cloog_domain_simple_convex: always compute simple hull
[cloog.git] / doc / cloog.texi
blob1f81f5b9a2b0f6e26656888e3055a3f19792873b
1 \input texinfo
2 @c %
3 @c %  /**-----------------------------------------------------------------**
4 @c %   **                              CLooG                              **
5 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
6 @c %   **                            cloog.texi                           **
7 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
8 @c %   **                   First version: july 6th 2002                  **
9 @c %   **-----------------------------------------------------------------**/
10 @c %
11 @c % release 1.0: September 17th 2002
12 @c % release 1.1: December   5th 2002
13 @c % release 1.2: April     22th 2003
14 @c % release 2.0: November  21th 2005 (and now in texinfo instead of LaTeX)
15 @c % release 2.1: October   15th 2007
16 @c %
17 @c %/**************************************************************************
18 @c % *               CLooG : the Chunky Loop Generator (experimental)         *
19 @c % **************************************************************************/
20 @c %/* CAUTION: the English used is probably the worst you ever read, please
21 @c % *          feel free to correct and improve it !
22 @c % */
24 @c %\textit{"I found the ultimate transformation functions, optimization for
25 @c %static control programs is now a closed problem, I have \textnormal{just}
26 @c %to generate the target code !"} 
30 @c % /*************************************************************************
31 @c %  *                              PART I: HEADER                           *
32 @c %  *************************************************************************/
33 @c %**start of header
34 @setfilename cloog.info
35 @settitle CLooG - a loop generator for scanning polyhedra
37 @set EDITION 2.1
38 @include gitversion.texi
39 @set UPDATED October 15th 2007
40 @setchapternewpage odd
42 @c %**end of header
44 @c % /*************************************************************************
45 @c %  *                 PART II: SUMMARY DESCRIPTION AND COPYRIGHT            *
46 @c %  *************************************************************************/
48 @copying
49 This manual is for CLooG version @value{VERSION}, a software
50 which generates loops for scanning Z-polyhedra. That is, CLooG produces a
51 code visiting each integral point of a union of parametrized
52 polyhedra. CLooG is designed to avoid control overhead and to produce a very
53 efficient code.
55 It would be quite kind to refer the following paper in any publication that
56 results from the use of the CLooG software or its library:
58 @example
59 @@InProceedings@{Bas04,
60 @ @ author =@ @ @ @ @{C. Bastoul@},
61 @ @ title =@ @ @ @ @ @{Code Generation in the Polyhedral Model
62 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Is Easier Than You Think@},
63 @ @ booktitle = @{PACT'13 IEEE International Conference on
64 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Parallel Architecture and Compilation Techniques@},
65 @ @ year =@ @ @ @ @ @ 2004,
66 @ @ pages =@ @ @ @ @ @{7--16@},
67 @ @ month =@ @ @ @ @ @{september@},
68 @ @ address =@ @ @ @{Juan-les-Pins@}
70 @end example
72 Copyright @copyright{} 2002-2005 C@'edric Bastoul.
74 @c quotation
75 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under
76 the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 
77 published by the Free Software Foundation. To receive a copy of the
78 GNU Free Documentation License, write to the Free Software Foundation, Inc.,
79 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA.
80 @c end quotation
81 @end copying
83 @c % /*************************************************************************
84 @c %  *                 PART III: TITLEPAGE, CONTENTS, COPYRIGHT              *
85 @c %  *************************************************************************/
86 @titlepage
87 @title CLooG
88 @subtitle A Loop Generator For Scanning Polyhedra
89 @subtitle Edition @value{EDITION}, for CLooG @value{VERSION}
90 @subtitle @value{UPDATED}
91 @author C@'edric Bastoul
92      
93 @c The following two commands start the copyright page.
94 @page
95 @noindent (September 2001)
96 @table @code
97 @item C@'edric Bastoul
98 SCHEDULES GENERATE !!! I just need to apply them now, where can I find
99 a good code generator ?!
100      
101 @item Paul Feautrier
102 Hmmm. I fear that if you want something powerful enough, you'll have to
103 write it yourself !
104 @end table
106 @vskip 0pt plus 1filll
107 @insertcopying
108 @end titlepage
109      
110 @c Output the table of contents at the beginning.
111 @contents
113 @c % /*************************************************************************
114 @c %  *                     PART IV: TOP NODE AND MASTER MENU                 *
115 @c %  *************************************************************************/
116 @ifnottex
117 @node Top
118 @top CLooG
119      
120 @insertcopying
121 @end ifnottex
123 @menu
124 * Introduction::
125 * CLooG Software::
126 * CLooG Library::
127 @c * Hacking::
128 * Installing::
129 * Documentation::
130 * References::
131 @end menu
135 @c % /*************************************************************************
136 @c %  *                       PART V: BODY OF THE DOCUMENT                    *
137 @c %  *************************************************************************/
139 @c %  ****************************** INTRODUCTION ******************************
140 @node Introduction
141 @chapter Introduction
142 CLooG is a free software and library generating loops for scanning Z-polyhedra.
143 That is, it finds a code (e.g. in C, FORTRAN...) that reaches each integral
144 point of one or more parameterized polyhedra. CLooG has been originally
145 written to solve the code generation problem for optimizing compilers based on
146 the polytope model. Nevertheless it is used now in various area, e.g., to build
147 control automata for high-level synthesis or to find the best polynomial
148 approximation of a function. CLooG may help in any situation where scanning
149 polyhedra matters. It uses the best state-of-the-art code generation
150 algorithm known as the Quiller@'e et al. algorithm (@pxref{Qui00})
151 with our own improvements and extensions (@pxref{Bas04}).
152 The user has full control on generated code quality.
153 On one hand, generated code size has to be tuned for sake of
154 readability or instruction cache use. On the other hand, we must ensure that
155 a bad control management does not hamper performance of the generated code,
156 for instance by producing redundant guards or complex loop bounds.
157 CLooG is specially designed to avoid control overhead and to produce a very
158 efficient code.
160 CLooG stands for @emph{Chunky Loop Generator}: it is a part of the Chunky
161 project, a research tool for data locality improvement (@pxref{Bas03a}).
162 It is designed
163 also to be the back-end of automatic parallelizers like LooPo (@pxref{Gri04}).
164 Thus it is very
165 compilable code oriented and provides powerful program transformation
166 facilities. Mainly, it allows the user to specify very general schedules where, 
167 e.g., unimodularity or invertibility of the transformation doesn't matter.
169 The current version is still under
170 evaluation, and there is no guarantee that the upward compatibility
171 will be respected (but the previous API has been stable for two years,
172 we hope this one will be as successful -and we believe it-).
173 A lot of reports are necessary to freeze the library
174 API and the input file shape. Most API changes from 0.12.x to 0.14.x
175 have been requested by the users themselves.
176 Thus you are very welcome and encouraged
177 to post reports on bugs, wishes, critics, comments, suggestions or
178 successful experiences in the forum of @code{http://www.CLooG.org}
179 or to send them to cedric.bastoul@@inria.fr directly.
181 @menu
182 * Basics::
183 * Scattering::
184 @end menu
186 @node Basics
187 @section Basically, what's the point ?
188 If you want to use CLooG, this is because you want to scan or to find
189 something inside the integral points of a set of polyhedra. There are many
190 reasons for that. Maybe you need the generated code itself because it
191 actually implements a very smart program transformation you found.
192 Maybe you want to use the generated code
193 because you know that the solution of your problem belongs to the integral
194 points of those damned polyhedra and you don't know which one. Maybe you just
195 want to know if a polyhedron has integral points depending on some parameters,
196 which is the lexicographic minimum, maximum, the third on the basis of the
197 left etc. Probably you have your own reasons to use CLooG.
199 Let us illustrate a basic use of CLooG. Suppose we have a set of affine
200 constraints that describes a part of a whatever-dimensional space,
201 called a @strong{domain}, and we
202 want to scan it. Let us consider for instance the following set of constraints
203 where @samp{i}
204 and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space) and
205 @samp{m} and @samp{n} are the parameters (some symbolic constants):
206 @example
207 @group
208 2<=i<=n
209 2<=j<=m
210 j<=n+2-i
211 @end group
212 @end example
213 Let us also consider that we have a partial knowledge of the parameter values,
214 called the @strong{context}, expressed as affine constraints as well,
215 for instance:
216 @example
217 @group
218 m>=2
219 n>=2
220 @end group
221 @end example
222 Note that using parameters is optional, if you are not comfortable with
223 parameter manipulation, just replace them with any scalar value that fits
224 @code{m>=2} and @code{n>=2}.
225 A graphical representation of this part of the 2-dimensional space, where
226 the integral points are represented using heavy dots would be for instance:
228 @image{images/basic,6cm}
230 The affine constraints of both the domain and the context are what we will
231 provide to CLooG as input (in a particular shape that will be described later).
232 The output of CLooG is a pseudo-code to scan the integral points of the
233 input domain according to the context:
234 @example
235 @group
236 for (i=2;i<=n;i++) @{
237   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
238     S1(i,j) ;
239   @}
241 @end group
242 @end example
243 If you felt such a basic example is yet interesting, there is a good chance
244 that CLooG is appropriate for you. CLooG can do much more: scanning several
245 polyhedra or unions of polyhedra at the same time, applying general affine
246 transformations to the polyhedra, generate compilable code etc. Welcome
247 to the CLooG's user's guide !
249 @node Scattering
250 @section Defining a Scanning Order: Scattering Functions
251 In CLooG, domains only define the set of integral points to scan and their
252 coordinates. In particular, CLooG is free to choose the scanning order for
253 generating the most efficient code. This means, for optimizing/parallelizing
254 compiler people, that CLooG doesn't make any speculation on dependences on and
255 between statements (by the way, it's not its job !).
256 For instance, if an user give to
257 CLooG only two domains @code{S1:1<=i<=n}, @code{S2:1<=i<=n} and the context
258 @code{n>=1}, the following pseudo-codes are considered to be equivalent:
260 @example
261 @group
262 /* A convenient target pseudo-code. */
263 for (i=1;i<=N;i++) @{
264  S1(i) ;
266 for (i=1;i<=N;i++) @{
267  S2(i) ;
269 @end group
270 @end example
272 @example
273 @group
274 /* Another convenient target pseudo-code. */
275 for (i=1;i<=N;i++) @{
276  S1(i) ;
277  S2(i) ;
279 @end group
280 @end example
282 The default behaviour
283 of CLooG is to generate the second one, since it is optimized in control. 
284 It is right if there are no data dependences
285 between @code{S1} and @code{S2}, but wrong otherwise. 
