 @item @math{sh = 0} (do not simplify convex hulls),
1819 @item @math{esp = 1} (do not spread complex equalities),
1820 @item @math{fsp = 1} (start to spread from the first iterators),
1821 @item @math{otl = 1} (simplify loops running only once).
1822 @item @math{block = 0} (do not make statement blocks when not necessary).
1823 @item @math{cpp = 0} (do not generate a compilable part of code using preprocessor).
1824 @item @math{compilable = 0} (do not generate a compilable code).
1825 @end itemize 
1828 @node CloogInput
1829 @subsection CloogInput
1830 @example
1831 @group
1832 CloogInput *cloog_input_read(FILE *file, CloogOptions *options);
1833 CloogInput *cloog_input_alloc(CloogDomain *context,
1834                                 CloogUnionDomain *ud);
1835 void cloog_input_free(CloogInput *input);
1837 void cloog_input_dump_cloog(FILE *, CloogInput *, CloogOptions *);
1838 @end group
1839 @end example
1841 @noindent A @code{CloogInput} structure represents the input to CLooG.
1842 It is essentially a @code{CloogUnionDomain} along with a context
1843 @code{CloogDomain}.  A @code{CloogInput} can be created from
1844 a @code{CloogDomain} and a @code{CloogUnionDomains} using
1845 @code{cloog_input_alloc}, or it can be read from a CLooG input
1846 file using @code{cloog_input_read}.  The latter also modifies
1847 the @code{language} field of the @code{CloogOptions} structure.
1848 The constructed @code{CloogInput} can be used as input
1849 to a @code{cloog_clast_create_from_input} call.
1851 A @code{CloogInput} data structure and a @code{CloogOptions} contain
1852 the same information as a .cloog file. This function dumps the .cloog
1853 description of the given data structures into a file.
1855 @node Dump CLooG Input File Function
1856 @subsection Dump CLooG Input File Function
1857 @example
1858 @end example
1860 @node CLooG Output
1861 @section CLooG Output
1863 @noindent
1864 Given a description of the input,
1865 an AST corresponding to the @code{CloogInput} can be constructed
1866 using @code{cloog_clast_create_from_input} and destroyed using
1867 @code{free_clast_stmt}.
1868 @example
1869 struct clast_stmt *cloog_clast_create_from_input(CloogInput *input,
1870                                       CloogOptions *options);
1871 void free_clast_stmt(struct clast_stmt *s);
1872 @end example
1873 @noindent
1874 @code{clast_stmt} represents a linked list of ``statements''.
1875 @example
1876 struct clast_stmt @{
1877     const struct clast_stmt_op    *op;
1878     struct clast_stmt   *next;
1880 @end example
1881 @noindent
1882 The entries in the list are not of type @code{clast_stmt} itself,
1883 but of some larger type.  The following statement types are defined
1884 by CLooG.
1886 @example
1887 struct clast_root @{
1888     struct clast_stmt   stmt;
1889     CloogNames *        names;
1891 struct clast_root *new_clast_root(CloogNames *names);
1893 struct clast_assignment @{
1894     struct clast_stmt   stmt;
1895     const char *        LHS;
1896     struct clast_expr * RHS;
1898 struct clast_assignment *new_clast_assignment(const char *lhs,
1899                                               struct clast_expr *rhs);
1901 struct clast_block @{
1902     struct clast_stmt   stmt;
1903     struct clast_stmt * body;
1905 struct clast_block *new_clast_block(void);
1907 struct clast_user_stmt @{
1908     struct clast_stmt   stmt;
1909     CloogStatement *    statement;
1910     struct clast_stmt * substitutions;
1912 struct clast_user_stmt *new_clast_user_stmt(CloogStatement *stmt, 
1913                                             struct clast_stmt *subs);
1915 struct clast_for @{
1916     struct clast_stmt   stmt;
1917     const char *        iterator;
1918     struct clast_expr * LB;
1919     struct clast_expr * UB;
1920     cloog_int_t         stride;
1921     struct clast_stmt * body;
1923 struct clast_for *new_clast_for(const char *it, struct clast_expr *LB, 
1924                          struct clast_expr *UB, cloog_int_t stride);
1926 struct clast_guard @{
1927     struct clast_stmt   stmt;
1928     struct clast_stmt * then;
1929     int                 n;
1930     struct clast_equation       eq[1];
1932 struct clast_guard *new_clast_guard(int n);
1933 @end example
1934 @noindent
1935 The @code{clast_stmt} returned by @code{cloog_clast_create}
1936 is a @code{clast_root}.
