Only convert isl_sets to cloog_union_domains
[cloog/uuh.git] / doc / cloog.texi
bloba6c7acb6a650026cbfc188d49e714d1637c9ee3e
1 \input texinfo
2 @c %
3 @c %  /**-----------------------------------------------------------------**
4 @c %   **                              CLooG                              **
5 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
6 @c %   **                            cloog.texi                           **
7 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
8 @c %   **                   First version: july 6th 2002                  **
9 @c %   **-----------------------------------------------------------------**/
10 @c %
11 @c % release 1.0: September 17th 2002
12 @c % release 1.1: December   5th 2002
13 @c % release 1.2: April     22th 2003
14 @c % release 2.0: November  21th 2005 (and now in texinfo instead of LaTeX)
15 @c % release 2.1: October   15th 2007
16 @c %
17 @c %/**************************************************************************
18 @c % *               CLooG : the Chunky Loop Generator (experimental)         *
19 @c % **************************************************************************/
20 @c %/* CAUTION: the English used is probably the worst you ever read, please
21 @c % *          feel free to correct and improve it !
22 @c % */
24 @c %\textit{"I found the ultimate transformation functions, optimization for
25 @c %static control programs is now a closed problem, I have \textnormal{just}
26 @c %to generate the target code !"} 
30 @c % /*************************************************************************
31 @c %  *                              PART I: HEADER                           *
32 @c %  *************************************************************************/
33 @c %**start of header
34 @setfilename cloog.info
35 @settitle CLooG - a loop generator for scanning polyhedra
37 @set EDITION 2.1
38 @include gitversion.texi
39 @set UPDATED October 15th 2007
40 @setchapternewpage odd
42 @c %**end of header
44 @c % /*************************************************************************
45 @c %  *                 PART II: SUMMARY DESCRIPTION AND COPYRIGHT            *
46 @c %  *************************************************************************/
48 @copying
49 This manual is for CLooG version @value{VERSION}, a software
50 which generates loops for scanning Z-polyhedra. That is, CLooG produces a
51 code visiting each integral point of a union of parametrized
52 polyhedra. CLooG is designed to avoid control overhead and to produce a very
53 efficient code.
55 It would be quite kind to refer the following paper in any publication that
56 results from the use of the CLooG software or its library:
58 @example
59 @@InProceedings@{Bas04,
60 @ @ author =@ @ @ @ @{C. Bastoul@},
61 @ @ title =@ @ @ @ @ @{Code Generation in the Polyhedral Model
62 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Is Easier Than You Think@},
63 @ @ booktitle = @{PACT'13 IEEE International Conference on
64 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Parallel Architecture and Compilation Techniques@},
65 @ @ year =@ @ @ @ @ @ 2004,
66 @ @ pages =@ @ @ @ @ @{7--16@},
67 @ @ month =@ @ @ @ @ @{september@},
68 @ @ address =@ @ @ @{Juan-les-Pins@}
70 @end example
72 Copyright @copyright{} 2002-2005 C@'edric Bastoul.
74 @c quotation
75 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under
76 the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 
77 published by the Free Software Foundation. To receive a copy of the
78 GNU Free Documentation License, write to the Free Software Foundation, Inc.,
79 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA.
80 @c end quotation
81 @end copying
83 @c % /*************************************************************************
84 @c %  *                 PART III: TITLEPAGE, CONTENTS, COPYRIGHT              *
85 @c %  *************************************************************************/
86 @titlepage
87 @title CLooG
88 @subtitle A Loop Generator For Scanning Polyhedra
89 @subtitle Edition @value{EDITION}, for CLooG @value{VERSION}
90 @subtitle @value{UPDATED}
91 @author C@'edric Bastoul
92      
93 @c The following two commands start the copyright page.
94 @page
95 @noindent (September 2001)
96 @table @code
97 @item C@'edric Bastoul
98 SCHEDULES GENERATE !!! I just need to apply them now, where can I find
99 a good code generator ?!
100      
101 @item Paul Feautrier
102 Hmmm. I fear that if you want something powerful enough, you'll have to
103 write it yourself !
104 @end table
106 @vskip 0pt plus 1filll
107 @insertcopying
108 @end titlepage
109      
110 @c Output the table of contents at the beginning.
111 @contents
113 @c % /*************************************************************************
114 @c %  *                     PART IV: TOP NODE AND MASTER MENU                 *
115 @c %  *************************************************************************/
116 @ifnottex
117 @node Top
118 @top CLooG
119      
120 @insertcopying
121 @end ifnottex
123 @menu
124 * Introduction::
125 * CLooG Software::
126 * CLooG Library::
127 @c * Hacking::
128 * Installing::
129 * Documentation::
130 * References::
131 @end menu
135 @c % /*************************************************************************
136 @c %  *                       PART V: BODY OF THE DOCUMENT                    *
137 @c %  *************************************************************************/
139 @c %  ****************************** INTRODUCTION ******************************
140 @node Introduction
141 @chapter Introduction
142 CLooG is a free software and library generating loops for scanning Z-polyhedra.
143 That is, it finds a code (e.g. in C, FORTRAN...) that reaches each integral
144 point of one or more parameterized polyhedra. CLooG has been originally
145 written to solve the code generation problem for optimizing compilers based on
146 the polytope model. Nevertheless it is used now in various area, e.g., to build
147 control automata for high-level synthesis or to find the best polynomial
148 approximation of a function. CLooG may help in any situation where scanning
149 polyhedra matters. It uses the best state-of-the-art code generation
150 algorithm known as the Quiller@'e et al. algorithm (@pxref{Qui00})
151 with our own improvements and extensions (@pxref{Bas04}).
152 The user has full control on generated code quality.
153 On one hand, generated code size has to be tuned for sake of
154 readability or instruction cache use. On the other hand, we must ensure that
155 a bad control management does not hamper performance of the generated code,
156 for instance by producing redundant guards or complex loop bounds.
157 CLooG is specially designed to avoid control overhead and to produce a very
158 efficient code.
160 CLooG stands for @emph{Chunky Loop Generator}: it is a part of the Chunky
161 project, a research tool for data locality improvement (@pxref{Bas03a}).
162 It is designed
163 also to be the back-end of automatic parallelizers like LooPo (@pxref{Gri04}).
164 Thus it is very
165 compilable code oriented and provides powerful program transformation
166 facilities. Mainly, it allows the user to specify very general schedules where, 
167 e.g., unimodularity or invertibility of the transformation doesn't matter.
169 The current version is still under
170 evaluation, and there is no guarantee that the upward compatibility
171 will be respected (but the previous API has been stable for two years,
172 we hope this one will be as successful -and we believe it-).
173 A lot of reports are necessary to freeze the library
174 API and the input file shape. Most API changes from 0.12.x to 0.14.x
175 have been requested by the users themselves.
176 Thus you are very welcome and encouraged
177 to post reports on bugs, wishes, critics, comments, suggestions or
178 successful experiences in the forum of @code{http://www.CLooG.org}
179 or to send them to cedric.bastoul@@inria.fr directly.
181 @menu
182 * Basics::
183 * Scattering::
184 @end menu
186 @node Basics
187 @section Basically, what's the point ?
188 If you want to use CLooG, this is because you want to scan or to find
189 something inside the integral points of a set of polyhedra. There are many
190 reasons for that. Maybe you need the generated code itself because it
191 actually implements a very smart program transformation you found.
192 Maybe you want to use the generated code
193 because you know that the solution of your problem belongs to the integral
194 points of those damned polyhedra and you don't know which one. Maybe you just
195 want to know if a polyhedron has integral points depending on some parameters,
196 which is the lexicographic minimum, maximum, the third on the basis of the
197 left etc. Probably you have your own reasons to use CLooG.
199 Let us illustrate a basic use of CLooG. Suppose we have a set of affine
200 constraints that describes a part of a whatever-dimensional space,
201 called a @strong{domain}, and we
202 want to scan it. Let us consider for instance the following set of constraints
203 where @samp{i}
204 and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space) and
205 @samp{m} and @samp{n} are the parameters (some symbolic constants):
206 @example
207 @group
208 2<=i<=n
209 2<=j<=m
210 j<=n+2-i
211 @end group
212 @end example
213 Let us also consider that we have a partial knowledge of the parameter values,
214 called the @strong{context}, expressed as affine constraints as well,
215 for instance:
216 @example
217 @group
218 m>=2
219 n>=2
220 @end group
221 @end example
222 Note that using parameters is optional, if you are not comfortable with
223 parameter manipulation, just replace them with any scalar value that fits
224 @code{m>=2} and @code{n>=2}.
225 A graphical representation of this part of the 2-dimensional space, where
226 the integral points are represented using heavy dots would be for instance:
228 @image{images/basic,6cm}
230 The affine constraints of both the domain and the context are what we will
231 provide to CLooG as input (in a particular shape that will be described later).
232 The output of CLooG is a pseudo-code to scan the integral points of the
233 input domain according to the context:
234 @example
235 @group
236 for (i=2;i<=n;i++) @{
237   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
238     S1(i,j) ;
239   @}
241 @end group
242 @end example
243 If you felt such a basic example is yet interesting, there is a good chance
244 that CLooG is appropriate for you. CLooG can do much more: scanning several
245 polyhedra or unions of polyhedra at the same time, applying general affine
246 transformations to the polyhedra, generate compilable code etc. Welcome
247 to the CLooG's user's guide !
249 @node Scattering
250 @section Defining a Scanning Order: Scattering Functions
251 In CLooG, domains only define the set of integral points to scan and their
252 coordinates. In particular, CLooG is free to choose the scanning order for
253 generating the most efficient code. This means, for optimizing/parallelizing
254 compiler people, that CLooG doesn't make any speculation on dependences on and
255 between statements (by the way, it's not its job !).
256 For instance, if an user give to
257 CLooG only two domains @code{S1:1<=i<=n}, @code{S2:1<=i<=n} and the context
258 @code{n>=1}, the following pseudo-codes are considered to be equivalent:
260 @example
261 @group
262 /* A convenient target pseudo-code. */
263 for (i=1;i<=N;i++) @{
264  S1(i) ;
266 for (i=1;i<=N;i++) @{
267  S2(i) ;
269 @end group
270 @end example
272 @example
273 @group
274 /* Another convenient target pseudo-code. */
275 for (i=1;i<=N;i++) @{
276  S1(i) ;
277  S2(i) ;
279 @end group
280 @end example
282 The default behaviour
283 of CLooG is to generate the second one, since it is optimized in control. 
284 It is right if there are no data dependences
285 between @code{S1} and @code{S2}, but wrong otherwise. 