287 Thus it is often useful to force scanning to respect a given order. This can be
288 done in CLooG by using @strong{scattering functions}. Scattering is a
289 shortcut for scheduling, allocation, chunking functions and the like we can
290 find in the restructuring compilation literature. There are a lot of reasons
291 to scatter the integral points of the domains (i.e. the statement instances
292 of a program, for compilation people), parallelization or optimization are good
293 examples. For instance, if the user wants for any reason to set some
294 precedence constraints between the statements of our example above
295 in order to force the generation of the
296 first code, he can do it easily by setting (for example) the following
297 scheduling functions:
299 @tex
300 $$\theta _{S1}(i) =  (1)$$
301 $$\theta _{S2}(j) =  (2)$$
302 @end tex
304 @ifnottex
305 @example
306 @group
307 T_S1(i) = (1)
308 T_S2(j) = (2)
309 @end group
310 @end example
311 @end ifnottex
313 This scattering means that each integral point of the domain @code{S1}
314 is scanned at logical date @code{1} while each integral point of the domain
315 @code{S2} is scanned at logical date @code{2}. As a result, the whole
316 domain @code{S1} is scanned before domain @code{S2} and the first code in our
317 example is generated.
319 The user can set every kind of affine scanning order thanks to the
320 scattering functions. Each domain has its own scattering function and
321 each scattering function may be multi-dimensional. A multi-dimensional logical
322 date may be seen as classical date (year,month,day,hour,minute,etc.) where
323 the first dimensions are the most significant. Each scattering dimension
324 may depend linearly on the original dimensions (e.g., @code{i}), the
325 parameters (e.g., @code{n}) ans scalars (e.g., @code{2}).
327 A very useful example of multi-dimensional scattering functions is, for
328 compilation people, the scheduling of the original program.
329 The basic data to use for code generation are statement iteration domains.
330 As we saw, these data are not sufficient to rebuild the original
331 program (what is the ordering between instances of different statements ?).
332 The missing data can be put in the scattering functions as the original
333 scheduling. The method to compute it is quite simple (@pxref{Fea92}). The idea is to
334 build an abstract syntax tree of the program and to read the scheduling for
335 each statement. For instance, let us consider the following implementation of
336 a Cholesky factorization:
338 @example
339 @group
340 /* A Cholesky factorization kernel. */
341 for (i=1;i<=N;i++) @{
342   for (j=1;j<=i-1;j++) @{
343     a[i][i] -= a[i][j] ;           /* S1 */
344   @}
345   a[i][i] = sqrt(a[i][i]) ;        /* S2 */
346   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
347     for (k=1;k<=i-1;k++) @{
348       a[j][i] -= a[j][k]*a[i][k] ; /* S3 */
349     @}
350     a[j][i] /= a[i][i] ;           /* S4 */
351     @}
352   @}
354 @end group
355 @end example
357 The corresponding abstract syntax tree is given in the following figure.
358 It directly gives the scattering functions (schedules) for all the
359 statements of the program.
361 @image{images/tree,6cm}
363 @tex
365 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (0,i,0,j,0)^T$\cr
366                 \theta _{S2}(i)        &$=  (0,i,1)^T$\cr
367                 \theta _{S3}(i,j,k)^T  &$=  (0,i,2,j,0,k,0)^T$\cr
368                 \theta _{S4}(i,j)^T    &$=  (0,i,2,j,1)^T$}$}
370 @end tex
372 @ifnottex
373 @example
374 @group
375 T_S1(i,j)^T   = (0,i,0,j,0)^T
376 T_S2(i)       = (0,i,1)^T
377 T_S3(i,j,k)^T = (0,i,2,j,0,k,0)^T
378 T_S4(i,j)^T   = (0,i,2,j,1)^T
379 @end group
380 @end example
381 @end ifnottex
383 These schedules depend on the iterators and give for each instance of each
384 statement a unique execution date. Using such scattering functions allow
385 CLooG to re-generate the input code. 
391 @c %  ***********************Using the CLooG Software **************************
392 @node CLooG Software
393 @chapter Using the CLooG Software
396 @menu
397 * A First Example::
398 * Writing The Input File::
399 * Calling CLooG::
400 * CLooG Options::
401 * Full Example::
402 @end menu
404 @c %/*************************************************************************
405 @c % *                              A FIRST EXAMPLE                          *
406 @c % *************************************************************************/
407 @node A First Example
408 @section A First Example
409 CLooG takes as input a file that must be written accordingly to a grammar
410 described in depth in a further section (@pxref{Writing The Input File}). 
411 Moreover it supports many options to tune the target code presentation or
412 quality as discussed in a dedicated section (@pxref{Calling CLooG}).
413 However, a basic use
414 of CLooG is not very complex and we present in this section how to generate the
415 code corresponding to a basic example discussed earlier (@pxref{Basics}).
417 The problem is to find the code that scans a 2-dimensional polyhedron
418 where @samp{i} and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space)
419 and @samp{m} and @samp{n} are the parameters (the symbolic constants),
420 defined by the following set of constraints:
421 @example
422 @group
423 2<=i<=n
424 2<=j<=m
425 j<=n+2-i
426 @end group
427 @end example
428 @noindent We also consider a partial knowledge of the parameter values,
429 expressed thanks to the following affine constraints:
430 @example
431 @group
432 m>=2
433 n>=2
434 @end group
435 @end example
437 An input file that corresponds to this problem, and asks for a generated
438 code in C, may be the following. Note that we do not describe here precisely
439 the structure and the components of this file (@pxref{Writing The Input File}
440  for such information, if you feel it necessary):
442 @example
443 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
444 c # language is C
446 # Context (constraints on two parameters)
447 2 4                   # 2 lines and 4 columns
448 # eq/in m  n  1         eq/in: 1 for inequality >=0, 0 for equality =0
449     1   1  0 -2       # 1*m + 0*n -2*1 >= 0, i.e. m>=2
450     1   0  1 -2       # 0*m + 1*n -2*1 >= 0, i.e. n>=2
452 1 # We want to set manually the parameter names
453 m n                   # parameter names
455 # --------------------- STATEMENTS --------------------
456 1 # Number of statements
458 1 # First statement: one domain
459 # First domain
460 5 6                   # 5 lines and 6 columns
461 # eq/in i  j  m  n  1 
462     1   1  0  0  0 -2 # i >= 2
463     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
464     1   0  1  0  0 -2 # j >= 2
465     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
466     1  -1 -1  0  1  2 # n+2-i>=j
467 0  0  0               # for future options
469 1 # We want to set manually the iterator names
470 i j                   # iterator names
472 # --------------------- SCATTERING --------------------
473 0 # No scattering functions
474 @end example
476 This file may be called @samp{basic.cloog}
477 (this example is provided in the CLooG distribution as
478 @code{test/manual_basic.cloog}) and we can ask CLooG to process it
479 and to generate the code by a simple calling to CLooG with this file as input:
480 @samp{cloog basic.cloog}. By default, CLooG will print the generated code in
481 the standard output:
483 @example
484 @group
485 /* Generated by CLooG v@value{VERSION} in 0.00s. */
486 for (i=2;i<=n;i++) @{
487   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
488     S1(i,j) ;
489   @}
491 @end group
492 @end example
494 @c %/*************************************************************************
495 @c % *                                Input file                             *
496 @c % *************************************************************************/
497 @node Writing The Input File
498 @section Writing The Input File
499 The input text file contains a problem description, i.e. the context,
500 the domains and the scattering functions.
501 Because CLooG is very 'compilable code generation oriented', we can associate
502 some additional informations to each domain. We call this association a
503 @emph{statement}. The set of all informations is 
504 called a @emph{program}. The input file respects the grammar below
505 (terminals are preceded by "_"):
507 @example
508 File             ::= Program
509 Program          ::= Context Statements Scattering
510 Context          ::= Language      Domain_union   Naming
511 Statements       ::= Nb_statements Statement_list Naming
512 Scatterings      ::= Nb_functions  Scattering_list Naming
513 Naming           ::= Option Name_list
514 Name_list        ::= _String   Name_list      | (void)
515 Statement_list   ::= Statement Statement_list | (void)
516 Domain_list      ::= _Domain   Domain_list    | (void)
517 Scattering_list  ::= Domain_union Scattering_list | (void)
518 Statement        ::= Iteration_domain 0 0 0
519 Iteration_domain ::= Domain_union
520 Domain_union     ::= Nb_domains Domain_list
521 Option           ::= 0 | 1
522 Language         ::= c | f
523 Nb_statements    ::= _Integer
524 Nb_domains       ::= _Integer
525 Nb_functions     ::= _Integer
526 @end example
528 Note: if there is only one domain in a @samp{Domain_union},
529 i.e., if @samp{Nb_domains} is 1, then this 1 may be omitted.
531 @itemize @bullet
532 @item  @samp{Context} represents the informations that are
533        shared by all the statements. It consists on
534        the language used (which can be @samp{c} for C or @samp{f} for FORTRAN 90)
535        and the global constraints on parameters.
536        These constraints are essential
537        since they give to CLooG the number of parameters. If there is no
538        parameter or no constraints on parameters, just give a constraint
539        always satisfied like @math{1 \geq 0}. @samp{Naming} sets the parameter
540        names.
541        If the naming option @samp{Option} is 1, parameter names will be read
542        on the next line. There must be exactly as many names as parameters.
543        If the naming option @samp{Option} is 0, parameter names are
544        automatically generated. The name of the first parameter will
545        be @samp{M}, and the name of the @math{(n+1)^{th}} parameter directly
546        follows the name of the @math{n^{th}} parameter in ASCII code.
547        It is the user responsibility to ensure that parameter names,
548        iterators and scattering dimension names are different. 
549 @item  @samp{Statements} represents the informations on the statements.
550        @samp{Nb_statements} is the number of statements in the program, 
551        i.e. the number of @samp{Statement} items in the @samp{Statement_list}.
552        @samp{Statement} represents the informations on a given statement.
553        To each statement is associated a domain
554        (the statement iteration domain: @samp{Iteration_domain}) and three
555        zeroes that represents future options.
556        @samp{Naming} sets the iterator names. If the naming option
557        @samp{Option} is 1, the iterator names
558        will be read on the next line. There must be exactly as many names as
559        nesting level in the deepest iteration domain. If the naming option
560        @samp{Option} is 0, iterator names are automatically generated.
561        The iterator name of the outermost loop will be @samp{i}, and the
562        iterator name of the loop at level @math{n+1} directly follows the 
563        iterator name of the loop at level @math{n} in ASCII code. 
564 @item  @samp{Scatterings} represents the informations on scattering functions.
565        @samp{Nb_functions} is the number of functions (it must be
566        equal to the number of statements or 0 if there is no scattering
567        function). The functions themselves are represented through
568        @samp{Scattering_list}.
569        @samp{Naming} sets the scattering dimension names. If the naming option
570        @samp{Option} is 1, the scattering dimension names will be read on the
571        next line.
572        There must be exactly as many names as scattering dimensions. If the
573        naming option @samp{Option} is 0, scattering dimension names are automatically
574        generated. The name of the @math{n^{th}} scattering dimension
575        will be @samp{cn}.
576 @end itemize
578 @menu
579 * Domain Representation::
580 * Scattering Representation::
581 @end menu
583 @node Domain Representation
584 @subsection Domain Representation
585 As shown by the grammar, the input file describes the various informations
586 thanks to characters, integers and domains. Each domain is defined by a set of
587 constraints in the PolyLib format (@pxref{Wil93}). They have the
588 following syntax:
589 @enumerate
590 @item some optional comment lines beginning with @samp{#},
591 @item the row and column numbers, possibly followed by comments,
592 @item the constraint rows, each row corresponds to a constraint the
593       domain have to satisfy. Each row must be on a single line and is possibly
594       followed by comments. The constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the
595       first element is 0, an inequality  @math{p(x) \geq 0} if the first element
596       is 1. The next elements are the unknown coefficients, followed by
597       the parameter coefficients. The last element is the constant factor.