1937 It contains a placeholder for all the variable names that appear
1938 in the AST and a (list of) nested statement(s).
1940 @noindent
1941 A @code{clast_assignment} assigns the value given by
1942 the @code{clast_expr} @code{RHS} to a variable named @code{LHS}.
1944 @noindent
1945 A @code{clast_block} groups a list of statements into one statement.
1946 These statements are only generated if the @code{block} option is set,
1947 @pxref{Statement Block} and @ref{CloogOptions}.
1949 @noindent
1950 A @code{clast_user_stmt} represents a call to a statement specified
1951 by the user, @pxref{CloogStatement}.
1952 @code{substitutions} is a list of @code{clast_assignment} statements
1953 assigning an expression in terms of the scattering dimensions to
1954 each of the original iterators in the original order.
1955 The @code{LHS}s of these assignments are left blank (@code{NULL}).
1957 @noindent
1958 A @code{clast_for} represents a for loop, iterating @code{body} for each
1959 value of @code{iterator} between @code{LB} and @code{UB} in steps
1960 of size @code{stride}.
1962 @noindent
1963 A @code{clast_guard} represents the guarded execution of the @code{then}
1964 (list of) statement(s) by a conjunction of @code{n} (in)equalities.
1965 Each (in)equality is represented by a @code{clast_equation}.
1966 @example
1967 struct clast_equation @{
1968     struct clast_expr * LHS;
1969     struct clast_expr * RHS;
1970     int                 sign;
1972 @end example
1973 @noindent
1974 The condition expressed by a @code{clast_equation} is
1975 @code{LHS <= RHS}, @code{LHS == RHS} or @code{LHS >= RHS}
1976 depending on whether @code{sign} is less than zero, equal
1977 to zero, or greater than zero.
1979 The dynamic type of a @code{clast_stmt} can be determined
1980 using the macro @code{CLAST_STMT_IS_A(stmt,type)},
1981 where @code{stmt} is a pointer to a @code{clast_stmt}
1982 and @code{type} is one of @code{stmt_root}, @code{stmt_ass},
1983 @code{stmt_user}, @code{stmt_block}, @code{stmt_for} or
1984 @code{stmt_guard}.
1985 Users are allowed to define their own statement types by
1986 assigning the @code{op} field of the statements a pointer
1987 to a @code{clast_stmt_op} structure.
1988 @example
1989 struct clast_stmt_op @{
1990     void (*free)(struct clast_stmt *);
1992 @end example
1993 @noindent
1994 The @code{free} field of this structure should point
1995 to a function that frees the user defined statement.
1997 @noindent
1998 A @code{clast_expr} can be an identifier, a term,
1999 a binary expression or a reduction.
2000 @example
2001 enum clast_expr_type @{
2002     clast_expr_name,
2003     clast_expr_term,
2004     clast_expr_bin,
2005     clast_expr_red
2007 struct clast_expr @{
2008     enum clast_expr_type type;
2010 void free_clast_expr(struct clast_expr *e);
2011 @end example
2013 @noindent
2014 Identifiers are of subtype @code{clast_name}.
2015 @example
2016 struct clast_name @{
2017     struct clast_expr   expr;
2018     const char *        name;
2020 struct clast_name *new_clast_name(const char *name);
2021 void free_clast_name(struct clast_name *t);
2022 @end example
2023 @noindent
2024 The character string pointed to by @code{name} is
2025 assumed to be part of the @code{CloogNames} structure
2026 in the root of the clast as is therefore not copied.
2028 @noindent
2029 Terms are of type @code{clast_term}.
2030 @example
2031 struct clast_term @{
2032     struct clast_expr   expr;
2033     cloog_int_t         val;
2034     struct clast_expr  *var;
2036 struct clast_term *new_clast_term(cloog_int_t c, struct clast_expr *v);
2037 void free_clast_term(struct clast_term *t);
2038 @end example
2039 @noindent
2040 If @code{var} is set to @code{NULL}, then the term represents
2041 the integer value @code{val}.  Otherwise, it represents
2042 the term @code{val * var}.