287 Thus it is often useful to force scanning to respect a given order. This can be
288 done in CLooG by using @strong{scattering functions}. Scattering is a
289 shortcut for scheduling, allocation, chunking functions and the like we can
290 find in the restructuring compilation literature. There are a lot of reasons
291 to scatter the integral points of the domains (i.e. the statement instances
292 of a program, for compilation people), parallelization or optimization are good
293 examples. For instance, if the user wants for any reason to set some
294 precedence constraints between the statements of our example above
295 in order to force the generation of the
296 first code, he can do it easily by setting (for example) the following
297 scheduling functions:
299 @tex
300 $$\theta _{S1}(i) =  (1)$$
301 $$\theta _{S2}(j) =  (2)$$
302 @end tex
304 @ifnottex
305 @example
306 @group
307 T_S1(i) = (1)
308 T_S2(j) = (2)
309 @end group
310 @end example
311 @end ifnottex
313 This scattering means that each integral point of the domain @code{S1}
314 is scanned at logical date @code{1} while each integral point of the domain
315 @code{S2} is scanned at logical date @code{2}. As a result, the whole
316 domain @code{S1} is scanned before domain @code{S2} and the first code in our
317 example is generated.
319 The user can set every kind of affine scanning order thanks to the
320 scattering functions. Each domain has its own scattering function and
321 each scattering function may be multi-dimensional. A multi-dimensional logical
322 date may be seen as classical date (year,month,day,hour,minute,etc.) where
323 the first dimensions are the most significant. Each scattering dimension
324 may depend linearly on the original dimensions (e.g., @code{i}), the
325 parameters (e.g., @code{n}) ans scalars (e.g., @code{2}).
327 A very useful example of multi-dimensional scattering functions is, for
328 compilation people, the scheduling of the original program.
329 The basic data to use for code generation are statement iteration domains.
330 As we saw, these data are not sufficient to rebuild the original
331 program (what is the ordering between instances of different statements ?).
332 The missing data can be put in the scattering functions as the original
333 scheduling. The method to compute it is quite simple (@pxref{Fea92}). The idea is to
334 build an abstract syntax tree of the program and to read the scheduling for
335 each statement. For instance, let us consider the following implementation of
336 a Cholesky factorization:
338 @example
339 @group
340 /* A Cholesky factorization kernel. */
341 for (i=1;i<=N;i++) @{
342   for (j=1;j<=i-1;j++) @{
343     a[i][i] -= a[i][j] ;           /* S1 */
344   @}
345   a[i][i] = sqrt(a[i][i]) ;        /* S2 */
346   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
347     for (k=1;k<=i-1;k++) @{
348       a[j][i] -= a[j][k]*a[i][k] ; /* S3 */
349     @}
350     a[j][i] /= a[i][i] ;           /* S4 */
351     @}
352   @}
354 @end group
355 @end example
357 The corresponding abstract syntax tree is given in the following figure.
358 It directly gives the scattering functions (schedules) for all the
359 statements of the program.
361 @image{images/tree,6cm}
363 @tex
365 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (0,i,0,j,0)^T$\cr
366                 \theta _{S2}(i)        &$=  (0,i,1)^T$\cr
367                 \theta _{S3}(i,j,k)^T  &$=  (0,i,2,j,0,k,0)^T$\cr
368                 \theta _{S4}(i,j)^T    &$=  (0,i,2,j,1)^T$}$}
370 @end tex
372 @ifnottex
373 @example
374 @group
375 T_S1(i,j)^T   = (0,i,0,j,0)^T
376 T_S2(i)       = (0,i,1)^T
377 T_S3(i,j,k)^T = (0,i,2,j,0,k,0)^T
378 T_S4(i,j)^T   = (0,i,2,j,1)^T
379 @end group
380 @end example
381 @end ifnottex
383 These schedules depend on the iterators and give for each instance of each
384 statement a unique execution date. Using such scattering functions allow
385 CLooG to re-generate the input code. 
391 @c %  ***********************Using the CLooG Software **************************
392 @node CLooG Software
393 @chapter Using the CLooG Software
396 @menu
397 * A First Example::
398 * Writing The Input File::
399 * Calling CLooG::
400 * CLooG Options::
401 * Full Example::
402 @end menu
404 @c %/*************************************************************************
405 @c % *                              A FIRST EXAMPLE                          *
406 @c % *************************************************************************/
407 @node A First Example
408 @section A First Example
409 CLooG takes as input a file that must be written accordingly to a grammar
410 described in depth in a further section (@pxref{Writing The Input File}). 
411 Moreover it supports many options to tune the target code presentation or
412 quality as discussed in a dedicated section (@pxref{Calling CLooG}).
413 However, a basic use
414 of CLooG is not very complex and we present in this section how to generate the
415 code corresponding to a basic example discussed earlier (@pxref{Basics}).
417 The problem is to find the code that scans a 2-dimensional polyhedron
418 where @samp{i} and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space)
419 and @samp{m} and @samp{n} are the parameters (the symbolic constants),
420 defined by the following set of constraints:
421 @example
422 @group
423 2<=i<=n
424 2<=j<=m
425 j<=n+2-i
426 @end group
427 @end example
428 @noindent We also consider a partial knowledge of the parameter values,
429 expressed thanks to the following affine constraints:
430 @example
431 @group
432 m>=2
433 n>=2
434 @end group
435 @end example
437 An input file that corresponds to this problem, and asks for a generated
438 code in C, may be the following. Note that we do not describe here precisely
439 the structure and the components of this file (@pxref{Writing The Input File}
440  for such information, if you feel it necessary):
442 @example
443 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
444 c # language is C
446 # Context (constraints on two parameters)
447 2 4                   # 2 lines and 4 columns
448 # eq/in m  n  1         eq/in: 1 for inequality >=0, 0 for equality =0
449     1   1  0 -2       # 1*m + 0*n -2*1 >= 0, i.e. m>=2
450     1   0  1 -2       # 0*m + 1*n -2*1 >= 0, i.e. n>=2
452 1 # We want to set manually the parameter names
453 m n                   # parameter names
455 # --------------------- STATEMENTS --------------------
456 1 # Number of statements
458 1 # First statement: one domain
459 # First domain
460 5 6                   # 5 lines and 6 columns
461 # eq/in i  j  m  n  1 
462     1   1  0  0  0 -2 # i >= 2
463     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
464     1   0  1  0  0 -2 # j >= 2
465     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
466     1  -1 -1  0  1  2 # n+2-i>=j
467 0  0  0               # for future options
469 1 # We want to set manually the iterator names
470 i j                   # iterator names
472 # --------------------- SCATTERING --------------------
473 0 # No scattering functions
474 @end example
476 This file may be called @samp{basic.cloog}
477 (this example is provided in the CLooG distribution as
478 @code{test/manual_basic.cloog}) and we can ask CLooG to process it
479 and to generate the code by a simple calling to CLooG with this file as input:
480 @samp{cloog basic.cloog}. By default, CLooG will print the generated code in
481 the standard output:
483 @example
484 @group
485 /* Generated by CLooG v@value{VERSION} in 0.00s. */
486 for (i=2;i<=n;i++) @{
487   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
488     S1(i,j) ;
489   @}
491 @end group
492 @end example
494 @c %/*************************************************************************
495 @c % *                                Input file                             *
496 @c % *************************************************************************/
497 @node Writing The Input File
498 @section Writing The Input File
499 The input text file contains a problem description, i.e. the context,
500 the domains and the scattering functions.
501 Because CLooG is very 'compilable code generation oriented', we can associate
502 some additional informations to each domain. We call this association a
503 @emph{statement}. The set of all informations is 
504 called a @emph{program}. The input file respects the grammar below
505 (terminals are preceded by "_"):
507 @example
508 File             ::= Program
509 Program          ::= Context Statements Scattering
510 Context          ::= Language      Domain_union   Naming
511 Statements       ::= Nb_statements Statement_list Naming
512 Scatterings      ::= Nb_functions  Scattering_list Naming
513 Naming           ::= Option Name_list
514 Name_list        ::= _String   Name_list      | (void)
515 Statement_list   ::= Statement Statement_list | (void)
516 Domain_list      ::= _Domain   Domain_list    | (void)
517 Scattering_list  ::= Domain_union Scattering_list | (void)
518 Statement        ::= Iteration_domain 0 0 0
519 Iteration_domain ::= Domain_union
520 Domain_union     ::= Nb_domains Domain_list
521 Option           ::= 0 | 1
522 Language         ::= c | f
523 Nb_statements    ::= _Integer
524 Nb_domains       ::= _Integer
525 Nb_functions     ::= _Integer
526 @end example
528 Note: if there is only one domain in a @samp{Domain_union},
529 i.e., if @samp{Nb_domains} is 1, then this 1 may be omitted.
531 @itemize @bullet
532 @item  @samp{Context} represents the informations that are
533        shared by all the statements. It consists on
534        the language used (which can be @samp{c} for C or @samp{f} for FORTRAN 90)
535        and the global constraints on parameters.
536        These constraints are essential
537        since they give to CLooG the number of parameters. If there is no
538        parameter or no constraints on parameters, just give a constraint
539        always satisfied like @math{1 \geq 0}. @samp{Naming} sets the parameter
540        names.
541        If the naming option @samp{Option} is 1, parameter names will be read
542        on the next line. There must be exactly as many names as parameters.
543        If the naming option @samp{Option} is 0, parameter names are
544        automatically generated. The name of the first parameter will
545        be @samp{M}, and the name of the @math{(n+1)^{th}} parameter directly
546        follows the name of the @math{n^{th}} parameter in ASCII code.
547        It is the user responsibility to ensure that parameter names,
548        iterators and scattering dimension names are different. 
549 @item  @samp{Statements} represents the informations on the statements.
550        @samp{Nb_statements} is the number of statements in the program, 
551        i.e. the number of @samp{Statement} items in the @samp{Statement_list}.
552        @samp{Statement} represents the informations on a given statement.
553        To each statement is associated a domain
554        (the statement iteration domain: @samp{Iteration_domain}) and three
555        zeroes that represents future options.
556        @samp{Naming} sets the iterator names. If the naming option
557        @samp{Option} is 1, the iterator names
558        will be read on the next line. There must be exactly as many names as
559        nesting level in the deepest iteration domain. If the naming option
560        @samp{Option} is 0, iterator names are automatically generated.
561        The iterator name of the outermost loop will be @samp{i}, and the
562        iterator name of the loop at level @math{n+1} directly follows the 
563        iterator name of the loop at level @math{n} in ASCII code. 
564 @item  @samp{Scatterings} represents the informations on scattering functions.