598 @end enumerate
599 For instance, assuming that @samp{i}, @samp{j} and @samp{k} are iterators and
600 @samp{m} and @samp{n} are parameters, the domain defined by the following
601 constraints :
603 @tex
605 \hbox{$ \cases{ -i     + m &$\geq 0$\cr
606                     -j + n &$\geq 0$\cr
607                  i + j - k &$\geq 0$}$}
609 @end tex
611 @ifnottex
612 @example
613 @group
614    -i + m >= 0
615    -j + n >= 0
616 i + j - k >= 0
617 @end group
618 @end example
619 @end ifnottex
621 @noindent can be written in the input file as follows :
623 @example
624 @group
625 # This is the domain
626 3 7                      # 3 lines and 7 columns
627 # eq/in i  j  k  m  n  1 
628     1  -1  0  0  1  0  0 #    -i + m >= 0
629     1   0 -1  0  0  1  0 #    -j + n >= 0
630     1   1  1 -1  0  0  0 # i + j - k >= 0
631 @end group
632 @end example
634 Each iteration domain @samp{Iteration_domain} of a given statement
635 is a union of polyhedra
636 @samp{Domain_union}. A union is defined by its number of elements
637 @samp{Nb_domains} and the elements themselves @samp{Domain_list}.
638 For instance, let us consider the following pseudo-code:
640 @example
641 @group
642 for (i=1;i<=n;i++) @{
643   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
644     S1 ;
645   for (j=i+1;j<=m;j++)
646     S2 ;
647 @} 
648 @end group
649 @end example
651 @noindent The iteration domain of @samp{S1} can be divided into two
652 polyhedra and written in the input file as follows:
654 @example
655 @group
656 2 # Number of polyhedra in the union
657 # First domain
658 3 5                # 3 lines and 5 columns
659 # eq/in i  m  n  1 
660     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
661     1  -1  0  1  0 #  i <= n
662     1   1 -1  0  0 #  i >= m
663 # Second domain
664 3 5                # 3 lines and 5 columns
665 # eq/in i  m  n  1 
666     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
667     1  -1  0  1  0 #  i <= n
668     1  -1  2  0  0 #  i <= 2*m
669 @end group
670 @end example
672 @node Scattering Representation
673 @subsection Scattering Function Representation
674 Scattering functions are depicted in the input file thanks a representation
675 very close to the domain one.
676 An integer gives the number of functions @samp{Nb_functions} and each function
677 is represented by a domain. Each line of the domain corresponds to an equality
678 defining a dimension of the function. Note that at present
679 (CLooG @value{VERSION})
680 @strong{all functions must have the same scattering dimension number}. If a
681 user wants to set scattering functions with different dimensionality, he has
682 to complete the smaller one with zeroes to reach the maximum dimensionality.
683 For instance, let us consider the following code and
684 scheduling functions:
686 @example
687 @group
688 for (i=1;i<=n;i++) @{
689   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
690     S1 ;
691   for (j=i+1;j<=m;j++)
692     S2 ;
693 @} 
694 @end group
695 @end example
697 @tex
699 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i)      &$=  (i,0)^T$\cr
700                 \theta _{S2}(i,j)^T  &$=  (n,i+j)^T$}$}
702 @end tex
704 @ifnottex
705 @example
706 @group
707 T_S1(i)     = (i,0)^T
708 T_S2(i,j)^T = (n,i+j)^T
709 @end group
710 @end example
711 @end ifnottex
714 @noindent This scheduling can be written in the input file as follows:
716 @example
717 @group
718 2 # Number of scattering functions
719 # First function
720 2 7                          # 2 lines and 7 columns
721 # eq/in c1 c2  i  m  n  1 
722     0    1  0 -1  0  0  0    #  c1 = i
723     0    0  1  0  0  0  0    #  c2 = 0
724 # Second function
725 2 8                          # 2 lines and 8 columns
726 # eq/in c1 c2  i  j  m  n  1 
727     0    1  0  0  0  0 -1  0 #  c1 = n
728     0    0  1 -1 -1  0  0  0 #  c2 = i+j
729 @end group
730 @end example
731 The complete input file for the user who wants to generate the code for this
732 example with the preceding scheduling would be
733 (this file is provided in the CLooG distribution
734 as @code{test/manual_scattering.cloog}:
736 @example
737 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
738 c # language is C
740 # Context (no constraints on two parameters)
741 1 4                   # 1 lines and 4 columns
742 # eq/in m  n  1
743     1   0  0  0       # 0 >= 0, always true
745 1 # We want to set manually the parameter names
746 m n                   # parameter names
748 # --------------------- STATEMENTS --------------------
749 2 # Number of statements
751 2 # First statement: two domains
752 # First domain
753 3 5                   # 3 lines and 5 columns
754 # eq/in i  m  n  1
755     1   1  0  0 -1    # i >= 1
756     1  -1  0  1  0    # i <= n
757     1   1 -1  0  0    # i >= m
758 # Second domain
759 3 5                   # 3 lines and 5 columns
760 # eq/in i  m  n  1 
761     1   1  0  0 -1    # i >= 1
762     1  -1  0  1  0    # i <= n
763     1  -1  2  0  0    # i <= 2*m
764 0  0  0               # for future options
766 1 # Second statement: one domain
767 4 6                   # 4 lines and 6 columns
768 # eq/in i  j  m  n  1 
769     1   1  0  0  0 -1 # i >= 1
770     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
771     1  -1  1  0  0 -1 # j >= i+1
772     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
773 0  0  0               # for future options
775 1 # We want to set manually the iterator names
776 i j                   # iterator names
778 # --------------------- SCATTERING --------------------
779 2 # Scattering functions
780 # First function
781 2 7                   # 2 lines and 7 columns
782 # eq/in p1 p2  i  m  n  1 
783     0    1  0 -1  0  0  0    # p1 = i
784     0    0  1  0  0  0  0    # p2 = 0
785 # Second function
786 2 8                   # 2 lines and 8 columns
787 # eq/in p1 p2  i  j  m  n  1 
788     0    1  0  0  0  0 -1  0 # p1 = n
789     0    0  1 -1 -1  0  0  0 # p2 = i+j
791 1 # We want to set manually the scattering dimension names
792 p1 p2                 # scattering dimension names
793 @end example
796 @c %/*************************************************************************
797 @c % *                             Calling CLooG                             *
798 @c % *************************************************************************/
799 @node Calling CLooG
800 @section Calling CLooG
801 CLooG is called by the following command:
802 @example
803        cloog [ options | file ]
804 @end example
805 The default behavior of CLooG is to read the input informations from a file and
806 to print the generated code or pseudo-code on the standard output.
807 CLooG's behavior and the output code shape is under the user control thanks
808 to many options which are detailed a further section (@pxref{CLooG Options}).
809 @code{file} is the input file. @code{stdin} is a special value: when used,
810 input is standard input. For instance, we can call CLooG to treat the
811 input file @code{basic.cloog} with default options by typing:
812 @code{cloog basic.cloog} or @code{more basic.cloog | cloog stdin}.
814 @c %/*************************************************************************
815 @c % *                             CLooG Options                             *
816 @c % *************************************************************************/
817 @node CLooG Options
818 @section CLooG Options
820 @menu
821 * Last Depth to Optimize Control::
822 * First Depth to Optimize Control::
823 * Simplify Convex Hull::
824 * Once Time Loop Elimination::
825 * Equality Spreading::
826 * First Level for Spreading::
827 * Statement Block::
828 * Loop Strides::
829 * Compilable Code::
830 * Output::
831 * Help::
832 * Version ::
833 * Quiet ::
834 @end menu
836 @node Last Depth to Optimize Control
837 @subsection Last Depth to Optimize Control @code{-l <depth>}
839 @code{-l <depth>}: this option sets the last loop depth to be optimized in
840 control. The higher this depth, the less control overhead.
841 For instance, with some input file, a user can generate
842 different pseudo-codes with different @code{depth} values as shown below.
843 @example
844 @group
845 /* Generated using a given input file and @strong{option -l 1} */
846 for (i=0;i<=M;i++) @{
847   S1 ;
848   for (j=0;j<=N;j++) @{
849     S2 ;
850   @}
851   for (j=0;j<=N;j++) @{
852     S3 ;
853   @}
854   S4 ;
856 @end group
857 @end example
858 @example
859 @group
860 /* Generated using the same input file but @strong{option -l 2} */
861 for (i=0;i<=M;i++) @{
862   S1 ;
863   for (j=0;j<=N;j++) @{
864     S2 ;
865     S3 ;
866   @}
867   S4 ;
869 @end group
870 @end example
871      In this example we can see that this option can change the operation
872      execution order between statements. Let us remind that CLooG does not
873      make any speculation on dependences between statements
874      (@pxref{Scattering}). Thus if nothing (i.e. scattering functions)
875      forbids this, CLooG considers the above codes to be equivalent.
876      If there is no scattering functions, the minimum value for @code{depth}
877      is 1 (in the case of 0, the user doesn't really need a loop generator !),
878      and the number of scattering dimensions otherwise (CLooG will warn the
879      user if he doesn't respect such constraint).
880      The maximum value for depth is -1 (infinity).
881      Default value is infinity.
883 @node First Depth to Optimize Control
884 @subsection First Depth to Optimize Control @code{-f <depth>}
886      @code{-f <depth>}: this option sets the first loop depth to be optimized
887      in control. The lower this depth, the less control overhead (and the longer
888      the generated code). For instance, with some input file, a user
889      can generate different pseudo-codes with different @code{depth} values
890      as shown below.
891      The minimum value for @code{depth} is 1, and the
892      maximum value is -1 (infinity).
893      Default value is 1.
894 @example
895 @group
896 /* Generated using a given input file and @strong{option -f 3} */
897 for (i=1;i<=N;i++) @{
898   for (j=1;j<=M;j++) @{
899     S1 ;
900     if (j >= 10) @{
901       S2 ;
902     @}
903   @}
905 @end group
906 @end example
907 @example
908 @group
909 /* Generated using the same input file but @strong{option -f 2} */
910 for (i=1;i<=N;i++) @{
911   for (j=1;j<=9;j++) @{
912     S1 ;
913   @}
914   for (j=10;j<=M;j++) @{
915     S1 ;
916     S2 ;
917   @}
919 @end group
920 @end example
922 @node Simple Convex Hull
923 @subsection  Simple Convex Hull @code{-sh <boolean>}
925      @code{-sh <boolean>}: this option enables (@code{boolean=1})
926      or forbids (@code{boolean=0}) the use of an overapproximation
927      of the convex hull that may be easier to compute
928      (especially in the isl backend) and that may result in
929      simpler bounds.
930      This option works only for generated code without
931      code duplication (it means, you have to tune @code{-f} and
932      @code{-l} options first to generate only a loop nest with internal
933      guards). For instance, with the input file @code{test/union.cloog}, a user
934      can generate different pseudo-codes  as shown below.