2043 @code{new_clast_term} simply copies the @code{v} pointer
2044 without copying the underlying @code{clast_expr}.
2045 @code{free_clast_term}, on the other hand, recursively frees
2046 @code{var}.
2048 @noindent
2049 Binary expressions are of type @code{clast_bin_type} and
2050 represent either the floor of a division (fdiv),
2051 the ceil of a division (cdiv), an exact division or
2052 the remainder of an fdiv.
2053 @example
2054 enum clast_bin_type @{ clast_bin_fdiv, clast_bin_cdiv, 
2055                       clast_bin_div, clast_bin_mod @};
2056 struct clast_binary @{
2057     struct clast_expr   expr;
2058     enum clast_bin_type type;
2059     struct clast_expr*  LHS;
2060     cloog_int_t         RHS;
2062 struct clast_binary *new_clast_binary(enum clast_bin_type t, 
2063                           struct clast_expr *lhs, cloog_int_t rhs);
2064 void free_clast_binary(struct clast_binary *b);
2065 @end example
2067 @noindent
2068 Reductions are of type @code{clast_reduction} and
2069 can represent either the sum, the minimum or the maximum
2070 of its elements.
2071 @example
2072 enum clast_red_type @{ clast_red_sum, clast_red_min, clast_red_max @};
2073 struct clast_reduction @{
2074     struct clast_expr   expr;
2075     enum clast_red_type type;
2076     int                 n;
2077     struct clast_expr*  elts[1];
2079 struct clast_reduction *new_clast_reduction(enum clast_red_type t,
2080                                             int n);
2081 void free_clast_reduction(struct clast_reduction *r);
2082 @end example
2085 @node Example of Library Utilization
2086 @section Example of Library Utilization
2087 Here is a basic example showing how it is possible to use the CLooG library,
2088 assuming that a standard installation has been done.
2089 The following C program reads a CLooG input file on the standard input,
2090 then prints the solution on the standard output.
2091 Options are preselected to the default values of the CLooG software.
2092 This example is provided in the @code{example} directory of the
2093 CLooG distribution.
2094 @example
2095 /* example.c */
2096 # include <stdio.h>
2097 # include <cloog/cloog.h>
2099 int main()
2101   CloogState *state;
2102   CloogInput *input;
2103   CloogOptions * options ;
2104   struct clast_stmt *root;
2105   
2106   /* Setting options and reading program informations. */
2107   state = cloog_state_malloc();
2108   options = cloog_options_malloc(state);
2109   input = cloog_input_read(stdin, options);
2111   /* Generating and printing the code. */
2112   root = cloog_clast_create_from_input(input, options);
2113   clast_pprint(stdout, root, 0, options);
2115   cloog_clast_free(root);
2116   cloog_options_free(options) ;
2117   cloog_state_free(state);
2118   return 0;
2120 @end example
2122 @noindent The compilation command could be:
2123 @example
2124 gcc example.c -lcloog -o example
2125 @end example
2126 @noindent A calling command with the input file test.cloog could be:
2127 @example
2128 more test.cloog | ./example
2129 @end example
2132 @c %  ******************************** HACKING *********************************
2133 @c @node Hacking
2134 @c @chapter Hacking CLooG
2136 @c @menu
2137 @c * Program organization::
2138 @c * Special Options::
2139 @c * CLooG Coding Standards::
2140 @c @end menu
2142 @c @node Program organization
2143 @c @section Program organization
2145 @c @node Special Options
2146 @c @section Special Options
2148 @c @node CLooG Coding Standards
2149 @c @section CLooG Coding Standards
2152 @c %  ****************************** INSTALLING ********************************
2153 @node Installing
2154 @chapter Installing CLooG
2156 @menu
2157 * License::
2158 * Requirements::
2159 * Basic Installation::
2160 * Optional Features::
2161 * Uninstallation::
2162 @end menu
2164 @node License
2165 @section License
2166 First of all, it would be very kind to refer the following paper in any
2167 publication that result from the use of the CLooG software or its library,
2168 @pxref{Bas04} (a bibtex entry is provided behind the title page of this
2169 manual, along with copyright notice, and in the CLooG home
2170 @code{http://www.CLooG.org}.