565        @samp{Nb_functions} is the number of functions (it must be
566        equal to the number of statements or 0 if there is no scattering
567        function). The functions themselves are represented through
568        @samp{Scattering_list}.
569        @samp{Naming} sets the scattering dimension names. If the naming option
570        @samp{Option} is 1, the scattering dimension names will be read on the
571        next line.
572        There must be exactly as many names as scattering dimensions. If the
573        naming option @samp{Option} is 0, scattering dimension names are automatically
574        generated. The name of the @math{n^{th}} scattering dimension
575        will be @samp{cn}.
576 @end itemize
578 @menu
579 * Domain Representation::
580 * Scattering Representation::
581 @end menu
583 @node Domain Representation
584 @subsection Domain Representation
585 As shown by the grammar, the input file describes the various informations
586 thanks to characters, integers and domains. Each domain is defined by a set of
587 constraints in the PolyLib format (@pxref{Wil93}). They have the
588 following syntax:
589 @enumerate
590 @item some optional comment lines beginning with @samp{#},
591 @item the row and column numbers, possibly followed by comments,
592 @item the constraint rows, each row corresponds to a constraint the
593       domain have to satisfy. Each row must be on a single line and is possibly
594       followed by comments. The constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the
595       first element is 0, an inequality  @math{p(x) \geq 0} if the first element
596       is 1. The next elements are the unknown coefficients, followed by
597       the parameter coefficients. The last element is the constant factor.
598 @end enumerate
599 For instance, assuming that @samp{i}, @samp{j} and @samp{k} are iterators and
600 @samp{m} and @samp{n} are parameters, the domain defined by the following
601 constraints :
603 @tex
605 \hbox{$ \cases{ -i     + m &$\geq 0$\cr
606                     -j + n &$\geq 0$\cr
607                  i + j - k &$\geq 0$}$}
609 @end tex
611 @ifnottex
612 @example
613 @group
614    -i + m >= 0
615    -j + n >= 0
616 i + j - k >= 0
617 @end group
618 @end example
619 @end ifnottex
621 @noindent can be written in the input file as follows :
623 @example
624 @group
625 # This is the domain
626 3 7                      # 3 lines and 7 columns
627 # eq/in i  j  k  m  n  1 
628     1  -1  0  0  1  0  0 #    -i + m >= 0
629     1   0 -1  0  0  1  0 #    -j + n >= 0
630     1   1  1 -1  0  0  0 # i + j - k >= 0
631 @end group
632 @end example
634 Each iteration domain @samp{Iteration_domain} of a given statement
635 is a union of polyhedra
636 @samp{Domain_union}. A union is defined by its number of elements
637 @samp{Nb_domains} and the elements themselves @samp{Domain_list}.
638 For instance, let us consider the following pseudo-code:
640 @example
641 @group
642 for (i=1;i<=n;i++) @{
643   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
644     S1 ;
645   for (j=i+1;j<=m;j++)
646     S2 ;
647 @} 
648 @end group
649 @end example
651 @noindent The iteration domain of @samp{S1} can be divided into two
652 polyhedra and written in the input file as follows:
654 @example
655 @group
656 2 # Number of polyhedra in the union
657 # First domain
658 3 5                # 3 lines and 5 columns
659 # eq/in i  m  n  1 
660     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
661     1  -1  0  1  0 #  i <= n
662     1   1 -1  0  0 #  i >= m
663 # Second domain
664 3 5                # 3 lines and 5 columns
665 # eq/in i  m  n  1 
666     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
667     1  -1  0  1  0 #  i <= n
668     1  -1  2  0  0 #  i <= 2*m
669 @end group
670 @end example
672 @node Scattering Representation
673 @subsection Scattering Function Representation
674 Scattering functions are depicted in the input file thanks a representation
675 very close to the domain one.
676 An integer gives the number of functions @samp{Nb_functions} and each function
677 is represented by a domain. Each line of the domain corresponds to an equality
678 defining a dimension of the function. Note that at present
679 (CLooG @value{VERSION})
680 @strong{all functions must have the same scattering dimension number}. If a
681 user wants to set scattering functions with different dimensionality, he has
682 to complete the smaller one with zeroes to reach the maximum dimensionality.
683 For instance, let us consider the following code and
684 scheduling functions:
686 @example
687 @group
688 for (i=1;i<=n;i++) @{
689   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
690     S1 ;
691   for (j=i+1;j<=m;j++)
692     S2 ;
693 @} 
694 @end group
695 @end example
697 @tex
699 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i)      &$=  (i,0)^T$\cr
700                 \theta _{S2}(i,j)^T  &$=  (n,i+j)^T$}$}
702 @end tex
704 @ifnottex
705 @example
706 @group
707 T_S1(i)     = (i,0)^T
708 T_S2(i,j)^T = (n,i+j)^T
709 @end group
710 @end example
711 @end ifnottex
714 @noindent This scheduling can be written in the input file as follows:
716 @example
717 @group
718 2 # Number of scattering functions
719 # First function
720 2 7                          # 2 lines and 7 columns
721 # eq/in c1 c2  i  m  n  1 
722     0    1  0 -1  0  0  0    #  c1 = i
723     0    0  1  0  0  0  0    #  c2 = 0
724 # Second function
725 2 8                          # 2 lines and 8 columns
726 # eq/in c1 c2  i  j  m  n  1 
727     0    1  0  0  0  0 -1  0 #  c1 = n
728     0    0  1 -1 -1  0  0  0 #  c2 = i+j
729 @end group
730 @end example
731 The complete input file for the user who wants to generate the code for this
732 example with the preceding scheduling would be
733 (this file is provided in the CLooG distribution
734 as @code{test/manual_scattering.cloog}:
736 @example
737 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
738 c # language is C
740 # Context (no constraints on two parameters)
741 1 4                   # 1 lines and 4 columns
742 # eq/in m  n  1
743     1   0  0  0       # 0 >= 0, always true
745 1 # We want to set manually the parameter names
746 m n                   # parameter names
748 # --------------------- STATEMENTS --------------------
749 2 # Number of statements
751 2 # First statement: two domains
752 # First domain
753 3 5                   # 3 lines and 5 columns
754 # eq/in i  m  n  1
755     1   1  0  0 -1    # i >= 1
756     1  -1  0  1  0    # i <= n
757     1   1 -1  0  0    # i >= m
758 # Second domain
759 3 5                   # 3 lines and 5 columns
760 # eq/in i  m  n  1 
761     1   1  0  0 -1    # i >= 1
762     1  -1  0  1  0    # i <= n
763     1  -1  2  0  0    # i <= 2*m
764 0  0  0               # for future options
766 1 # Second statement: one domain
767 4 6                   # 4 lines and 6 columns
768 # eq/in i  j  m  n  1 
769     1   1  0  0  0 -1 # i >= 1
770     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
771     1  -1  1  0  0 -1 # j >= i+1
772     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
773 0  0  0               # for future options
775 1 # We want to set manually the iterator names
776 i j                   # iterator names
778 # --------------------- SCATTERING --------------------
779 2 # Scattering functions
780 # First function
781 2 7                   # 2 lines and 7 columns
782 # eq/in p1 p2  i  m  n  1 
783     0    1  0 -1  0  0  0    # p1 = i
784     0    0  1  0  0  0  0    # p2 = 0
785 # Second function
786 2 8                   # 2 lines and 8 columns
787 # eq/in p1 p2  i  j  m  n  1 
788     0    1  0  0  0  0 -1  0 # p1 = n
789     0    0  1 -1 -1  0  0  0 # p2 = i+j
791 1 # We want to set manually the scattering dimension names
792 p1 p2                 # scattering dimension names
793 @end example
796 @c %/*************************************************************************
797 @c % *                             Calling CLooG                             *
798 @c % *************************************************************************/
799 @node Calling CLooG
800 @section Calling CLooG
801 CLooG is called by the following command:
802 @example
803        cloog [ options | file ]
804 @end example
805 The default behavior of CLooG is to read the input informations from a file and
806 to print the generated code or pseudo-code on the standard output.
807 CLooG's behavior and the output code shape is under the user control thanks
808 to many options which are detailed a further section (@pxref{CLooG Options}).
809 @code{file} is the input file. @code{stdin} is a special value: when used,
810 input is standard input. For instance, we can call CLooG to treat the
811 input file @code{basic.cloog} with default options by typing:
812 @code{cloog basic.cloog} or @code{more basic.cloog | cloog stdin}.
814 @c %/*************************************************************************
815 @c % *                             CLooG Options                             *
816 @c % *************************************************************************/
817 @node CLooG Options
818 @section CLooG Options
820 @menu
821 * Last Depth to Optimize Control::
822 * First Depth to Optimize Control::
823 * Simplify Convex Hull::
824 * Once Time Loop Elimination::
825 * Equality Spreading::
826 * First Level for Spreading::
827 * Statement Block::
828 * Loop Strides::
829 * Unrolling::
830 * Compilable Code::
831 * Output::
832 * Help::
833 * Version ::
834 * Quiet ::
835 @end menu
837 @node Last Depth to Optimize Control
838 @subsection Last Depth to Optimize Control @code{-l <depth>}
840 @code{-l <depth>}: this option sets the last loop depth to be optimized in
841 control. The higher this depth, the less control overhead.
842 For instance, with some input file, a user can generate
843 different pseudo-codes with different @code{depth} values as shown below.
844 @example
845 @group
846 /* Generated using a given input file and @strong{option -l 1} */
847 for (i=0;i<=M;i++) @{
848   S1 ;
849   for (j=0;j<=N;j++) @{
850     S2 ;
851   @}
852   for (j=0;j<=N;j++) @{
853     S3 ;
854   @}
855   S4 ;
857 @end group
858 @end example
859 @example
860 @group
861 /* Generated using the same input file but @strong{option -l 2} */
862 for (i=0;i<=M;i++) @{
863   S1 ;
864   for (j=0;j<=N;j++) @{
865     S2 ;
866     S3 ;
867   @}
868   S4 ;
870 @end group
871 @end example
872      In this example we can see that this option can change the operation
873      execution order between statements. Let us remind that CLooG does not
874      make any speculation on dependences between statements
875      (@pxref{Scattering}). Thus if nothing (i.e. scattering functions)
876      forbids this, CLooG considers the above codes to be equivalent.
877      If there is no scattering functions, the minimum value for @code{depth}
878      is 1 (in the case of 0, the user doesn't really need a loop generator !),
879      and the number of scattering dimensions otherwise (CLooG will warn the
880      user if he doesn't respect such constraint).