935      Default value is 0.
936 @example
937 @group
938 /* Generated using test/union.cloog and @strong{option -f -1 -l 2 -override} */
939 for (i=0;i<=11;i++) @{
940   for (j=max(0,5*i-50);j<=min(15,5*i+10);j++) @{
941     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
942       S1 ;
943     @}
944     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
945       S2 ;
946     @}
947   @}
949 @end group
950 @end example
951 @example
952 @group
953 /* Generated using the same input file but @strong{option -sh 1 -f -1 -l 2 -override} */
954 for (i=0;i<=11;i++) @{
955   for (j=0;j<=15;j++) @{
956     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
957       S1 ;
958     @}
959     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
960       S2 ;
961     @}
962   @}
964 @end group
965 @end example
967 @node Once Time Loop Elimination
968 @subsection Once Time Loop Elimination @code{-otl <boolean>}
970      @code{-otl <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
971      forbids (@code{boolean=0}) the simplification of loops running
972      once. Default value is 1.
973 @example
974 @group
975 /* Generated using a given input file and @strong{option -otl 0} */
976 for (j=i+1;j<=i+1;j++) @{
977   S1 ;
979 @end group
980 @end example
981 @example
982 @group
983 /* Generated using the same input file but @strong{option -otl 1} */
984 j = i+1 ;
985 S1 ;
986 @end group
987 @end example
990 @node Equality Spreading 
991 @subsection Equality Spreading @code{-esp <boolean>}
993      @code{-esp <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
994      forbids (@code{boolean=0}) values spreading when there
995      are equalities. Default value is 1.
996 @example
997 @group
998 /* Generated using a given input file and @strong{option -esp 0} */
999 i = M+2 ;
1000 j = N ;
1001 for (k=i;k<=j+M;k++) @{
1002   S1 ;
1004 @end group
1005 @end example
1006 @example
1007 @group
1008 /* Generated using the same input file but @strong{option -esp 1} */
1009 for (k=M+2;k<=N+M;k++) @{
1010   S1(i = M+2, j = N) ;
1012 @end group
1013 @end example
1016 @node First Level for Spreading 
1017 @subsection First Level for Spreading @code{-fsp <level>}
1019      @code{-fsp <level>}: it can be useful to set a
1020      first level to begin equality spreading. Particularly when using
1021      scattering functions, the user may want to see the scattering dimension
1022      values instead of spreading or hiding them. If user has set a
1023      spreading, @code{level} is
1024      the first level to start it. Default value is 1.
1025 @example
1026 @group
1027 /* Generated using a given input file and @strong{option -fsp 1} */
1028 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1029   S1(i = N) ;
1031 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1032   S1(i = M) ;
1034 @end group
1035 @end example
1036 @example
1037 @group
1038 /* Generated using the same input file but @strong{option -fsp 2} */
1039 c1 = N ;
1040 for (j=0;j<=c1+M;j++) @{
1041   S1(i = c1) ;
1043 c1 = M ;
1044 for (j=0;j<=N+c1;j++) @{
1045   S1(i = c1) ;
1047 @end group
1048 @end example
1051 @node Statement Block  
1052 @subsection Statement Block @code{-block <boolean>}
1054      @code{-block <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) to
1055      create a statement block for each new iterator, even if there is only
1056      an equality. This can be useful in order to parse the generated
1057      pseudo-code. When @code{boolean} is set to 0 or when the generation
1058      language is FORTRAN, this feature is disabled. Default value is 0.
1059 @example
1060 @group
1061 /* Generated using a given input file and @strong{option -block 0} */
1062 i = M+2 ;
1063 j = N ;
1064 S1 ;
1065 @end group
1066 @end example
1067 @example
1068 @group
1069 /* Generated using the same input file but @strong{option -block 1} */
1070 @{ i = M+2 ;
1071   @{ j = N ;
1072     S1 ;
1073   @}
1075 @end group
1076 @end example
1079 @node Loop Strides 
1080 @subsection Loop Strides @code{-strides <boolean>}
1082      @code{-strides <boolean>}: this options allows (@code{boolean=1}) to
1083      handle non-unit strides for loop increments. This can remove a lot of
1084      guards and make the generated code more efficient. Default value is 0.
1085 @example
1086 @group
1087 /* Generated using a given input file and @strong{option -strides 0} */
1088 for (i=1;i<=n;i++) @{
1089   if (i%2 == 0) @{
1090     S1(j = i/2) ;
1091   @}
1092   if (i%4 == 0) @{
1093     S2(j = i/4) ;
1094   @}
1096 @end group
1097 @end example
1098 @example
1099 @group
1100 /* Generated using the same input file but @strong{option -strides 1} */
1101 for (i=2;i<=n;i+=2) @{
1102   S1(j = i/2) ;
1103   if (i%4 == 0) @{
1104     S2(j = i/4) ;
1105   @}
1107 @end group
1108 @end example
1110 @node Compilable Code
1111 @subsection Compilable Code @code{-compilable <value>}
1113      @code{-compilable <value>}: this options allows (@code{value} is not 0)
1114      to generate a compilable code where all parameters have the integral value
1115      @code{value}. This option creates a macro for each statement. Since
1116      CLooG do not know anything about the statement sources, it fills the
1117      macros with a basic increment that computes the total number of
1118      scanned integral points. The user may change easily the macros according
1119      to his own needs. This option is possible only if the generated code is
1120      in C. Default value is 0.
1121 @example
1122 @group
1123 /* Generated using a given input file and @strong{option -compilable 0} */
1124 for (i=0;i<=n;i++) @{
1125   for (j=0;j<=n;j++) @{
1126     S1 ;
1127     S2 ;
1128   @}
1129   S3 ;
1131 @end group
1132 @end example
1133 @example
1134 /* Generated using the same input file but @strong{option -compilable 10} */
1135 /* DON'T FORGET TO USE -lm OPTION TO COMPILE. */
1137 /* Useful headers. */
1138 #include <stdio.h>
1139 #include <stdlib.h>
1140 #include <math.h>
1142 /* Parameter value. */
1143 #define PARVAL 10
1145 /* Statement macros (please set). */
1146 #define S1(i,j) @{total++;@}
1147 #define S2(i,j) @{total++;@}
1148 #define S3(i)   @{total++;@}
1150 int main() @{
1151   /* Original iterators. */
1152   int i, j ;
1153   /* Parameters. */
1154   int n=PARVAL, total=0 ;
1156   for (i=0;i<=n;i++) @{
1157     for (j=0;j<=n;j++) @{
1158       S1(i,j) ;
1159       S2(i,j) ;
1160     @}
1161     S3(i) ;
1162   @}
1164   printf("Number of integral points: %d.\n",total) ;
1165   return 0 ;
1167 @end example
1169 @node Callable Code
1170 @subsection Callable Code @code{-callable <boolean>}
1172      @code{-callable <boolean>}: if @code{boolean=1}, then a @code{test}
1173      function will be generated that has the parameters as arguments.
1174      Similarly to the @code{-compilable} option,
1175      a macro for each statement is generated.  The generated definitions of
1176      these macros are as used during the correctness testing, but they
1177      can easily be changed by the user to suit her own needs.
1178      This option is only available if the target language is C.
1179      The default value is 0.
1181 @example
1182 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 0} */
1183 for (i=0;i<=M;i++) @{
1184   S1 ;
1185   for (j=0;j<=N;j++) @{
1186     S2 ;
1187     S3 ;
1188   @}
1189   S4 ;
1191 @end example
1192 @example
1193 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 1} */
1194 extern void hash(int);
1196 /* Useful macros. */
1197 #define floord(n,d) (((n)<0) ? ((n)-(d)+1)/(d) : (n)/(d))
1198 #define ceild(n,d)  (((n)<0) ? (n)/(d) : ((n)+(d)+1)/(d))
1199 #define max(x,y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
1200 #define min(x,y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))
1202 #define S1(i) @{ hash(1); hash(i); @}
1203 #define S2(i,j) @{ hash(2); hash(i); hash(j); @}
1204 #define S3(i,j) @{ hash(3); hash(i); hash(j); @}
1205 #define S4(i) @{ hash(4); hash(i); @}
1207 void test(int M, int N)
1209   /* Original iterators. */
1210   int i, j;
1211   for (i=0;i<=M;i++) @{
1212     S1(i) ;
1213     for (j=0;j<=N;j++) @{
1214       S2(i,j) ;
1215       S3(i,j) ;
1216     @}
1217     S4(i) ;
1218   @}
1220 @end example
1222 @node Output
1223 @subsection Output @code{-o <output>}
1225      @code{-o <output>}: this option sets the output file. @code{stdout} is a
1226      special value: when used, output is standard output.
1227      Default value is @code{stdout}.
1229 @node Help
1230 @subsection Help @code{--help} or @code{-h}
1232      @code{--help} or @code{-h}: this option ask CLooG to print a short help.
1234 @node Version
1235 @subsection Version @code{--version} or @code{-v}
1237      @code{--version} or @code{-v}: this option ask CLooG to print some version
1238      informations.
1240 @node Quiet
1241 @subsection Quiet @code{--quiet} or @code{-q}
1243      @code{--quiet} or @code{-q}: this option tells CLooG not to print
1244      any informational messages.