2172 This library is free software; you can redistribute it and/or
2173 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
2174 License as published by the Free Software Foundation; either
2175 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
2176 This library is distributed in the hope that it will be useful,
2177 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
2178 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
2179 Lesser General Public License for more details.
2180 @code{http://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html}
2182 Note, though, that if you link CLooG against a GPL library such
2183 as the PolyLib backend, then the combination becomes GPL too.
2184 In particular, a CLooG library based on the PolyLib backend
2185 is GPL version 2 only.
2186 Since the isl backend is LGPL, linking against it does not affect
2187 the license of CLooG.
2190 @node Requirements
2191 @section Requirements
2193 CLooG can be used with one of two possible backends,
2194 one using isl and one using PolyLib.
2195 The isl library is included in the CLooG distribution,
2196 while the PolyLib library needs to be obtained separately.
2197 On the other hand, isl requires GMP, while PolyLib can be
2198 compiled with or without the use of GMP.
2199 The user therefore needs to install at least one of
2200 PolyLib or GMP.
2202 @menu
2203 * PolyLib::
2204 * GMP Library::
2205 @end menu
2208 @node PolyLib
2209 @subsection PolyLib (optional)
2210 To successfully install CLooG with the PolyLib backend,
2211 the user first needs to install PolyLib
2212 version 5.22.1 or above (default 64 bits version is satisfying
2213 as well as 32 bits or GMP multiple precision version).
2214 Polylib can be downloaded freely
2215 at @code{http://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/} or
2216 @code{http://www.irisa.fr/polylib/}. Once downloaded and unpacked
2217 (e.g. using the @samp{tar -zxvf polylib-5.22.3.tar.gz} command),
2218 the user can compile
2219 it by typing the following commands on the PolyLib's root directory:
2221 @itemize @bullet
2222 @item @code{./configure}
2223 @item @code{make}
2224 @item And as root: @code{make install}
2225 @end itemize
2227 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2228 git repository:
2229 @itemize @bullet
2230 @item @code{git clone git://repo.or.cz/polylib.git}
2231 @item @code{cd polylib}
2232 @item @code{./autogen.sh}
2233 @item @code{./configure}
2234 @item @code{make}
2235 @item And as root: @code{make install}
2236 @end itemize
2238 The PolyLib default installation is @code{/usr/local}. This directory may
2239 not be inside your library path. To fix the problem, the user should set
2240 @example
2241 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2242 @end example
2243 @noindent if your shell is, e.g., bash or
2244 @example
2245 setenv LD_LIBRARY_PATH $LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2246 @end example
2247 @noindent if your shell is, e.g., tcsh. Add the line to your .bashrc or .tcshrc (or
2248 whatever convenient file) to make this change permanent. Another solution
2249 is to ask PolyLib to install in the standard path by using the prefix
2250 option of the configure script:
2251 @samp{./configure --prefix=/usr}.
2253 CLooG makes intensive calls to polyhedral operations, and PolyLib
2254 functions do the job. Polylib is a free library written in C for the
2255 manipulation of polyhedra. The library is operating on objects like
2256 vectors, matrices, lattices, polyhedra, Z-polyhedra, unions of
2257 polyhedra and a lot of other intermediary structures. It provides
2258 functions for all the important operations on these structures. 
2260 @node GMP Library
2261 @subsection GMP Library (optional)
2263 To be able to deal with insanely large coefficient, the user will need to
2264 install the GNU Multiple Precision Library (GMP for short) version 4.1.4
2265 or above. It can be freely downloaded from @code{http://www.swox.com/gmp}.
2266 Note that the isl backend currently requires GMP.
2267 The user can compile GMP by typing the following commands on the GMP root
2268 directory:
2270 @itemize @bullet
2271 @item @code{./configure}
2272 @item @code{make}
2273 @item And as root: @code{make install}
2274 @end itemize
2276 The GMP default installation is @code{/usr/local}, the same method to
2277 fix a library path problem applies as with PolyLib (@pxref{PolyLib}).