881      The maximum value for depth is -1 (infinity).
882      Default value is infinity.
884 @node First Depth to Optimize Control
885 @subsection First Depth to Optimize Control @code{-f <depth>}
887      @code{-f <depth>}: this option sets the first loop depth to be optimized
888      in control. The lower this depth, the less control overhead (and the longer
889      the generated code). For instance, with some input file, a user
890      can generate different pseudo-codes with different @code{depth} values
891      as shown below.
892      The minimum value for @code{depth} is 1, and the
893      maximum value is -1 (infinity).
894      Default value is 1.
895 @example
896 @group
897 /* Generated using a given input file and @strong{option -f 3} */
898 for (i=1;i<=N;i++) @{
899   for (j=1;j<=M;j++) @{
900     S1 ;
901     if (j >= 10) @{
902       S2 ;
903     @}
904   @}
906 @end group
907 @end example
908 @example
909 @group
910 /* Generated using the same input file but @strong{option -f 2} */
911 for (i=1;i<=N;i++) @{
912   for (j=1;j<=9;j++) @{
913     S1 ;
914   @}
915   for (j=10;j<=M;j++) @{
916     S1 ;
917     S2 ;
918   @}
920 @end group
921 @end example
923 @node Simple Convex Hull
924 @subsection  Simple Convex Hull @code{-sh <boolean>}
926      @code{-sh <boolean>}: this option enables (@code{boolean=1})
927      or forbids (@code{boolean=0}) the use of an overapproximation
928      of the convex hull that may be easier to compute
929      (especially in the isl backend) and that may result in
930      simpler bounds.
931      This option works only for generated code without
932      code duplication (it means, you have to tune @code{-f} and
933      @code{-l} options first to generate only a loop nest with internal
934      guards). For instance, with the input file @code{test/union.cloog}, a user
935      can generate different pseudo-codes  as shown below.
936      Default value is 0.
937 @example
938 @group
939 /* Generated using test/union.cloog and @strong{option -f -1 -l 2 -override} */
940 for (i=0;i<=11;i++) @{
941   for (j=max(0,5*i-50);j<=min(15,5*i+10);j++) @{
942     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
943       S1 ;
944     @}
945     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
946       S2 ;
947     @}
948   @}
950 @end group
951 @end example
952 @example
953 @group
954 /* Generated using the same input file but @strong{option -sh 1 -f -1 -l 2 -override} */
955 for (i=0;i<=11;i++) @{
956   for (j=0;j<=15;j++) @{
957     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
958       S1 ;
959     @}
960     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
961       S2 ;
962     @}
963   @}
965 @end group
966 @end example
968 @node Once Time Loop Elimination
969 @subsection Once Time Loop Elimination @code{-otl <boolean>}
971      @code{-otl <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
972      forbids (@code{boolean=0}) the simplification of loops running
973      once. Default value is 1.
974 @example
975 @group
976 /* Generated using a given input file and @strong{option -otl 0} */
977 for (j=i+1;j<=i+1;j++) @{
978   S1 ;
980 @end group
981 @end example
982 @example
983 @group
984 /* Generated using the same input file but @strong{option -otl 1} */
985 j = i+1 ;
986 S1 ;
987 @end group
988 @end example
991 @node Equality Spreading 
992 @subsection Equality Spreading @code{-esp <boolean>}
994      @code{-esp <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
995      forbids (@code{boolean=0}) values spreading when there
996      are equalities. Default value is 1.
997 @example
998 @group
999 /* Generated using a given input file and @strong{option -esp 0} */
1000 i = M+2 ;
1001 j = N ;
1002 for (k=i;k<=j+M;k++) @{
1003   S1 ;
1005 @end group
1006 @end example
1007 @example
1008 @group
1009 /* Generated using the same input file but @strong{option -esp 1} */
1010 for (k=M+2;k<=N+M;k++) @{
1011   S1(i = M+2, j = N) ;
1013 @end group
1014 @end example
1017 @node First Level for Spreading 
1018 @subsection First Level for Spreading @code{-fsp <level>}
1020      @code{-fsp <level>}: it can be useful to set a
1021      first level to begin equality spreading. Particularly when using
1022      scattering functions, the user may want to see the scattering dimension
1023      values instead of spreading or hiding them. If user has set a
1024      spreading, @code{level} is
1025      the first level to start it. Default value is 1.
1026 @example
1027 @group
1028 /* Generated using a given input file and @strong{option -fsp 1} */
1029 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1030   S1(i = N) ;
1032 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1033   S1(i = M) ;
1035 @end group
1036 @end example
1037 @example
1038 @group
1039 /* Generated using the same input file but @strong{option -fsp 2} */
1040 c1 = N ;
1041 for (j=0;j<=c1+M;j++) @{
1042   S1(i = c1) ;
1044 c1 = M ;
1045 for (j=0;j<=N+c1;j++) @{
1046   S1(i = c1) ;
1048 @end group
1049 @end example
1052 @node Statement Block  
1053 @subsection Statement Block @code{-block <boolean>}
1055      @code{-block <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) to
1056      create a statement block for each new iterator, even if there is only
1057      an equality. This can be useful in order to parse the generated
1058      pseudo-code. When @code{boolean} is set to 0 or when the generation
1059      language is FORTRAN, this feature is disabled. Default value is 0.
1060 @example
1061 @group
1062 /* Generated using a given input file and @strong{option -block 0} */
1063 i = M+2 ;
1064 j = N ;
1065 S1 ;
1066 @end group
1067 @end example
1068 @example
1069 @group
1070 /* Generated using the same input file but @strong{option -block 1} */
1071 @{ i = M+2 ;
1072   @{ j = N ;
1073     S1 ;
1074   @}
1076 @end group
1077 @end example
1080 @node Loop Strides 
1081 @subsection Loop Strides @code{-strides <boolean>}
1083      @code{-strides <boolean>}: this options allows (@code{boolean=1}) to
1084      handle non-unit strides for loop increments. This can remove a lot of
1085      guards and make the generated code more efficient. Default value is 0.
1086 @example
1087 @group
1088 /* Generated using a given input file and @strong{option -strides 0} */
1089 for (i=1;i<=n;i++) @{
1090   if (i%2 == 0) @{
1091     S1(j = i/2) ;
1092   @}
1093   if (i%4 == 0) @{
1094     S2(j = i/4) ;
1095   @}
1097 @end group
1098 @end example
1099 @example
1100 @group
1101 /* Generated using the same input file but @strong{option -strides 1} */
1102 for (i=2;i<=n;i+=2) @{
1103   S1(j = i/2) ;
1104   if (i%4 == 0) @{
1105     S2(j = i/4) ;
1106   @}
1108 @end group
1109 @end example
1112 @node Unrolling
1113 @subsection First Depth to Unroll @code{-first-unroll <depth>}
1115     @code{-first-unroll <depth>}: this option sets the first loop depth
1116     to unroll.  Note that a loop is only unrolled when it is supported
1117     by the backend.  In case of the isl backend, a loop is unrolled
1118     if it has a lower bound that can only be incremented
1119     a fixed (non-parametric) amount of times.
1122 @node Compilable Code
1123 @subsection Compilable Code @code{-compilable <value>}
1125      @code{-compilable <value>}: this options allows (@code{value} is not 0)
1126      to generate a compilable code where all parameters have the integral value
1127      @code{value}. This option creates a macro for each statement. Since
1128      CLooG do not know anything about the statement sources, it fills the
1129      macros with a basic increment that computes the total number of
1130      scanned integral points. The user may change easily the macros according
1131      to his own needs. This option is possible only if the generated code is
1132      in C. Default value is 0.
1133 @example
1134 @group
1135 /* Generated using a given input file and @strong{option -compilable 0} */
1136 for (i=0;i<=n;i++) @{
1137   for (j=0;j<=n;j++) @{
1138     S1 ;
1139     S2 ;
1140   @}
1141   S3 ;
1143 @end group
1144 @end example
1145 @example
1146 /* Generated using the same input file but @strong{option -compilable 10} */
1147 /* DON'T FORGET TO USE -lm OPTION TO COMPILE. */
1149 /* Useful headers. */
1150 #include <stdio.h>
1151 #include <stdlib.h>
1152 #include <math.h>
1154 /* Parameter value. */
1155 #define PARVAL 10
1157 /* Statement macros (please set). */
1158 #define S1(i,j) @{total++;@}
1159 #define S2(i,j) @{total++;@}
1160 #define S3(i)   @{total++;@}
1162 int main() @{
1163   /* Original iterators. */
1164   int i, j ;
1165   /* Parameters. */
1166   int n=PARVAL, total=0 ;
1168   for (i=0;i<=n;i++) @{
1169     for (j=0;j<=n;j++) @{
1170       S1(i,j) ;
1171       S2(i,j) ;
1172     @}
1173     S3(i) ;
1174   @}
1176   printf("Number of integral points: %d.\n",total) ;
1177   return 0 ;
1179 @end example
1181 @node Callable Code
1182 @subsection Callable Code @code{-callable <boolean>}
1184      @code{-callable <boolean>}: if @code{boolean=1}, then a @code{test}
1185      function will be generated that has the parameters as arguments.
1186      Similarly to the @code{-compilable} option,
1187      a macro for each statement is generated.  The generated definitions of
1188      these macros are as used during the correctness testing, but they
1189      can easily be changed by the user to suit her own needs.
1190      This option is only available if the target language is C.
1191      The default value is 0.
1193 @example
1194 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 0} */
1195 for (i=0;i<=M;i++) @{
1196   S1 ;
1197   for (j=0;j<=N;j++) @{
1198     S2 ;
1199     S3 ;
1200   @}
1201   S4 ;
1203 @end example
1204 @example
1205 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 1} */
1206 extern void hash(int);
1208 /* Useful macros. */
1209 #define floord(n,d) (((n)<0) ? ((n)-(d)+1)/(d) : (n)/(d))
1210 #define ceild(n,d)  (((n)<0) ? (n)/(d) : ((n)+(d)+1)/(d))
1211 #define max(x,y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
1212 #define min(x,y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))
1214 #define S1(i) @{ hash(1); hash(i); @}
1215 #define S2(i,j) @{ hash(2); hash(i); hash(j); @}
1216 #define S3(i,j) @{ hash(3); hash(i); hash(j); @}
1217 #define S4(i) @{ hash(4); hash(i); @}
1219 void test(int M, int N)
1221   /* Original iterators. */
1222   int i, j;
1223   for (i=0;i<=M;i++) @{
1224     S1(i) ;
1225     for (j=0;j<=N;j++) @{
1226       S2(i,j) ;
1227       S3(i,j) ;
1228     @}
1229     S4(i) ;
1230   @}
1232 @end example
1234 @node Output
1235 @subsection Output @code{-o <output>}
1237      @code{-o <output>}: this option sets the output file. @code{stdout} is a
1238      special value: when used, output is standard output.