1247 @c %/*************************************************************************
1248 @c % *                           A Full Example                              *
1249 @c % *************************************************************************/
1250 @node Full Example
1251 @section A Full Example
1253 Let us consider the allocation problem of a Gaussian elimination, i.e. we want
1254 to distribute the various statement instances of the compute kernel onto
1255 different processors. The original code is the following:
1256 @example
1257 @group
1258 for (i=1;j<=N-1;i++) @{
1259   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
1260     c[i][j] = a[j][i]/a[i][i] ;    /* S1 */
1261     for (k=i+1;k<=N;k++) @{
1262       a[j][k] -= c[i][j]*a[i][k] ; /* S2 */
1263     @}
1264   @}
1266 @end group
1267 @end example
1269 @noindent The best affine allocation functions can be found by any good automatic
1270 parallelizer like LooPo (@pxref{Gri04}):
1272 @tex
1274 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i)$\cr
1275                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k)$}$}
1277 @end tex
1279 @ifnottex
1280 @example
1281 @group
1282 T_S1(i,j)^T   = (i)
1283 T_S2(i,j,k)^T = (k)
1284 @end group
1285 @end example
1286 @end ifnottex
1288 @noindent To ensure that on each processor, the set of statement instances is
1289 executed according to the original ordering, we add as minor scattering
1290 dimensions the original scheduling (@pxref{Scattering}):
1292 @tex
1294 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0)^T$\cr
1295                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1297 @end tex
1299 @ifnottex
1300 @example
1301 @group
1302 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0)^T
1303 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1304 @end group
1305 @end example
1306 @end ifnottex
1308 @noindent To ensure that the scattering functions have the same dimensionality, we
1309 complete the first function with zeroes
1310 (this is a CLooG @value{VERSION} and previous versions requirement,
1311 it should be removed in a future version, don't worry it's absolutely legal !):
1313 @tex
1315 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0,0,0)^T$\cr
1316                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1318 @end tex
1320 @ifnottex
1321 @example
1322 @group
1323 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0,0,0)^T
1324 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1325 @end group
1326 @end example
1327 @end ifnottex
1329 @noindent The input file corresponding to this code generation problem
1330 could be (this file is provided in the CLooG distribution
1331 as @code{test/manual_gauss.cloog}:
1333 @example
1334 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
1335 c # language is C
1337 # Context (no constraints on one parameter)
1338 1 3                     # 1 line and 3 columns    
1339 # eq/in n  1
1340     1   0  0            # 0 >= 0, always true
1342 1 # We want to set manually the parameter name
1343 n                       # parameter name
1345 # --------------------- STATEMENTS --------------------
1346 2 # Number of statements
1348 1 # First statement: one domain
1349 4 5                     # 4 lines and 3 columns
1350 # eq/in i  j  n  1
1351     1   1  0  0 -1      # i >= 1
1352     1  -1  0  1 -1      # i <= n-1
1353     1  -1  1  0 -1      # j >= i+1
1354     1   0 -1  1  0      # j <= n
1355 0  0  0                 # for future options
1358 # Second statement: one domain
1359 6 6                     # 6 lines and 3 columns
1360 # eq/in i  j  k  n  1
1361     1   1  0  0  0 -1   # i >= 1
1362     1  -1  0  0  1 -1   # i <= n-1
1363     1  -1  1  0  0 -1   # j >= i+1
1364     1   0 -1  0  1  0   # j <= n
1365     1  -1  0  1  0 -1   # k >= i+1
1366     1   0  0 -1  1  0   # k <= n
1367 0  0  0                 # for future options
1369 0 # We let CLooG set the iterator names
1371 # --------------------- SCATTERING --------------------
1372 2 # Scattering functions
1373 # First function
1374 8 13                    # 3 lines and 3 columns
1375 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  n  1
1376     0    1  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p1 = i
1377     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0     # p2 = 0
1378     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p3 = i
1379     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0     # p4 = 0
1380     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0     # p5 = j
1381     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0     # p6 = 0
1382     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0     # p7 = 0
1383     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0     # p8 = 0
1384 # Second function
1385 8 14                    # 3 lines and 3 columns
1386 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  k  n  1
1387     0    1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  # p1 = k
1388     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p2 = 0
1389     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0  0  # p3 = i
1390     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p4 = 0
1391     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0  0  # p5 = j
1392     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0 -1  # p6 = 1
1393     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0 -1  0  0  # p7 = k
1394     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  # p8 = 0
1396 1 # We want to set manually the scattering dimension names
1397 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 # scattering dimension names
1398 @end example
1400 Calling CLooG, with for instance the command line
1401 @code{cloog -fsp 2 gauss.cloog} for a better view
1402 of the allocation (the processor number is given by @code{p1}),
1403 will result on the following target code that actually implements
1404 the transformation. A minor processing on the dimension @code{p1}
1405 to implement, e.g., MPI calls, which is not shown here may
1406 result in dramatic speedups !
1408 @example
1409 if (n >= 2) @{
1410   p1 = 1 ;
1411   for (p5=2;p5<=n;p5++) @{
1412     S1(i = 1,j = p5) ;
1413   @}
1415 for (p1=2;p1<=n-1;p1++) @{
1416   for (p3=1;p3<=p1-1;p3++) @{
1417     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1418       S2(i = p3,j = p5,k = p1) ;
1419     @}
1420   @}
1421   for (p5=p1+1;p5<=n;p5++) @{
1422     S1(i = p1,j = p5) ;
1423   @}
1425 if (n >= 2) @{
1426   p1 = n ;
1427   for (p3=1;p3<=n-1;p3++) @{
1428     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1429       S2(i = p3,j = p5,k = n) ;
1430     @}
1431   @}
1433 @end example
1436 @c %/*************************************************************************
1437 @c % *                           A Full Example                              *
1438 @c % *************************************************************************/
1439 @node CLooG Library
1440 @chapter Using the CLooG Library
1441 The CLooG Library was implemented to allow the user to call CLooG
1442 directly from his programs, without file accesses or system calls. The
1443 user only needs to link his programs with C libraries. The CLooG
1444 library mainly provides one function (@code{cloog_clast_create_from_input})
1445 which takes as input the problem
1446 description with some options, and returns the data structure corresponding
1447 to the generated code (a @code{struct clast_stmt} structure)
1448 which is more or less an abstract syntax tree.
1449 The user can work with this data structure and/or use
1450 our pretty printing function to write the final code in either C or FORTRAN.
1451 Some other functions are provided for convenience reasons.
1452 These functions as well as the data structures are described in this section.
1454 @menu
1455 * CLooG Data Structures::
1456 * CLooG Output::
1457 * Retrieving version information::
1458 * Example of Library Utilization::
1459 @end menu
1462 @node CLooG Data Structures
1463 @section CLooG Data Structures Description
1464 In this section, we describe the data structures used by the loop
1465 generator to represent and to process a code generation problem.
1467 @menu
1468 * CloogState::
1469 * CloogMatrix::
1470 * CloogDomain::
1471 * CloogScattering::
1472 * CloogUnionDomain::
1473 * CloogStatement::
1474 * CloogOptions::
1475 * CloogInput::
1476 @end menu
1479 @node CloogState
1480 @subsection CloogState
1481 @example
1482 @group
1483 CloogState *cloog_state_malloc(void);
1484 void cloog_state_free(CloogState *state);
1485 @end group
1486 @end example
1488 @noindent The @code{CloogState} structure is (implicitly) needed to perform
1489 any CLooG operation.  It should be created using @code{cloog_state_malloc}
1490 before any other CLooG objects are created and destroyed using
1491 @code{cloog_state_free} after all objects have been freed.
1492 It is allowed to use more than one @code{CloogState} structure at
1493 the same time, but an object created within the state of a one
1494 @code{CloogState} structure is not allowed to interact with an object
1495 created within the state of an other @code{CloogState} structure.
1498 @node CloogMatrix
1499 @subsection CloogMatrix
1501 @noindent The @code{CloogMatrix} structure is equivalent to the PolyLib
1502 @code{Matrix} data structure (@pxref{Wil93}). This structure is devoted to
1503 represent a set of constraints.
1505 @example
1506 @group
1507 struct cloogmatrix
1508 @{ unsigned NbRows ;    /* Number of rows. */
1509   unsigned NbColumns ; /* Number of columns. */
1510   cloog_int_t **p;     /* Array of pointers to the matrix rows. */
1511   cloog_int_t *p_Init; /* Matrix rows contiguously in memory. */
1513 typedef struct cloogmatrix CloogMatrix;
1515 CloogMatrix *cloog_matrix_alloc(unsigned NbRows, unsigned NbColumns);
1516 void cloog_matrix_print(FILE *foo, CloogMatrix *m);
1517 void cloog_matrix_free(CloogMatrix *matrix);
1518 @end group
1519 @end example
1521 @noindent The whole matrix is stored in memory row after row at the
1522 @code{p_Init} address. @code{p} is an array of pointers where
1523 @code{p[i]} points to the first element of the @math{i^{th}} row.
1524 @code{NbRows} and @code{NbColumns} are respectively the number of
1525 rows and columns of the matrix. 
1526 Each row corresponds to a constraint. The first element of each row is an
1527 equality/inequality tag. The
1528 constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the first element is 0, but it is
1529 an inequality @math{p(x) \geq 0} if the first element is 1.
1530 The next elements are the coefficients of the unknowns,
1531 followed by the coefficients of the parameters, and finally the constant term.
1532 For instance, the following three constraints:
1534 @tex
1536 \hbox{$ \cases{ -i + m       &$= 0$\cr
1537                 -j + n       &$\geq 0$\cr
1538                  j + i - k   &$\geq 0$}$}
1540 @end tex
1542 @ifnottex
1543 @example
1544 @group
1545     -i + m  = 0
1546     -j + n >= 0
1547  i + j - k >= 0
1548 @end group
1549 @end example
1550 @end ifnottex
1552 @noindent would be represented by the following rows:
1554 @example
1555 @group
1556 # eq/in  i   j   k   m   n   cst
1557     0    0  -1   0   1   0    0 
1558     1   -1   0   0   0   1    0 
1559     1    1   1  -1   0   0    0 
1560 @end group
1561 @end example
1563 @noindent To be able to provide different precision version (CLooG
1564 supports 32 bits, 64 bits and arbitrary precision through the GMP library),
1565 the @code{cloog_int_t} type depends on the configuration options (it may be
1566 @code{long int} for 32 bits version, @code{long long int} for 64 bits version,
1567 and @code{mpz_t} for multiple precision version).
1569 @node CloogDomain
1570 @subsection CloogDomain
1571 @example
1572 @group
1573 CloogDomain *cloog_domain_union_read(CloogState *state,
1574                                      FILE *input, int nb_parameters);
1575 CloogDomain *cloog_domain_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1576                                     CloogMatrix *matrix, int nb_par);
1577 void cloog_domain_free(CloogDomain *domain);
1578 @end group
1579 @end example
1581 @noindent @code{CloogDomain} is an opaque type representing a polyhedral
1582 domain (a union of polyhedra).
1583 A @code{CloogDomain} can be read
1584 from a file using @code{cloog_domain_union_read} or
1585 converted from a @code{CloogMatrix}.
1586 The input format for @code{cloog_domain_union_read}
1587 is that of @ref{Domain Representation}.
1588 The function @code{cloog_domain_from_cloog_matrix} takes a @code{CloogState}, a
1589 @code{CloogMatrix} and @code{int} as input and returns a pointer to a
1590 @code{CloogDomain}. @code{matrix} describes the domain and @code{nb_par} is the
1591 number of parameters in this domain. The input data structures are neither
1592 modified nor freed.
1593 The @code{CloogDomain} can be freed using @code{cloog_domain_free}.
1594 There are also some backend dependent functions for creating
1595 @code{CloogDomain}s.
1597 @menu
1598 * CloogDomain/PolyLib::
1599 * CloogDomain/isl::
1600 @end menu
1602 @node CloogDomain/PolyLib
1603 @subsubsection PolyLib
1605 @example
1606 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1607 CloogDomain *cloog_domain_from_polylib_polyhedron(CloogState *state,
1608                                         Polyhedron *, int nb_par);
1609 @end example
1610 @noindent
1611 The function @code{cloog_domain_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1612 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1613 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1614 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1616 @node CloogDomain/isl
1617 @subsubsection isl
1619 @example
1620 #include <cloog/isl/cloog.h>
1621 CloogDomain *cloog_domain_from_isl_set(struct isl_set *set);
1622 __isl_give isl_set *isl_set_from_cloog_domain(CloogDomain *domain);
1623 @end example
1624 @noindent
1625 The function @code{cloog_domain_from_isl_set} takes a
1626 @code{struct isl_set} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1627 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_set}.
1628 Similarly, @code{isl_set_from_cloog_domain} consumes a reference
1629 to a @code{CloogDomain} and returns an @code{isl_set}.