2279 If you want to use the PolyLib backend, then
2280 PolyLib has to be built using the GMP library by specifying the option
2281 @samp{--with-libgmp=PATH_TO_GMP} to the PolyLib configure script
2282 (where @code{PATH_TO_GMP} is @code{/usr/local} if you did not change the GMP
2283 installation directory). Then you have to set the convenient CLooG configure
2284 script options to build the GMP version (@pxref{Optional Features}).
2287 @node Basic Installation
2288 @section CLooG Basic Installation
2290 Once downloaded and unpacked
2291 (e.g. using the @samp{tar -zxvf cloog-@value{VERSION}.tar.gz} command),
2292 you can compile CLooG by typing the following commands on the CLooG's root
2293 directory:
2295 @itemize @bullet
2296 @item @code{./configure}
2297 @item @code{make}
2298 @item And as root: @code{make install}
2299 @end itemize
2301 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2302 git repository:
2303 @itemize @bullet
2304 @item @code{git clone git://repo.or.cz/cloog.git}
2305 @item @code{cd cloog}
2306 @item @code{./get_submodules.sh}
2307 @item @code{./autogen.sh}
2308 @item @code{./configure}
2309 @item @code{make}
2310 @item And as root: @code{make install}
2311 @end itemize
2313 Depending on which backend you want to use and where they
2314 are located, you may need to pass some
2315 options to the configure script, @pxref{Optional Features}.
2317 The program binaries and object files can be removed from the
2318 source code directory by typing @code{make clean}. To also remove the
2319 files that the @code{configure} script created (so you can compile the
2320 package for a different kind of computer) type @code{make distclean}.
2322 Both the CLooG software and library have been successfully compiled
2323 on the following systems:
2324 @itemize @bullet
2325 @item PC's under Linux, with the @code{gcc} compiler,
2326 @item PC's under Windows (Cygwin), with the @code{gcc} compiler,
2327 @item Sparc and UltraSparc Stations, with the @code{gcc} compiler.
2328 @end itemize
2330 @node Optional Features 
2331 @section Optional Features  
2332 The @code{configure} shell script attempts to guess correct values for
2333 various system-dependent variables and user options used during compilation.
2334 It uses those values to create the @code{Makefile}. Various user options
2335 are provided by the CLooG's configure script. They are summarized in the
2336 following list and may be printed by typing @code{./configure --help} in the
2337 CLooG top-level directory.
2339 @itemize @bullet
2340 @item By default, the installation directory is @code{/usr/local}:
2341 @code{make install} will install the package's files in
2342 @code{/usr/local/bin}, @code{/usr/local/lib} and @code{/usr/local/include}.
2343 The user can specify an installation prefix other than @code{/usr/local} by
2344 giving @code{configure} the option @code{--prefix=PATH}.
2346 @item By default, the isl backend will use the version of isl
2347 that is @code{bundled} together with CLooG.
2348 Using the @code{--with-isl} option of @code{configure}
2349 the user can specify that @code{no} isl,
2350 a previously installed (@code{system}) isl or a @code{build} isl
2351 should be used.
2352 In the latter case, the user should also specify the build location
2353 using @code{--with-isl-builddir=PATH}.
2354 In case of an installed isl,
2355 the installation location can be specified using the
2356 @code{--with-isl-prefix=PATH} and
2357 @code{--with-isl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2359 @item By default, the PolyLib backend will use an installed
2360 (@code{system}) PolyLib, if any.
2361 The installation location can be specified using the
2362 @code{--with-polylib-prefix=PATH} and
2363 @code{--with-polylib-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2364 Using the @code{--with-polylib} option of @code{configure}
2365 the user can specify that @code{no} PolyLib or a @code{build} PolyLib
2366 should be used.
2367 In the latter case, the user should also specify the build location
2368 using @code{--with-polylib-builddir=PATH}.
2370 @item By default, the PolyLib backend of CLooG is built
2371 in 64bits version if such version of the
2372 PolyLib is found by @code{configure}. If the only existing version of the
2373 PolyLib is the 32bits or if the user give to @code{configure} the option
2374 @code{--with-bits=32}, the 32bits version of CLooG will be compiled. In the
2375 same way, the option @code{--with-bits=gmp} have to be used to build
2376 the multiple precision version.