1239      Default value is @code{stdout}.
1241 @node Help
1242 @subsection Help @code{--help} or @code{-h}
1244      @code{--help} or @code{-h}: this option ask CLooG to print a short help.
1246 @node Version
1247 @subsection Version @code{--version} or @code{-v}
1249      @code{--version} or @code{-v}: this option ask CLooG to print some version
1250      informations.
1252 @node Quiet
1253 @subsection Quiet @code{--quiet} or @code{-q}
1255      @code{--quiet} or @code{-q}: this option tells CLooG not to print
1256      any informational messages.
1259 @c %/*************************************************************************
1260 @c % *                           A Full Example                              *
1261 @c % *************************************************************************/
1262 @node Full Example
1263 @section A Full Example
1265 Let us consider the allocation problem of a Gaussian elimination, i.e. we want
1266 to distribute the various statement instances of the compute kernel onto
1267 different processors. The original code is the following:
1268 @example
1269 @group
1270 for (i=1;j<=N-1;i++) @{
1271   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
1272     c[i][j] = a[j][i]/a[i][i] ;    /* S1 */
1273     for (k=i+1;k<=N;k++) @{
1274       a[j][k] -= c[i][j]*a[i][k] ; /* S2 */
1275     @}
1276   @}
1278 @end group
1279 @end example
1281 @noindent The best affine allocation functions can be found by any good automatic
1282 parallelizer like LooPo (@pxref{Gri04}):
1284 @tex
1286 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i)$\cr
1287                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k)$}$}
1289 @end tex
1291 @ifnottex
1292 @example
1293 @group
1294 T_S1(i,j)^T   = (i)
1295 T_S2(i,j,k)^T = (k)
1296 @end group
1297 @end example
1298 @end ifnottex
1300 @noindent To ensure that on each processor, the set of statement instances is
1301 executed according to the original ordering, we add as minor scattering
1302 dimensions the original scheduling (@pxref{Scattering}):
1304 @tex
1306 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0)^T$\cr
1307                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1309 @end tex
1311 @ifnottex
1312 @example
1313 @group
1314 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0)^T
1315 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1316 @end group
1317 @end example
1318 @end ifnottex
1320 @noindent To ensure that the scattering functions have the same dimensionality, we
1321 complete the first function with zeroes
1322 (this is a CLooG @value{VERSION} and previous versions requirement,
1323 it should be removed in a future version, don't worry it's absolutely legal !):
1325 @tex
1327 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0,0,0)^T$\cr
1328                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1330 @end tex
1332 @ifnottex
1333 @example
1334 @group
1335 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0,0,0)^T
1336 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1337 @end group
1338 @end example
1339 @end ifnottex
1341 @noindent The input file corresponding to this code generation problem
1342 could be (this file is provided in the CLooG distribution
1343 as @code{test/manual_gauss.cloog}:
1345 @example
1346 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
1347 c # language is C
1349 # Context (no constraints on one parameter)
1350 1 3                     # 1 line and 3 columns    
1351 # eq/in n  1
1352     1   0  0            # 0 >= 0, always true
1354 1 # We want to set manually the parameter name
1355 n                       # parameter name
1357 # --------------------- STATEMENTS --------------------
1358 2 # Number of statements
1360 1 # First statement: one domain
1361 4 5                     # 4 lines and 3 columns
1362 # eq/in i  j  n  1
1363     1   1  0  0 -1      # i >= 1
1364     1  -1  0  1 -1      # i <= n-1
1365     1  -1  1  0 -1      # j >= i+1
1366     1   0 -1  1  0      # j <= n
1367 0  0  0                 # for future options
1370 # Second statement: one domain
1371 6 6                     # 6 lines and 3 columns
1372 # eq/in i  j  k  n  1
1373     1   1  0  0  0 -1   # i >= 1
1374     1  -1  0  0  1 -1   # i <= n-1
1375     1  -1  1  0  0 -1   # j >= i+1
1376     1   0 -1  0  1  0   # j <= n
1377     1  -1  0  1  0 -1   # k >= i+1
1378     1   0  0 -1  1  0   # k <= n
1379 0  0  0                 # for future options
1381 0 # We let CLooG set the iterator names
1383 # --------------------- SCATTERING --------------------
1384 2 # Scattering functions
1385 # First function
1386 8 13                    # 3 lines and 3 columns
1387 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  n  1
1388     0    1  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p1 = i
1389     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0     # p2 = 0
1390     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p3 = i
1391     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0     # p4 = 0
1392     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0     # p5 = j
1393     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0     # p6 = 0
1394     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0     # p7 = 0
1395     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0     # p8 = 0
1396 # Second function
1397 8 14                    # 3 lines and 3 columns
1398 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  k  n  1
1399     0    1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  # p1 = k
1400     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p2 = 0
1401     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0  0  # p3 = i
1402     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p4 = 0
1403     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0  0  # p5 = j
1404     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0 -1  # p6 = 1
1405     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0 -1  0  0  # p7 = k
1406     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  # p8 = 0
1408 1 # We want to set manually the scattering dimension names
1409 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 # scattering dimension names
1410 @end example
1412 Calling CLooG, with for instance the command line
1413 @code{cloog -fsp 2 gauss.cloog} for a better view
1414 of the allocation (the processor number is given by @code{p1}),
1415 will result on the following target code that actually implements
1416 the transformation. A minor processing on the dimension @code{p1}
1417 to implement, e.g., MPI calls, which is not shown here may
1418 result in dramatic speedups !
1420 @example
1421 if (n >= 2) @{
1422   p1 = 1 ;
1423   for (p5=2;p5<=n;p5++) @{
1424     S1(i = 1,j = p5) ;
1425   @}
1427 for (p1=2;p1<=n-1;p1++) @{
1428   for (p3=1;p3<=p1-1;p3++) @{
1429     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1430       S2(i = p3,j = p5,k = p1) ;
1431     @}
1432   @}
1433   for (p5=p1+1;p5<=n;p5++) @{
1434     S1(i = p1,j = p5) ;
1435   @}
1437 if (n >= 2) @{
1438   p1 = n ;
1439   for (p3=1;p3<=n-1;p3++) @{
1440     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1441       S2(i = p3,j = p5,k = n) ;
1442     @}
1443   @}
1445 @end example
1448 @c %/*************************************************************************
1449 @c % *                           A Full Example                              *
1450 @c % *************************************************************************/
1451 @node CLooG Library
1452 @chapter Using the CLooG Library
1453 The CLooG Library was implemented to allow the user to call CLooG
1454 directly from his programs, without file accesses or system calls. The
1455 user only needs to link his programs with C libraries. The CLooG
1456 library mainly provides one function (@code{cloog_clast_create_from_input})
1457 which takes as input the problem
1458 description with some options, and returns the data structure corresponding
1459 to the generated code (a @code{struct clast_stmt} structure)
1460 which is more or less an abstract syntax tree.
1461 The user can work with this data structure and/or use
1462 our pretty printing function to write the final code in either C or FORTRAN.
1463 Some other functions are provided for convenience reasons.
1464 These functions as well as the data structures are described in this section.
1466 @menu
1467 * CLooG Data Structures::
1468 * CLooG Output::
1469 * Retrieving version information::
1470 * Example of Library Utilization::
1471 @end menu
1474 @node CLooG Data Structures
1475 @section CLooG Data Structures Description
1476 In this section, we describe the data structures used by the loop
1477 generator to represent and to process a code generation problem.
1479 @menu
1480 * CloogState::
1481 * CloogMatrix::
1482 * CloogDomain::
1483 * CloogScattering::
1484 * CloogUnionDomain::
1485 * CloogStatement::
1486 * CloogOptions::
1487 * CloogInput::
1488 @end menu
1491 @node CloogState
1492 @subsection CloogState
1493 @example
1494 @group
1495 CloogState *cloog_state_malloc(void);
1496 void cloog_state_free(CloogState *state);
1497 @end group
1498 @end example
1500 @noindent The @code{CloogState} structure is (implicitly) needed to perform
1501 any CLooG operation.  It should be created using @code{cloog_state_malloc}
1502 before any other CLooG objects are created and destroyed using
1503 @code{cloog_state_free} after all objects have been freed.
1504 It is allowed to use more than one @code{CloogState} structure at
1505 the same time, but an object created within the state of a one
1506 @code{CloogState} structure is not allowed to interact with an object
1507 created within the state of an other @code{CloogState} structure.
1510 @node CloogMatrix
1511 @subsection CloogMatrix
1513 @noindent The @code{CloogMatrix} structure is equivalent to the PolyLib
1514 @code{Matrix} data structure (@pxref{Wil93}). This structure is devoted to
1515 represent a set of constraints.
1517 @example
1518 @group
1519 struct cloogmatrix
1520 @{ unsigned NbRows ;    /* Number of rows. */
1521   unsigned NbColumns ; /* Number of columns. */
1522   cloog_int_t **p;     /* Array of pointers to the matrix rows. */
1523   cloog_int_t *p_Init; /* Matrix rows contiguously in memory. */
1525 typedef struct cloogmatrix CloogMatrix;
1527 CloogMatrix *cloog_matrix_alloc(unsigned NbRows, unsigned NbColumns);
1528 void cloog_matrix_print(FILE *foo, CloogMatrix *m);
1529 void cloog_matrix_free(CloogMatrix *matrix);
1530 @end group
1531 @end example
1533 @noindent The whole matrix is stored in memory row after row at the
1534 @code{p_Init} address. @code{p} is an array of pointers where
1535 @code{p[i]} points to the first element of the @math{i^{th}} row.
1536 @code{NbRows} and @code{NbColumns} are respectively the number of
1537 rows and columns of the matrix. 
1538 Each row corresponds to a constraint. The first element of each row is an
1539 equality/inequality tag. The
1540 constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the first element is 0, but it is
1541 an inequality @math{p(x) \geq 0} if the first element is 1.
1542 The next elements are the coefficients of the unknowns,
1543 followed by the coefficients of the parameters, and finally the constant term.