1632 @node CloogScattering
1633 @subsection CloogScattering
1634 @example
1635 @group
1636 CloogScattering *cloog_domain_read_scattering(CloogDomain *domain,
1637                                               FILE *foo);
1638 CloogScattering *cloog_scattering_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1639                          CloogMatrix *matrix, int nb_scat, int nb_par);
1640 void cloog_scattering_free(CloogScattering *);
1641 @end group
1642 @end example
1644 @noindent
1645 The @code{CloogScattering} type represents a scattering function.
1646 A @code{CloogScattering} for a given @code{CloogDomain} can be read
1647 from a file using @code{cloog_scattering_read} or converted
1648 from a @code{CloogMatrix} using @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix}.
1649 The function @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix} takes a
1650 @code{CloogState}, a @code{CloogMatrix} and two @code{int}s as input and
1651 returns a
1652 pointer to a @code{CloogScattering}.
1653 @code{matrix} describes the scattering, while @code{nb_scat} and
1654 @code{nb_par} are the number of scattering dimensions and
1655 the number of parameters, respectively. The input data structures are
1656 neither modified nor freed.
1657 A @code{CloogScattering} can be freed using @code{cloog_scattering_free}.
1658 There are also some backend dependent functions for creating
1659 @code{CloogScattering}s.
1661 @menu
1662 * CloogScattering/PolyLib::
1663 * CloogScattering/isl::
1664 @end menu
1666 @node CloogScattering/PolyLib
1667 @subsubsection PolyLib
1669 @example
1670 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1671 CloogScattering *cloog_scattering_from_polylib_polyhedron(
1672         CloogState *state, Polyhedron *polyhedron, int nb_par);
1673 @end example
1674 @noindent
1675 The function @code{cloog_scattering_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1676 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1677 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1678 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1680 @node CloogScattering/isl
1681 @subsubsection isl
1683 @example
1684 #include <cloog/isl/cloog.h>
1685 CloogScattering *cloog_scattering_from_isl_map(struct isl_map *map);
1686 @end example
1687 @noindent
1688 The function @code{cloog_scattering_from_isl_map} takes a
1689 @code{struct isl_map} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1690 The output dimensions of the @code{struct isl_map} correspond to the
1691 scattering dimensions, while the input dimensions correspond to the
1692 domain dimensions.
1693 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_map}.
1696 @node CloogUnionDomain
1697 @subsection CloogUnionDomain
1698 @example
1699 @group
1700 enum cloog_dim_type @{ CLOOG_PARAM, CLOOG_ITER, CLOOG_SCAT @};
1702 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_alloc(int nb_par);
1703 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_add_domain(CloogUnionDomain *ud,
1704         const char *name, CloogDomain *domain,
1705         CloogScattering *scattering, void *usr);
1706 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_set_name(CloogUnionDomain *ud,
1707         enum cloog_dim_type type, int index, const char *name);
1708 void cloog_union_domain_free(CloogUnionDomain *ud);
1709 @end group
1710 @end example
1712 @noindent A @code{CloogUnionDomain} structure represents a union
1713 of scattered named domains.  A @code{CloogUnionDomain} is
1714 initialized by a call to @code{cloog_union_domain_alloc},
1715 after which domains can be added using @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1717 @code{cloog_union_domain_alloc} takes the number of parameters as input.
1718 @code{cloog_union_domain_add_domain} takes a previously created
1719 @code{CloogUnionDomain} as input along with an optional name,
1720 a domain, an optional scattering function and a user pointer.
1721 The name may be @code{NULL} and is duplicated if it is not.
1722 If no name is specified, then the statements will be named according
1723 to the order in which they were added.
1724 @code{domain} and @code{scattering} are taken over
1725 by the @code{CloogUnionDomain}.  @code{scattering} may be @code{NULL},
1726 but it must be consistently @code{NULL} or not over all calls
1727 to @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1728 @code{cloog_union_domain_set_name} can be used to set the names
1729 of parameters, iterators and scattering dimensions.
1730 The names of iterators and scattering dimensions can only be set
1731 after all domains have been added.
1733 There is also a backend dependent function for creating
1734 @code{CloogUnionDomain}s.
1736 @menu
1737 * CloogUnionDomain/isl::
1738 @end menu
1740 @node CloogUnionDomain/isl
1741 @subsubsection isl
1743 @example
1744 #include <cloog/isl/cloog.h>
1745 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_map(
1746         __isl_take isl_union_map *umap);
1747 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_set(
1748         __isl_take isl_union_set *uset);
1749 @end example
1750 @noindent
1751 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_map} takes a
1752 @code{isl_union_map} as input and returns a pointer
1753 to a @code{CloogUnionDomain}.
1754 The input is a mapping from different
1755 spaces (different tuple names and possibly different dimensions)
1756 to a common space.  The iteration domains are set to the domains
1757 in each space.  The statement names are set to the names of the
1758 spaces.  The parameter names of the result are set to those of
1759 the input, but the iterator and scattering dimension names are
1760 left unspecified.
1761 The function consumes a reference to the given @code{isl_union_map}.
1762 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_set} is similar,
1763 but takes unscattered domains as input.
1766 @node CloogStatement
1767 @subsection CloogStatement
1768 @example
1769 @group
1770 struct cloogstatement
1771 @{ int number ;                  /* The statement unique number. */
1772   char *name;                   /* Name of the statement. */
1773   void * usr ;                  /* Pointer for user's convenience. */
1774   struct cloogstatement * next ;/* Next element of the linked list. */
1775 @} ;
1776 typedef struct cloogstatement CloogStatement ;
1778 CloogStatement *cloog_statement_malloc(CloogState *state);
1779 void cloog_statement_print(FILE *, CloogStatement *);
1780 void cloog_statement_free(CloogStatement *);
1781 @end group
1782 @end example
1784 @noindent The @code{CloogStatement} structure represents a @code{NULL}
1785 terminated linked
1786 list of statements. In CLooG, a statement is only defined by its unique
1787 number (@code{number}). The user can use the pointer @code{usr} for his
1788 own convenience to link his own statement representation to the
1789 corresponding @code{CloogStatement} structure. The whole management of the
1790 @code{usr} pointer is under the responsibility of the user, in particular,
1791 CLooG never tries to print, to allocate or to free a memory block pointed
1792 by @code{usr}. 
1796 @node CloogOptions
1797 @subsection CloogOptions
1798 @example
1799 @group
1800 struct cloogoptions
1801 @{ int l ;                     /* -l option.          */
1802   int f ;                     /* -f option.          */
1803   int strides ;               /* -strides option.    */
1804   int sh ;                    /* -sh option.         */
1805   int esp ;                   /* -esp option.        */
1806   int fsp ;                   /* -fsp option.        */
1807   int otl ;                   /* -otl option.        */
1808   int block ;                 /* -block option.      */
1809   int compilable ;            /* -compilable option. */
1810   int language;               /* LANGUAGE_C or LANGUAGE_FORTRAN */
1811   int save_domains;           /* Save unsimplified copy of domain. */
1812 @} ;
1813 typedef struct cloogoptions CloogOptions ;
1815 CloogOptions *cloog_options_malloc(CloogState *state);
1816 void cloog_options_print(FILE *foo, CloogOptions *options);
1817 void cloog_options_free(CloogOptions *options);
1818 @end group
1819 @end example
1821 @noindent The @code{CloogOptions} structure contains all the possible options to
1822 rule CLooG's behaviour (@pxref{Calling CLooG}).
1823 As a reminder, the default values are:
1824 @itemize @bullet
1825 @item @math{l = -1} (optimize control until the innermost loops),
1826 @item @math{f = 1} (optimize control from the outermost loops),
1827 @item @math{strides = 0} (use only unit strides),
1828 @item @math{sh = 0} (do not compute simple convex hulls),
1829 @item @math{esp = 1} (spread complex equalities),
1830 @item @math{fsp = 1} (start to spread from the first iterators),
1831 @item @math{otl = 1} (simplify loops running only once).
1832 @item @math{block = 0} (do not make statement blocks when not necessary).
1833 @item @math{compilable = 0} (do not generate a compilable code).
1834 @end itemize 
1836 The @code{save_domains} option is only useful for users of the CLooG
1837 library.  This option defaults to 0, but when it is set, the @code{domain}
1838 field of each @code{clast_user_stmt} will be set to the set of values for the
1839 scattering dimensions for which this instance of the user statement is executed.
1840 The @code{domain} field of each @code{clast_for} contains the set of values for
1841 the scattering dimensions for which an instance of a user statement is executed
1842 inside the @code{clast_for}. It is only available if the @code{clast_for}
1843 enumerates a scattering dimension.
1845 @node CloogInput
1846 @subsection CloogInput
1847 @example
1848 @group
1849 CloogInput *cloog_input_read(FILE *file, CloogOptions *options);
1850 CloogInput *cloog_input_alloc(CloogDomain *context,
1851                                 CloogUnionDomain *ud);
1852 void cloog_input_free(CloogInput *input);
1854 void cloog_input_dump_cloog(FILE *, CloogInput *, CloogOptions *);
1855 @end group
1856 @end example
1858 @noindent A @code{CloogInput} structure represents the input to CLooG.
1859 It is essentially a @code{CloogUnionDomain} along with a context
1860 @code{CloogDomain}.  A @code{CloogInput} can be created from
1861 a @code{CloogDomain} and a @code{CloogUnionDomains} using
1862 @code{cloog_input_alloc}, or it can be read from a CLooG input
1863 file using @code{cloog_input_read}.  The latter also modifies
1864 the @code{language} field of the @code{CloogOptions} structure.
1865 The constructed @code{CloogInput} can be used as input
1866 to a @code{cloog_clast_create_from_input} call.
1868 A @code{CloogInput} data structure and a @code{CloogOptions} contain
1869 the same information as a .cloog file. This function dumps the .cloog
1870 description of the given data structures into a file.
1872 @node Dump CLooG Input File Function
1873 @subsection Dump CLooG Input File Function
1874 @example
1875 @end example
1877 @node CLooG Output
1878 @section CLooG Output
1880 @noindent
1881 Given a description of the input,
1882 an AST corresponding to the @code{CloogInput} can be constructed
1883 using @code{cloog_clast_create_from_input} and destroyed using
1884 @code{free_clast_stmt}.
1885 @example
1886 struct clast_stmt *cloog_clast_create_from_input(CloogInput *input,
1887                                       CloogOptions *options);
1888 void free_clast_stmt(struct clast_stmt *s);
1889 @end example
1890 @noindent
1891 @code{clast_stmt} represents a linked list of ``statements''.
1892 @example
1893 struct clast_stmt @{
1894     const struct clast_stmt_op    *op;
1895     struct clast_stmt   *next;
1897 @end example
1898 @noindent
1899 The entries in the list are not of type @code{clast_stmt} itself,
1900 but of some larger type.  The following statement types are defined
1901 by CLooG.