2378 @item By default, @code{configure} will look for the GMP library
2379 (necessary to build the multiple precision version) in standard
2380 locations. If necessary, the user can specify the GMP path by giving
2381 @code{configure} the option @code{--with-gmp-prefix=PATH} and/or
2382 @code{--with-gmp-exec-prefix=PATH}.
2383 @end itemize
2385 @node Uninstallation 
2386 @section Uninstallation  
2387 The user can easily remove the CLooG software and library from his system
2388 by typing (as root if necessary) from the CLooG top-level directory
2389 @code{make uninstall}.
2391 @c %  **************************** DOCUMENTATION ******************************
2392 @node Documentation
2393 @chapter Documentation
2394 The CLooG distribution provides several documentation sources. First, the
2395 source code itself is as documented as possible. The code comments use a
2396 Doxygen-compatible presentation (something similar to what JavaDoc does for
2397 JAVA). The user may install Doxygen
2398 (see @code{http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen}) to automatically
2399 generate a technical documentation by typing @code{make doc} or
2400 @code{doxygen ./autoconf/Doxyfile} at the CLooG top-level directory after
2401 running the configure script (@pxref{Installing}). Doxygen will generate
2402 documentation sources (in HTML, LaTeX and man) in the @code{doc/source}
2403 directory of the CLooG distribution.
2405 The Texinfo sources of the present document are also provided in the @code{doc}
2406 directory. You can build it in either DVI format (by typing
2407 @code{texi2dvi cloog.texi}) or PDF format
2408 (by typing @code{texi2pdf cloog.texi}) or HTML format
2409 (by typing @code{makeinfo --html cloog.texi}, using @code{--no-split}
2410 option to generate a single HTML file) or info format
2411 (by typing @code{makeinfo cloog.texi}).
2413 @c %  ****************************** REFERENCES ********************************
2414 @node References
2415 @chapter References
2417 @itemize
2418 @item
2419 @anchor{Bas03a}[Bas03a] C. Bastoul, P. Feautrier. Improving data locality
2420 by chunking. CC'12 International Conference on Compiler Construction,
2421 LNCS 2622, pages 320-335, Warsaw, april 2003. 
2423 @item
2424 @anchor{Bas03b}[Bas03b] C. Bastoul. Efficient code generation for automatic
2425 parallelization and optimization. ISPDC'03 IEEE International Symposium on
2426 Parallel and Distributed Computing, pages 23-30, Ljubljana, october 2003. 
2428 @item
2429 @anchor{Bas04}[Bas04] C. Bastoul. Code Generation in the Polyhedral Model
2430 Is Easier Than You Think. PACT'13 IEEE International Conference on Parallel
2431 Architecture and Compilation Techniques, pages 7-16, Juan-les-Pins,
2432 september 2004.
2434 @item
2435 @anchor{Fea92}[Fea92] P. Feautrier Some efficient solutions to the affine
2436 scheduling problem, part II: multidimensional time.
2437 International Journal of Parallel Programming, 21(6):389--420, December 1992.
2439 @item
2440 @anchor{Gri04}[Gri04] M. Griebl. Automatic parallelization of loop programs
2441 for distributed memory architectures. Habilitation Thesis. Facult@"at f@"ur
2442 Mathematik und Informatik, Universit@"at Passau, 2004.
2443 @emph{http://www.infosun.fmi.uni-passau.de/cl/loopo/}
2445 @item
2446 @anchor{Qui00}[Qui00] F. Quiller@'e, S. Rajopadhye, and D. Wilde.
2447 Generation of efficient nested loops from polyhedra.
2448 International Journal of Parallel Programming, 28(5):469-498,
2449 october 2000.
2451 @item
2452 @anchor{Wil93}[Wil93] Doran K. Wilde.
2453 A library for doing polyhedral operations.
2454 Technical Report 785, IRISA, Rennes, France, 1993.
2456 @end itemize
2461 @c % /*************************************************************************
2462 @c %  *                       PART VI: END OF THE DOCUMENT                    *
2463 @c %  *************************************************************************/
2464 @c @unnumbered Index
2465      
2466 @c @printindex cp
2467      
2468 @bye