1544 For instance, the following three constraints:
1546 @tex
1548 \hbox{$ \cases{ -i + m       &$= 0$\cr
1549                 -j + n       &$\geq 0$\cr
1550                  j + i - k   &$\geq 0$}$}
1552 @end tex
1554 @ifnottex
1555 @example
1556 @group
1557     -i + m  = 0
1558     -j + n >= 0
1559  i + j - k >= 0
1560 @end group
1561 @end example
1562 @end ifnottex
1564 @noindent would be represented by the following rows:
1566 @example
1567 @group
1568 # eq/in  i   j   k   m   n   cst
1569     0    0  -1   0   1   0    0 
1570     1   -1   0   0   0   1    0 
1571     1    1   1  -1   0   0    0 
1572 @end group
1573 @end example
1575 @noindent To be able to provide different precision version (CLooG
1576 supports 32 bits, 64 bits and arbitrary precision through the GMP library),
1577 the @code{cloog_int_t} type depends on the configuration options (it may be
1578 @code{long int} for 32 bits version, @code{long long int} for 64 bits version,
1579 and @code{mpz_t} for multiple precision version).
1581 @node CloogDomain
1582 @subsection CloogDomain
1583 @example
1584 @group
1585 CloogDomain *cloog_domain_union_read(CloogState *state,
1586                                      FILE *input, int nb_parameters);
1587 CloogDomain *cloog_domain_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1588                                     CloogMatrix *matrix, int nb_par);
1589 void cloog_domain_free(CloogDomain *domain);
1590 @end group
1591 @end example
1593 @noindent @code{CloogDomain} is an opaque type representing a polyhedral
1594 domain (a union of polyhedra).
1595 A @code{CloogDomain} can be read
1596 from a file using @code{cloog_domain_union_read} or
1597 converted from a @code{CloogMatrix}.
1598 The input format for @code{cloog_domain_union_read}
1599 is that of @ref{Domain Representation}.
1600 The function @code{cloog_domain_from_cloog_matrix} takes a @code{CloogState}, a
1601 @code{CloogMatrix} and @code{int} as input and returns a pointer to a
1602 @code{CloogDomain}. @code{matrix} describes the domain and @code{nb_par} is the
1603 number of parameters in this domain. The input data structures are neither
1604 modified nor freed.
1605 The @code{CloogDomain} can be freed using @code{cloog_domain_free}.
1606 There are also some backend dependent functions for creating
1607 @code{CloogDomain}s.
1609 @menu
1610 * CloogDomain/PolyLib::
1611 * CloogDomain/isl::
1612 @end menu
1614 @node CloogDomain/PolyLib
1615 @subsubsection PolyLib
1617 @example
1618 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1619 CloogDomain *cloog_domain_from_polylib_polyhedron(CloogState *state,
1620                                         Polyhedron *, int nb_par);
1621 @end example
1622 @noindent
1623 The function @code{cloog_domain_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1624 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1625 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1626 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1628 @node CloogDomain/isl
1629 @subsubsection isl
1631 @example
1632 #include <cloog/isl/cloog.h>
1633 CloogDomain *cloog_domain_from_isl_set(struct isl_set *set);
1634 __isl_give isl_set *isl_set_from_cloog_domain(CloogDomain *domain);
1635 @end example
1636 @noindent
1637 The function @code{cloog_domain_from_isl_set} takes a
1638 @code{struct isl_set} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1639 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_set}.
1640 Similarly, @code{isl_set_from_cloog_domain} consumes a reference
1641 to a @code{CloogDomain} and returns an @code{isl_set}.
1644 @node CloogScattering
1645 @subsection CloogScattering
1646 @example
1647 @group
1648 CloogScattering *cloog_domain_read_scattering(CloogDomain *domain,
1649                                               FILE *foo);
1650 CloogScattering *cloog_scattering_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1651                          CloogMatrix *matrix, int nb_scat, int nb_par);
1652 void cloog_scattering_free(CloogScattering *);
1653 @end group
1654 @end example
1656 @noindent
1657 The @code{CloogScattering} type represents a scattering function.
1658 A @code{CloogScattering} for a given @code{CloogDomain} can be read
1659 from a file using @code{cloog_scattering_read} or converted
1660 from a @code{CloogMatrix} using @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix}.
1661 The function @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix} takes a
1662 @code{CloogState}, a @code{CloogMatrix} and two @code{int}s as input and
1663 returns a
1664 pointer to a @code{CloogScattering}.
1665 @code{matrix} describes the scattering, while @code{nb_scat} and
1666 @code{nb_par} are the number of scattering dimensions and
1667 the number of parameters, respectively. The input data structures are
1668 neither modified nor freed.
1669 A @code{CloogScattering} can be freed using @code{cloog_scattering_free}.
1670 There are also some backend dependent functions for creating
1671 @code{CloogScattering}s.
1673 @menu
1674 * CloogScattering/PolyLib::
1675 * CloogScattering/isl::
1676 @end menu
1678 @node CloogScattering/PolyLib
1679 @subsubsection PolyLib
1681 @example
1682 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1683 CloogScattering *cloog_scattering_from_polylib_polyhedron(
1684         CloogState *state, Polyhedron *polyhedron, int nb_par);
1685 @end example
1686 @noindent
1687 The function @code{cloog_scattering_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1688 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1689 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1690 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1692 @node CloogScattering/isl
1693 @subsubsection isl
1695 @example
1696 #include <cloog/isl/cloog.h>
1697 CloogScattering *cloog_scattering_from_isl_map(struct isl_map *map);
1698 @end example
1699 @noindent
1700 The function @code{cloog_scattering_from_isl_map} takes a
1701 @code{struct isl_map} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1702 The output dimensions of the @code{struct isl_map} correspond to the
1703 scattering dimensions, while the input dimensions correspond to the
1704 domain dimensions.
1705 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_map}.
1708 @node CloogUnionDomain
1709 @subsection CloogUnionDomain
1710 @example
1711 @group
1712 enum cloog_dim_type @{ CLOOG_PARAM, CLOOG_ITER, CLOOG_SCAT @};
1714 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_alloc(int nb_par);
1715 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_add_domain(CloogUnionDomain *ud,
1716         const char *name, CloogDomain *domain,
1717         CloogScattering *scattering, void *usr);
1718 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_set_name(CloogUnionDomain *ud,
1719         enum cloog_dim_type type, int index, const char *name);
1720 void cloog_union_domain_free(CloogUnionDomain *ud);
1721 @end group
1722 @end example
1724 @noindent A @code{CloogUnionDomain} structure represents a union
1725 of scattered named domains.  A @code{CloogUnionDomain} is
1726 initialized by a call to @code{cloog_union_domain_alloc},
1727 after which domains can be added using @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1729 @code{cloog_union_domain_alloc} takes the number of parameters as input.
1730 @code{cloog_union_domain_add_domain} takes a previously created
1731 @code{CloogUnionDomain} as input along with an optional name,
1732 a domain, an optional scattering function and a user pointer.
1733 The name may be @code{NULL} and is duplicated if it is not.
1734 If no name is specified, then the statements will be named according
1735 to the order in which they were added.
1736 @code{domain} and @code{scattering} are taken over
1737 by the @code{CloogUnionDomain}.  @code{scattering} may be @code{NULL},
1738 but it must be consistently @code{NULL} or not over all calls
1739 to @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1740 @code{cloog_union_domain_set_name} can be used to set the names
1741 of parameters, iterators and scattering dimensions.
1742 The names of iterators and scattering dimensions can only be set
1743 after all domains have been added.
1745 There is also a backend dependent function for creating
1746 @code{CloogUnionDomain}s.
1748 @menu
1749 * CloogUnionDomain/isl::
1750 @end menu
1752 @node CloogUnionDomain/isl
1753 @subsubsection isl
1755 @example
1756 #include <cloog/isl/cloog.h>
1757 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_map(
1758         __isl_take isl_union_map *umap);
1759 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_set(
1760         __isl_take isl_set *set);
1761 @end example
1762 @noindent
1763 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_map} takes a
1764 @code{isl_union_map} as input and returns a pointer
1765 to a @code{CloogUnionDomain}.
1766 The input is a mapping from different
1767 spaces (different tuple names and possibly different dimensions)
1768 to a common space.  The iteration domains are set to the domains
1769 in each space.  The statement names are set to the names of the
1770 spaces.  The parameter names of the result are set to those of
1771 the input, but the iterator and scattering dimension names are
1772 left unspecified.
1773 The function consumes a reference to the given @code{isl_union_map}.  The
1774 function @code{cloog_union_domain_from_isl_set} is similar, but takes an
1775 unscattered domain as input. It is not defined for an union_set, because the
1776 order of iterations from two different isl_sets is undefined, if no scattering
1777 is provided.
1780 @node CloogStatement
1781 @subsection CloogStatement
1782 @example
1783 @group
1784 struct cloogstatement
1785 @{ int number ;                  /* The statement unique number. */
1786   char *name;                   /* Name of the statement. */
1787   void * usr ;                  /* Pointer for user's convenience. */
1788   struct cloogstatement * next ;/* Next element of the linked list. */
1789 @} ;
1790 typedef struct cloogstatement CloogStatement ;
1792 CloogStatement *cloog_statement_malloc(CloogState *state);
1793 void cloog_statement_print(FILE *, CloogStatement *);
1794 void cloog_statement_free(CloogStatement *);
1795 @end group
1796 @end example
1798 @noindent The @code{CloogStatement} structure represents a @code{NULL}
1799 terminated linked
1800 list of statements. In CLooG, a statement is only defined by its unique
1801 number (@code{number}). The user can use the pointer @code{usr} for his
1802 own convenience to link his own statement representation to the
1803 corresponding @code{CloogStatement} structure. The whole management of the
1804 @code{usr} pointer is under the responsibility of the user, in particular,
1805 CLooG never tries to print, to allocate or to free a memory block pointed
1806 by @code{usr}. 
1810 @node CloogOptions
1811 @subsection CloogOptions
1812 @example
1813 @group
1814 struct cloogoptions
1815 @{ int l ;                     /* -l option.          */
1816   int f ;                     /* -f option.          */
1817   int strides ;               /* -strides option.    */
1818   int sh ;                    /* -sh option.         */
1819   int first_unroll;           /* First level to unroll. */
1820   int esp ;                   /* -esp option.        */
1821   int fsp ;                   /* -fsp option.        */
1822   int otl ;                   /* -otl option.        */
1823   int block ;                 /* -block option.      */
1824   int compilable ;            /* -compilable option. */
1825   int language;               /* LANGUAGE_C or LANGUAGE_FORTRAN */
1826   int save_domains;           /* Save unsimplified copy of domain. */
1827 @} ;
1828 typedef struct cloogoptions CloogOptions ;
1830 CloogOptions *cloog_options_malloc(CloogState *state);
1831 void cloog_options_print(FILE *foo, CloogOptions *options);
1832 void cloog_options_free(CloogOptions *options);
1833 @end group
1834 @end example
1836 @noindent The @code{CloogOptions} structure contains all the possible options to
1837 rule CLooG's behaviour (@pxref{Calling CLooG}).