1903 @example
1904 struct clast_root @{
1905     struct clast_stmt   stmt;
1906     CloogNames *        names;
1908 struct clast_root *new_clast_root(CloogNames *names);
1910 struct clast_assignment @{
1911     struct clast_stmt   stmt;
1912     const char *        LHS;
1913     struct clast_expr * RHS;
1915 struct clast_assignment *new_clast_assignment(const char *lhs,
1916                                               struct clast_expr *rhs);
1918 struct clast_block @{
1919     struct clast_stmt   stmt;
1920     struct clast_stmt * body;
1922 struct clast_block *new_clast_block(void);
1924 struct clast_user_stmt @{
1925     struct clast_stmt   stmt;
1926     CloogDomain *       domain;
1927     CloogStatement *    statement;
1928     struct clast_stmt * substitutions;
1930 struct clast_user_stmt *new_clast_user_stmt(CloogDomain *domain,
1931     CloogStatement *stmt, struct clast_stmt *subs);
1933 struct clast_for @{
1934     struct clast_stmt   stmt;
1935     CloogDomain *       domain;
1936     const char *        iterator;
1937     struct clast_expr * LB;
1938     struct clast_expr * UB;
1939     cloog_int_t         stride;
1940     struct clast_stmt * body;
1942 struct clast_for *new_clast_for(CloogDomain *domain, const char *it,
1943                                 struct clast_expr *LB, struct clast_expr *UB,
1944                                 cloog_int_t stride);
1946 struct clast_guard @{
1947     struct clast_stmt   stmt;
1948     struct clast_stmt * then;
1949     int                 n;
1950     struct clast_equation       eq[1];
1952 struct clast_guard *new_clast_guard(int n);
1953 @end example
1954 @noindent
1955 The @code{clast_stmt} returned by @code{cloog_clast_create}
1956 is a @code{clast_root}.
1957 It contains a placeholder for all the variable names that appear
1958 in the AST and a (list of) nested statement(s).
1960 @noindent
1961 A @code{clast_assignment} assigns the value given by
1962 the @code{clast_expr} @code{RHS} to a variable named @code{LHS}.
1964 @noindent
1965 A @code{clast_block} groups a list of statements into one statement.
1966 These statements are only generated if the @code{block} option is set,
1967 @pxref{Statement Block} and @ref{CloogOptions}.
1969 @noindent
1970 A @code{clast_user_stmt} represents a call to a statement specified
1971 by the user, @pxref{CloogStatement}.
1972 @code{substitutions} is a list of @code{clast_assignment} statements
1973 assigning an expression in terms of the scattering dimensions to
1974 each of the original iterators in the original order.
1975 The @code{LHS}s of these assignments are left blank (@code{NULL}).
1976 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option
1977 is not set.  Otherwise, it is set to the set
1978 of values for the scattering dimensions
1979 for which this instance of the user statement is executed.
1980 Note that unless the @code{noscalars} option has been set, the
1981 constant scattering dimensions may have been removed from this set.
1983 @noindent
1984 A @code{clast_for} represents a for loop, iterating @code{body} for each
1985 value of @code{iterator} between @code{LB} and @code{UB} in steps
1986 of size @code{stride}.
1987 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option is not
1988 set.  Otherwise, it is set to the set of values for the scattering dimensions
1989 for which a user statement is executed inside this @code{clast_for}.  Note that
1990 unless the @code{noscalars} option has been set, the constant scattering
1991 dimensions may have been removed from this set.
1993 @noindent
1994 A @code{clast_guard} represents the guarded execution of the @code{then}
1995 (list of) statement(s) by a conjunction of @code{n} (in)equalities.
1996 Each (in)equality is represented by a @code{clast_equation}.
1997 @example
1998 struct clast_equation @{
1999     struct clast_expr * LHS;
2000     struct clast_expr * RHS;
2001     int                 sign;
2003 @end example
2004 @noindent
2005 The condition expressed by a @code{clast_equation} is
2006 @code{LHS <= RHS}, @code{LHS == RHS} or @code{LHS >= RHS}
2007 depending on whether @code{sign} is less than zero, equal
2008 to zero, or greater than zero.
2010 The dynamic type of a @code{clast_stmt} can be determined
2011 using the macro @code{CLAST_STMT_IS_A(stmt,type)},
2012 where @code{stmt} is a pointer to a @code{clast_stmt}
2013 and @code{type} is one of @code{stmt_root}, @code{stmt_ass},
2014 @code{stmt_user}, @code{stmt_block}, @code{stmt_for} or
2015 @code{stmt_guard}.
2016 Users are allowed to define their own statement types by
2017 assigning the @code{op} field of the statements a pointer
2018 to a @code{clast_stmt_op} structure.
2019 @example
2020 struct clast_stmt_op @{
2021     void (*free)(struct clast_stmt *);
2023 @end example
2024 @noindent
2025 The @code{free} field of this structure should point
2026 to a function that frees the user defined statement.
2028 @noindent
2029 A @code{clast_expr} can be an identifier, a term,
2030 a binary expression or a reduction.
2031 @example
2032 enum clast_expr_type @{
2033     clast_expr_name,
2034     clast_expr_term,
2035     clast_expr_bin,
2036     clast_expr_red
2038 struct clast_expr @{
2039     enum clast_expr_type type;
2041 void free_clast_expr(struct clast_expr *e);
2042 @end example
2044 @noindent
2045 Identifiers are of subtype @code{clast_name}.
2046 @example
2047 struct clast_name @{
2048     struct clast_expr   expr;
2049     const char *        name;
2051 struct clast_name *new_clast_name(const char *name);
2052 void free_clast_name(struct clast_name *t);
2053 @end example
2054 @noindent
2055 The character string pointed to by @code{name} is
2056 assumed to be part of the @code{CloogNames} structure
2057 in the root of the clast as is therefore not copied.
2059 @noindent
2060 Terms are of type @code{clast_term}.
2061 @example
2062 struct clast_term @{
2063     struct clast_expr   expr;
2064     cloog_int_t         val;
2065     struct clast_expr  *var;
2067 struct clast_term *new_clast_term(cloog_int_t c, struct clast_expr *v);
2068 void free_clast_term(struct clast_term *t);
2069 @end example
2070 @noindent
2071 If @code{var} is set to @code{NULL}, then the term represents
2072 the integer value @code{val}.  Otherwise, it represents
2073 the term @code{val * var}.
2074 @code{new_clast_term} simply copies the @code{v} pointer
2075 without copying the underlying @code{clast_expr}.
2076 @code{free_clast_term}, on the other hand, recursively frees
2077 @code{var}.
2079 @noindent
2080 Binary expressions are of type @code{clast_bin_type} and
2081 represent either the floor of a division (fdiv),
2082 the ceil of a division (cdiv), an exact division or
2083 the remainder of an fdiv.
2084 @example
2085 enum clast_bin_type @{ clast_bin_fdiv, clast_bin_cdiv, 
2086                       clast_bin_div, clast_bin_mod @};
2087 struct clast_binary @{
2088     struct clast_expr   expr;
2089     enum clast_bin_type type;
2090     struct clast_expr*  LHS;
2091     cloog_int_t         RHS;
2093 struct clast_binary *new_clast_binary(enum clast_bin_type t, 
2094                           struct clast_expr *lhs, cloog_int_t rhs);
2095 void free_clast_binary(struct clast_binary *b);
2096 @end example
2098 @noindent
2099 Reductions are of type @code{clast_reduction} and
2100 can represent either the sum, the minimum or the maximum
2101 of its elements.
2102 @example
2103 enum clast_red_type @{ clast_red_sum, clast_red_min, clast_red_max @};
2104 struct clast_reduction @{
2105     struct clast_expr   expr;
2106     enum clast_red_type type;
2107     int                 n;
2108     struct clast_expr*  elts[1];
2110 struct clast_reduction *new_clast_reduction(enum clast_red_type t,
2111                                             int n);
2112 void free_clast_reduction(struct clast_reduction *r);
2113 @end example
2115 @node Retrieving version information
2116 @section Retrieving version information
2117 CLooG provides static and dynamic version checks to assist on
2118 including a compatible version of the library.
2119 A static version check at compile time can be achieved by
2120 querying the version constants defined in @code{version.h}:
2122 @itemize @bullet
2123 @item @code{CLOOG_VERSION_MAJOR}
2124 @item @code{CLOOG_VERSION_MINOR}
2125 @item @code{CLOOG_VERSION_REVISION}
2126 @end itemize
2128 This way it is possible to ensure the included headers are of the
2129 correct version. It is still possible that the installed CLooG
2130 library version differs from the installed headers.
2131 In order to avoid this, a dynamic version check is provided with
2132 the functions:
2134 @example
2135 @group
2136 int cloog_version_major(void);
2137 int cloog_version_minor(void);
2138 int cloog_version_revision(void);
2139 @end group
2140 @end example
2142 By using both the static and the dynamic version check, it is possible
2143 to match CLooG's header version with the library's version.
2145 @node Example of Library Utilization
2146 @section Example of Library Utilization
2147 Here is a basic example showing how it is possible to use the CLooG library,
2148 assuming that a standard installation has been done.
2149 The following C program reads a CLooG input file on the standard input,
2150 then prints the solution on the standard output.
2151 Options are preselected to the default values of the CLooG software.
2152 This example is provided in the @code{example} directory of the
2153 CLooG distribution.
2154 @example
2155 /* example.c */
2156 # include <stdio.h>
2157 # include <cloog/cloog.h>
2159 int main()
2161   CloogState *state;
2162   CloogInput *input;
2163   CloogOptions * options ;
2164   struct clast_stmt *root;
2165   
2166   /* Setting options and reading program informations. */
2167   state = cloog_state_malloc();
2168   options = cloog_options_malloc(state);
2169   input = cloog_input_read(stdin, options);
2171   /* Generating and printing the code. */
2172   root = cloog_clast_create_from_input(input, options);
2173   clast_pprint(stdout, root, 0, options);
2175   cloog_clast_free(root);
2176   cloog_options_free(options) ;
2177   cloog_state_free(state);
2178   return 0;
2180 @end example
2182 @noindent The compilation command could be:
2183 @example
2184 gcc example.c -lcloog -o example
2185 @end example
2186 @noindent A calling command with the input file test.cloog could be:
2187 @example
2188 more test.cloog | ./example
2189 @end example
2192 @c %  ******************************** HACKING *********************************
2193 @c @node Hacking
2194 @c @chapter Hacking CLooG
2196 @c @menu
2197 @c * Program organization::
2198 @c * Special Options::
2199 @c * CLooG Coding Standards::
2200 @c @end menu
2202 @c @node Program organization
2203 @c @section Program organization
2205 @c @node Special Options
2206 @c @section Special Options
2208 @c @node CLooG Coding Standards
2209 @c @section CLooG Coding Standards
2212 @c %  ****************************** INSTALLING ********************************
2213 @node Installing
2214 @chapter Installing CLooG
2216 @menu
2217 * License::
2218 * Requirements::
2219 * Basic Installation::
2220 * Optional Features::
2221 * Uninstallation::
2222 @end menu
2224 @node License
2225 @section License
2226 First of all, it would be very kind to refer the following paper in any
2227 publication that result from the use of the CLooG software or its library,
2228 @pxref{Bas04} (a bibtex entry is provided behind the title page of this
2229 manual, along with copyright notice, and in the CLooG home
2230 @code{http://www.CLooG.org}.