1838 As a reminder, the default values are:
1839 @itemize @bullet
1840 @item @math{l = -1} (optimize control until the innermost loops),
1841 @item @math{f = 1} (optimize control from the outermost loops),
1842 @item @math{strides = 0} (use only unit strides),
1843 @item @math{sh = 0} (do not compute simple convex hulls),
1844 @item @math{first_unroll = -1} (do not perform unrolling),
1845 @item @math{esp = 1} (spread complex equalities),
1846 @item @math{fsp = 1} (start to spread from the first iterators),
1847 @item @math{otl = 1} (simplify loops running only once).
1848 @item @math{block = 0} (do not make statement blocks when not necessary).
1849 @item @math{compilable = 0} (do not generate a compilable code).
1850 @end itemize 
1852 The @code{save_domains} option is only useful for users of the CLooG
1853 library.  This option defaults to 0, but when it is set, the @code{domain}
1854 field of each @code{clast_user_stmt} will be set to the set of values for the
1855 scattering dimensions for which this instance of the user statement is executed.
1856 The @code{domain} field of each @code{clast_for} contains the set of values for
1857 the scattering dimensions for which an instance of a user statement is executed
1858 inside the @code{clast_for}. It is only available if the @code{clast_for}
1859 enumerates a scattering dimension.
1861 @node CloogInput
1862 @subsection CloogInput
1863 @example
1864 @group
1865 CloogInput *cloog_input_read(FILE *file, CloogOptions *options);
1866 CloogInput *cloog_input_alloc(CloogDomain *context,
1867                                 CloogUnionDomain *ud);
1868 void cloog_input_free(CloogInput *input);
1870 void cloog_input_dump_cloog(FILE *, CloogInput *, CloogOptions *);
1871 @end group
1872 @end example
1874 @noindent A @code{CloogInput} structure represents the input to CLooG.
1875 It is essentially a @code{CloogUnionDomain} along with a context
1876 @code{CloogDomain}.  A @code{CloogInput} can be created from
1877 a @code{CloogDomain} and a @code{CloogUnionDomains} using
1878 @code{cloog_input_alloc}, or it can be read from a CLooG input
1879 file using @code{cloog_input_read}.  The latter also modifies
1880 the @code{language} field of the @code{CloogOptions} structure.
1881 The constructed @code{CloogInput} can be used as input
1882 to a @code{cloog_clast_create_from_input} call.
1884 A @code{CloogInput} data structure and a @code{CloogOptions} contain
1885 the same information as a .cloog file. This function dumps the .cloog
1886 description of the given data structures into a file.
1888 @node Dump CLooG Input File Function
1889 @subsection Dump CLooG Input File Function
1890 @example
1891 @end example
1893 @node CLooG Output
1894 @section CLooG Output
1896 @noindent
1897 Given a description of the input,
1898 an AST corresponding to the @code{CloogInput} can be constructed
1899 using @code{cloog_clast_create_from_input} and destroyed using
1900 @code{free_clast_stmt}.
1901 @example
1902 struct clast_stmt *cloog_clast_create_from_input(CloogInput *input,
1903                                       CloogOptions *options);
1904 void free_clast_stmt(struct clast_stmt *s);
1905 @end example
1906 @noindent
1907 @code{clast_stmt} represents a linked list of ``statements''.
1908 @example
1909 struct clast_stmt @{
1910     const struct clast_stmt_op    *op;
1911     struct clast_stmt   *next;
1913 @end example
1914 @noindent
1915 The entries in the list are not of type @code{clast_stmt} itself,
1916 but of some larger type.  The following statement types are defined
1917 by CLooG.
1919 @example
1920 struct clast_root @{
1921     struct clast_stmt   stmt;
1922     CloogNames *        names;
1924 struct clast_root *new_clast_root(CloogNames *names);
1926 struct clast_assignment @{
1927     struct clast_stmt   stmt;
1928     const char *        LHS;
1929     struct clast_expr * RHS;
1931 struct clast_assignment *new_clast_assignment(const char *lhs,
1932                                               struct clast_expr *rhs);
1934 struct clast_block @{
1935     struct clast_stmt   stmt;
1936     struct clast_stmt * body;
1938 struct clast_block *new_clast_block(void);
1940 struct clast_user_stmt @{
1941     struct clast_stmt   stmt;
1942     CloogDomain *       domain;
1943     CloogStatement *    statement;
1944     struct clast_stmt * substitutions;
1946 struct clast_user_stmt *new_clast_user_stmt(CloogDomain *domain,
1947     CloogStatement *stmt, struct clast_stmt *subs);
1949 struct clast_for @{
1950     struct clast_stmt   stmt;
1951     CloogDomain *       domain;
1952     const char *        iterator;
1953     struct clast_expr * LB;
1954     struct clast_expr * UB;
1955     cloog_int_t         stride;
1956     struct clast_stmt * body;
1958 struct clast_for *new_clast_for(CloogDomain *domain, const char *it,
1959                                 struct clast_expr *LB, struct clast_expr *UB,
1960                                 cloog_int_t stride);
1962 struct clast_guard @{
1963     struct clast_stmt   stmt;
1964     struct clast_stmt * then;
1965     int                 n;
1966     struct clast_equation       eq[1];
1968 struct clast_guard *new_clast_guard(int n);
1969 @end example
1970 @noindent
1971 The @code{clast_stmt} returned by @code{cloog_clast_create}
1972 is a @code{clast_root}.
1973 It contains a placeholder for all the variable names that appear
1974 in the AST and a (list of) nested statement(s).
1976 @noindent
1977 A @code{clast_assignment} assigns the value given by
1978 the @code{clast_expr} @code{RHS} to a variable named @code{LHS}.
1980 @noindent
1981 A @code{clast_block} groups a list of statements into one statement.
1982 These statements are only generated if the @code{block} option is set,
1983 @pxref{Statement Block} and @ref{CloogOptions}.
1985 @noindent
1986 A @code{clast_user_stmt} represents a call to a statement specified
1987 by the user, @pxref{CloogStatement}.
1988 @code{substitutions} is a list of @code{clast_assignment} statements
1989 assigning an expression in terms of the scattering dimensions to
1990 each of the original iterators in the original order.
1991 The @code{LHS}s of these assignments are left blank (@code{NULL}).
1992 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option
1993 is not set.  Otherwise, it is set to the set
1994 of values for the scattering dimensions
1995 for which this instance of the user statement is executed.
1996 Note that unless the @code{noscalars} option has been set, the
1997 constant scattering dimensions may have been removed from this set.
1999 @noindent
2000 A @code{clast_for} represents a for loop, iterating @code{body} for each
2001 value of @code{iterator} between @code{LB} and @code{UB} in steps
2002 of size @code{stride}.
2003 The @code{domain} is set to @code{NULL} if the @code{save_domains} option is not
2004 set.  Otherwise, it is set to the set of values for the scattering dimensions
2005 for which a user statement is executed inside this @code{clast_for}.  Note that
2006 unless the @code{noscalars} option has been set, the constant scattering
2007 dimensions may have been removed from this set.
2009 @noindent
2010 A @code{clast_guard} represents the guarded execution of the @code{then}
2011 (list of) statement(s) by a conjunction of @code{n} (in)equalities.
2012 Each (in)equality is represented by a @code{clast_equation}.
2013 @example
2014 struct clast_equation @{
2015     struct clast_expr * LHS;
2016     struct clast_expr * RHS;
2017     int                 sign;
2019 @end example
2020 @noindent
2021 The condition expressed by a @code{clast_equation} is
2022 @code{LHS <= RHS}, @code{LHS == RHS} or @code{LHS >= RHS}
2023 depending on whether @code{sign} is less than zero, equal
2024 to zero, or greater than zero.
2026 The dynamic type of a @code{clast_stmt} can be determined
2027 using the macro @code{CLAST_STMT_IS_A(stmt,type)},
2028 where @code{stmt} is a pointer to a @code{clast_stmt}
2029 and @code{type} is one of @code{stmt_root}, @code{stmt_ass},
2030 @code{stmt_user}, @code{stmt_block}, @code{stmt_for} or
2031 @code{stmt_guard}.
2032 Users are allowed to define their own statement types by
2033 assigning the @code{op} field of the statements a pointer
2034 to a @code{clast_stmt_op} structure.
2035 @example
2036 struct clast_stmt_op @{
2037     void (*free)(struct clast_stmt *);
2039 @end example
2040 @noindent
2041 The @code{free} field of this structure should point
2042 to a function that frees the user defined statement.
2044 @noindent
2045 A @code{clast_expr} can be an identifier, a term,
2046 a binary expression or a reduction.
2047 @example
2048 enum clast_expr_type @{
2049     clast_expr_name,
2050     clast_expr_term,
2051     clast_expr_bin,
2052     clast_expr_red
2054 struct clast_expr @{
2055     enum clast_expr_type type;
2057 void free_clast_expr(struct clast_expr *e);
2058 @end example
2060 @noindent
2061 Identifiers are of subtype @code{clast_name}.
2062 @example
2063 struct clast_name @{
2064     struct clast_expr   expr;
2065     const char *        name;
2067 struct clast_name *new_clast_name(const char *name);
2068 void free_clast_name(struct clast_name *t);
2069 @end example
2070 @noindent
2071 The character string pointed to by @code{name} is
2072 assumed to be part of the @code{CloogNames} structure
2073 in the root of the clast as is therefore not copied.
2075 @noindent
2076 Terms are of type @code{clast_term}.
2077 @example
2078 struct clast_term @{
2079     struct clast_expr   expr;
2080     cloog_int_t         val;
2081     struct clast_expr  *var;
2083 struct clast_term *new_clast_term(cloog_int_t c, struct clast_expr *v);
2084 void free_clast_term(struct clast_term *t);
2085 @end example
2086 @noindent
2087 If @code{var} is set to @code{NULL}, then the term represents
2088 the integer value @code{val}.  Otherwise, it represents
2089 the term @code{val * var}.
2090 @code{new_clast_term} simply copies the @code{v} pointer
2091 without copying the underlying @code{clast_expr}.
2092 @code{free_clast_term}, on the other hand, recursively frees
2093 @code{var}.
2095 @noindent
2096 Binary expressions are of type @code{clast_bin_type} and
2097 represent either the floor of a division (fdiv),
2098 the ceil of a division (cdiv), an exact division or
2099 the remainder of an fdiv.