2232 This library is free software; you can redistribute it and/or
2233 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
2234 License as published by the Free Software Foundation; either
2235 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
2236 This library is distributed in the hope that it will be useful,
2237 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
2238 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
2239 Lesser General Public License for more details.
2240 @code{http://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html}
2242 Note, though, that if you link CLooG against a GPL library such
2243 as the PolyLib backend, then the combination becomes GPL too.
2244 In particular, a CLooG library based on the PolyLib backend
2245 is GPL version 2 only.
2246 Since the isl backend is LGPL, linking against it does not affect
2247 the license of CLooG.
2250 @node Requirements
2251 @section Requirements
2253 CLooG can be used with one of two possible backends,
2254 one using isl and one using PolyLib.
2255 The isl library is included in the CLooG distribution,
2256 while the PolyLib library needs to be obtained separately.
2257 On the other hand, isl requires GMP, while PolyLib can be
2258 compiled with or without the use of GMP.
2259 The user therefore needs to install at least one of
2260 PolyLib or GMP.
2262 @menu
2263 * PolyLib::
2264 * GMP Library::
2265 @end menu
2268 @node PolyLib
2269 @subsection PolyLib (optional)
2270 To successfully install CLooG with the PolyLib backend,
2271 the user first needs to install PolyLib
2272 version 5.22.1 or above (default 64 bits version is satisfying
2273 as well as 32 bits or GMP multiple precision version).
2274 Polylib can be downloaded freely
2275 at @code{http://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/} or
2276 @code{http://www.irisa.fr/polylib/}. Once downloaded and unpacked
2277 (e.g. using the @samp{tar -zxvf polylib-5.22.3.tar.gz} command),
2278 the user can compile
2279 it by typing the following commands on the PolyLib's root directory:
2281 @itemize @bullet
2282 @item @code{./configure}
2283 @item @code{make}
2284 @item And as root: @code{make install}
2285 @end itemize
2287 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2288 git repository:
2289 @itemize @bullet
2290 @item @code{git clone git://repo.or.cz/polylib.git}
2291 @item @code{cd polylib}
2292 @item @code{./autogen.sh}
2293 @item @code{./configure}
2294 @item @code{make}
2295 @item And as root: @code{make install}
2296 @end itemize
2298 The PolyLib default installation is @code{/usr/local}. This directory may
2299 not be inside your library path. To fix the problem, the user should set
2300 @example
2301 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2302 @end example
2303 @noindent if your shell is, e.g., bash or
2304 @example
2305 setenv LD_LIBRARY_PATH $LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2306 @end example
2307 @noindent if your shell is, e.g., tcsh. Add the line to your .bashrc or .tcshrc (or
2308 whatever convenient file) to make this change permanent. Another solution
2309 is to ask PolyLib to install in the standard path by using the prefix
2310 option of the configure script:
2311 @samp{./configure --prefix=/usr}.
2313 CLooG makes intensive calls to polyhedral operations, and PolyLib
2314 functions do the job. Polylib is a free library written in C for the
2315 manipulation of polyhedra. The library is operating on objects like
2316 vectors, matrices, lattices, polyhedra, Z-polyhedra, unions of
2317 polyhedra and a lot of other intermediary structures. It provides
2318 functions for all the important operations on these structures. 
2320 @node GMP Library
2321 @subsection GMP Library (optional)
2323 To be able to deal with insanely large coefficient, the user will need to
2324 install the GNU Multiple Precision Library (GMP for short) version 4.1.4
2325 or above. It can be freely downloaded from @code{http://www.swox.com/gmp}.
2326 Note that the isl backend currently requires GMP.
2327 The user can compile GMP by typing the following commands on the GMP root
2328 directory:
2330 @itemize @bullet
2331 @item @code{./configure}
2332 @item @code{make}
2333 @item And as root: @code{make install}
2334 @end itemize
2336 The GMP default installation is @code{/usr/local}, the same method to
2337 fix a library path problem applies as with PolyLib (@pxref{PolyLib}).
2339 If you want to use the PolyLib backend, then
2340 PolyLib has to be built using the GMP library by specifying the option
2341 @samp{--with-libgmp=PATH_TO_GMP} to the PolyLib configure script
2342 (where @code{PATH_TO_GMP} is @code{/usr/local} if you did not change the GMP
2343 installation directory). Then you have to set the convenient CLooG configure
2344 script options to build the GMP version (@pxref{Optional Features}).
2347 @node Basic Installation
2348 @section CLooG Basic Installation
2350 Once downloaded and unpacked
2351 (e.g. using the @samp{tar -zxvf cloog-@value{VERSION}.tar.gz} command),
2352 you can compile CLooG by typing the following commands on the CLooG's root
2353 directory:
2355 @itemize @bullet
2356 @item @code{./configure}
2357 @item @code{make}
2358 @item And as root: @code{make install}
2359 @end itemize
2361 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2362 git repository:
2363 @itemize @bullet
2364 @item @code{git clone git://repo.or.cz/cloog.git}
2365 @item @code{cd cloog}
2366 @item @code{./get_submodules.sh}
2367 @item @code{./autogen.sh}
2368 @item @code{./configure}
2369 @item @code{make}
2370 @item And as root: @code{make install}
2371 @end itemize
2373 Depending on which backend you want to use and where they
2374 are located, you may need to pass some
2375 options to the configure script, @pxref{Optional Features}.
2377 The program binaries and object files can be removed from the
2378 source code directory by typing @code{make clean}. To also remove the
2379 files that the @code{configure} script created (so you can compile the
2380 package for a different kind of computer) type @code{make distclean}.
2382 Both the CLooG software and library have been successfully compiled
2383 on the following systems:
2384 @itemize @bullet
2385 @item PC's under Linux, with the @code{gcc} compiler,
2386 @item PC's under Windows (Cygwin), with the @code{gcc} compiler,
2387 @item Sparc and UltraSparc Stations, with the @code{gcc} compiler.
2388 @end itemize
2390 @node Optional Features 
2391 @section Optional Features  
2392 The @code{configure} shell script attempts to guess correct values for
2393 various system-dependent variables and user options used during compilation.
2394 It uses those values to create the @code{Makefile}. Various user options
2395 are provided by the CLooG's configure script. They are summarized in the
2396 following list and may be printed by typing @code{./configure --help} in the
2397 CLooG top-level directory.
2399 @itemize @bullet
2400 @item By default, the installation directory is @code{/usr/local}:
2401 @code{make install} will install the package's files in
2402 @code{/usr/local/bin}, @code{/usr/local/lib} and @code{/usr/local/include}.
2403 The user can specify an installation prefix other than @code{/usr/local} by
2404 giving @code{configure} the option @code{--prefix=PATH}.
2406 @item By default, the isl backend will use the version of isl
2407 that is @code{bundled} together with CLooG.
2408 Using the @code{--with-isl} option of @code{configure}
2409 the user can specify that @code{no} isl,
2410 a previously installed (@code{system}) isl or a @code{build} isl
2411 should be used.
2412 In the latter case, the user should also specify the build location
2413 using @code{--with-isl-builddir=PATH}.
2414 In case of an installed isl,
2415 the installation location can be specified using the
2416 @code{--with-isl-prefix=PATH} and
2417 @code{--with-isl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2419 @item By default, the PolyLib backend will use an installed
2420 (@code{system}) PolyLib, if any.
2421 The installation location can be specified using the
2422 @code{--with-polylib-prefix=PATH} and
2423 @code{--with-polylib-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2424 Using the @code{--with-polylib} option of @code{configure}
2425 the user can specify that @code{no} PolyLib or a @code{build} PolyLib
2426 should be used.
2427 In the latter case, the user should also specify the build location
2428 using @code{--with-polylib-builddir=PATH}.
2430 @item By default, the PolyLib backend of CLooG is built
2431 in 64bits version if such version of the
2432 PolyLib is found by @code{configure}. If the only existing version of the
2433 PolyLib is the 32bits or if the user give to @code{configure} the option
2434 @code{--with-bits=32}, the 32bits version of CLooG will be compiled. In the
2435 same way, the option @code{--with-bits=gmp} have to be used to build
2436 the multiple precision version.
2438 @item By default, @code{configure} will look for the GMP library
2439 (necessary to build the multiple precision version) in standard
2440 locations. If necessary, the user can specify the GMP path by giving
2441 @code{configure} the option @code{--with-gmp-prefix=PATH} and/or
2442 @code{--with-gmp-exec-prefix=PATH}.
2443 @end itemize
2445 @node Uninstallation 
2446 @section Uninstallation  
2447 The user can easily remove the CLooG software and library from his system
2448 by typing (as root if necessary) from the CLooG top-level directory
2449 @code{make uninstall}.
2451 @c %  **************************** DOCUMENTATION ******************************
2452 @node Documentation
2453 @chapter Documentation
2454 The CLooG distribution provides several documentation sources. First, the
2455 source code itself is as documented as possible. The code comments use a
2456 Doxygen-compatible presentation (something similar to what JavaDoc does for
2457 JAVA). The user may install Doxygen
2458 (see @code{http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen}) to automatically
2459 generate a technical documentation by typing @code{make doc} or
2460 @code{doxygen ./autoconf/Doxyfile} at the CLooG top-level directory after
2461 running the configure script (@pxref{Installing}). Doxygen will generate
2462 documentation sources (in HTML, LaTeX and man) in the @code{doc/source}
2463 directory of the CLooG distribution.
2465 The Texinfo sources of the present document are also provided in the @code{doc}
2466 directory. You can build it in either DVI format (by typing
2467 @code{texi2dvi cloog.texi}) or PDF format
2468 (by typing @code{texi2pdf cloog.texi}) or HTML format
2469 (by typing @code{makeinfo --html cloog.texi}, using @code{--no-split}
2470 option to generate a single HTML file) or info format
2471 (by typing @code{makeinfo cloog.texi}).
2473 @c %  ****************************** REFERENCES ********************************
2474 @node References
2475 @chapter References
2477 @itemize
2478 @item
2479 @anchor{Bas03a}[Bas03a] C. Bastoul, P. Feautrier. Improving data locality
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2483 @item
2484 @anchor{Bas03b}[Bas03b] C. Bastoul. Efficient code generation for automatic
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2488 @item
2489 @anchor{Bas04}[Bas04] C. Bastoul. Code Generation in the Polyhedral Model
2490 Is Easier Than You Think. PACT'13 IEEE International Conference on Parallel
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2494 @item
2495 @anchor{Fea92}[Fea92] P. Feautrier Some efficient solutions to the affine
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2499 @item
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2505 @item
2506 @anchor{Qui00}[Qui00] F. Quiller@'e, S. Rajopadhye, and D. Wilde.
2507 Generation of efficient nested loops from polyhedra.
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2511 @item
2512 @anchor{Wil93}[Wil93] Doran K. Wilde.
2513 A library for doing polyhedral operations.
2514 Technical Report 785, IRISA, Rennes, France, 1993.
2516 @end itemize
2521 @c % /*************************************************************************
2522 @c %  *                       PART VI: END OF THE DOCUMENT                    *
2523 @c %  *************************************************************************/
2524 @c @unnumbered Index
2525      
2526 @c @printindex cp
2527      
2528 @bye