2100 @example
2101 enum clast_bin_type @{ clast_bin_fdiv, clast_bin_cdiv, 
2102                       clast_bin_div, clast_bin_mod @};
2103 struct clast_binary @{
2104     struct clast_expr   expr;
2105     enum clast_bin_type type;
2106     struct clast_expr*  LHS;
2107     cloog_int_t         RHS;
2109 struct clast_binary *new_clast_binary(enum clast_bin_type t, 
2110                           struct clast_expr *lhs, cloog_int_t rhs);
2111 void free_clast_binary(struct clast_binary *b);
2112 @end example
2114 @noindent
2115 Reductions are of type @code{clast_reduction} and
2116 can represent either the sum, the minimum or the maximum
2117 of its elements.
2118 @example
2119 enum clast_red_type @{ clast_red_sum, clast_red_min, clast_red_max @};
2120 struct clast_reduction @{
2121     struct clast_expr   expr;
2122     enum clast_red_type type;
2123     int                 n;
2124     struct clast_expr*  elts[1];
2126 struct clast_reduction *new_clast_reduction(enum clast_red_type t,
2127                                             int n);
2128 void free_clast_reduction(struct clast_reduction *r);
2129 @end example
2131 @node Retrieving version information
2132 @section Retrieving version information
2133 CLooG provides static and dynamic version checks to assist on
2134 including a compatible version of the library.
2135 A static version check at compile time can be achieved by
2136 querying the version constants defined in @code{version.h}:
2138 @itemize @bullet
2139 @item @code{CLOOG_VERSION_MAJOR}
2140 @item @code{CLOOG_VERSION_MINOR}
2141 @item @code{CLOOG_VERSION_REVISION}
2142 @end itemize
2144 This way it is possible to ensure the included headers are of the
2145 correct version. It is still possible that the installed CLooG
2146 library version differs from the installed headers.
2147 In order to avoid this, a dynamic version check is provided with
2148 the functions:
2150 @example
2151 @group
2152 int cloog_version_major(void);
2153 int cloog_version_minor(void);
2154 int cloog_version_revision(void);
2155 @end group
2156 @end example
2158 By using both the static and the dynamic version check, it is possible
2159 to match CLooG's header version with the library's version.
2161 @node Example of Library Utilization
2162 @section Example of Library Utilization
2163 Here is a basic example showing how it is possible to use the CLooG library,
2164 assuming that a standard installation has been done.
2165 The following C program reads a CLooG input file on the standard input,
2166 then prints the solution on the standard output.
2167 Options are preselected to the default values of the CLooG software.
2168 This example is provided in the @code{example} directory of the
2169 CLooG distribution.
2170 @example
2171 /* example.c */
2172 # include <stdio.h>
2173 # include <cloog/cloog.h>
2175 int main()
2177   CloogState *state;
2178   CloogInput *input;
2179   CloogOptions * options ;
2180   struct clast_stmt *root;
2181   
2182   /* Setting options and reading program informations. */
2183   state = cloog_state_malloc();
2184   options = cloog_options_malloc(state);
2185   input = cloog_input_read(stdin, options);
2187   /* Generating and printing the code. */
2188   root = cloog_clast_create_from_input(input, options);
2189   clast_pprint(stdout, root, 0, options);
2191   cloog_clast_free(root);
2192   cloog_options_free(options) ;
2193   cloog_state_free(state);
2194   return 0;
2196 @end example
2198 @noindent The compilation command could be:
2199 @example
2200 gcc example.c -lcloog -o example
2201 @end example
2202 @noindent A calling command with the input file test.cloog could be:
2203 @example
2204 more test.cloog | ./example
2205 @end example
2208 @c %  ******************************** HACKING *********************************
2209 @c @node Hacking
2210 @c @chapter Hacking CLooG
2212 @c @menu
2213 @c * Program organization::
2214 @c * Special Options::
2215 @c * CLooG Coding Standards::
2216 @c @end menu
2218 @c @node Program organization
2219 @c @section Program organization
2221 @c @node Special Options
2222 @c @section Special Options
2224 @c @node CLooG Coding Standards
2225 @c @section CLooG Coding Standards
2228 @c %  ****************************** INSTALLING ********************************
2229 @node Installing
2230 @chapter Installing CLooG
2232 @menu
2233 * License::
2234 * Requirements::
2235 * Basic Installation::
2236 * Optional Features::
2237 * Uninstallation::
2238 @end menu
2240 @node License
2241 @section License
2242 First of all, it would be very kind to refer the following paper in any
2243 publication that result from the use of the CLooG software or its library,
2244 @pxref{Bas04} (a bibtex entry is provided behind the title page of this
2245 manual, along with copyright notice, and in the CLooG home
2246 @code{http://www.CLooG.org}.
2248 This library is free software; you can redistribute it and/or
2249 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
2250 License as published by the Free Software Foundation; either
2251 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
2252 This library is distributed in the hope that it will be useful,
2253 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
2254 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
2255 Lesser General Public License for more details.
2256 @code{http://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html}
2258 Note, though, that if you link CLooG against a GPL library such
2259 as the PolyLib backend, then the combination becomes GPL too.
2260 In particular, a CLooG library based on the PolyLib backend
2261 is GPL version 2 only.
2262 Since the isl backend is LGPL, linking against it does not affect
2263 the license of CLooG.
2266 @node Requirements
2267 @section Requirements
2269 CLooG can be used with one of two possible backends,
2270 one using isl and one using PolyLib.
2271 The isl library is included in the CLooG distribution,
2272 while the PolyLib library needs to be obtained separately.
2273 On the other hand, isl requires GMP, while PolyLib can be
2274 compiled with or without the use of GMP.
2275 The user therefore needs to install at least one of
2276 PolyLib or GMP.
2278 @menu
2279 * PolyLib::
2280 * GMP Library::
2281 @end menu
2284 @node PolyLib
2285 @subsection PolyLib (optional)
2286 To successfully install CLooG with the PolyLib backend,
2287 the user first needs to install PolyLib
2288 version 5.22.1 or above (default 64 bits version is satisfying
2289 as well as 32 bits or GMP multiple precision version).
2290 Polylib can be downloaded freely
2291 at @code{http://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/} or
2292 @code{http://www.irisa.fr/polylib/}. Once downloaded and unpacked
2293 (e.g. using the @samp{tar -zxvf polylib-5.22.3.tar.gz} command),
2294 the user can compile
2295 it by typing the following commands on the PolyLib's root directory:
2297 @itemize @bullet
2298 @item @code{./configure}
2299 @item @code{make}
2300 @item And as root: @code{make install}
2301 @end itemize
2303 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2304 git repository:
2305 @itemize @bullet
2306 @item @code{git clone git://repo.or.cz/polylib.git}
2307 @item @code{cd polylib}
2308 @item @code{./autogen.sh}
2309 @item @code{./configure}
2310 @item @code{make}
2311 @item And as root: @code{make install}
2312 @end itemize
2314 The PolyLib default installation is @code{/usr/local}. This directory may
2315 not be inside your library path. To fix the problem, the user should set
2316 @example
2317 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2318 @end example
2319 @noindent if your shell is, e.g., bash or
2320 @example
2321 setenv LD_LIBRARY_PATH $LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2322 @end example
2323 @noindent if your shell is, e.g., tcsh. Add the line to your .bashrc or .tcshrc (or
2324 whatever convenient file) to make this change permanent. Another solution
2325 is to ask PolyLib to install in the standard path by using the prefix
2326 option of the configure script:
2327 @samp{./configure --prefix=/usr}.
2329 CLooG makes intensive calls to polyhedral operations, and PolyLib
2330 functions do the job. Polylib is a free library written in C for the
2331 manipulation of polyhedra. The library is operating on objects like
2332 vectors, matrices, lattices, polyhedra, Z-polyhedra, unions of
2333 polyhedra and a lot of other intermediary structures. It provides
2334 functions for all the important operations on these structures. 
2336 @node GMP Library
2337 @subsection GMP Library (optional)
2339 To be able to deal with insanely large coefficient, the user will need to
2340 install the GNU Multiple Precision Library (GMP for short) version 4.1.4
2341 or above. It can be freely downloaded from @code{http://www.swox.com/gmp}.
2342 Note that the isl backend currently requires GMP.
2343 The user can compile GMP by typing the following commands on the GMP root
2344 directory:
2346 @itemize @bullet
2347 @item @code{./configure}
2348 @item @code{make}
2349 @item And as root: @code{make install}
2350 @end itemize
2352 The GMP default installation is @code{/usr/local}, the same method to
2353 fix a library path problem applies as with PolyLib (@pxref{PolyLib}).
2355 If you want to use the PolyLib backend, then
2356 PolyLib has to be built using the GMP library by specifying the option
2357 @samp{--with-libgmp=PATH_TO_GMP} to the PolyLib configure script
2358 (where @code{PATH_TO_GMP} is @code{/usr/local} if you did not change the GMP
2359 installation directory). Then you have to set the convenient CLooG configure
2360 script options to build the GMP version (@pxref{Optional Features}).
2363 @node Basic Installation
2364 @section CLooG Basic Installation
2366 Once downloaded and unpacked
2367 (e.g. using the @samp{tar -zxvf cloog-@value{VERSION}.tar.gz} command),
2368 you can compile CLooG by typing the following commands on the CLooG's root
2369 directory:
2371 @itemize @bullet
2372 @item @code{./configure}
2373 @item @code{make}
2374 @item And as root: @code{make install}
2375 @end itemize
2377 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2378 git repository:
2379 @itemize @bullet
2380 @item @code{git clone git://repo.or.cz/cloog.git}
2381 @item @code{cd cloog}
2382 @item @code{./get_submodules.sh}
2383 @item @code{./autogen.sh}
2384 @item @code{./configure}
2385 @item @code{make}
2386 @item And as root: @code{make install}
2387 @end itemize
2389 Depending on which backend you want to use and where they
2390 are located, you may need to pass some
2391 options to the configure script, @pxref{Optional Features}.
2393 The program binaries and object files can be removed from the
2394 source code directory by typing @code{make clean}. To also remove the
2395 files that the @code{configure} script created (so you can compile the
2396 package for a different kind of computer) type @code{make distclean}.
2398 Both the CLooG software and library have been successfully compiled
2399 on the following systems:
2400 @itemize @bullet
2401 @item PC's under Linux, with the @code{gcc} compiler,
2402 @item PC's under Windows (Cygwin), with the @code{gcc} compiler,
2403 @item Sparc and UltraSparc Stations, with the @code{gcc} compiler.
2404 @end itemize
2406 @node Optional Features 
2407 @section Optional Features  
2408 The @code{configure} shell script attempts to guess correct values for
2409 various system-dependent variables and user options used during compilation.
2410 It uses those values to create the @code{Makefile}. Various user options
2411 are provided by the CLooG's configure script. They are summarized in the
2412 following list and may be printed by typing @code{./configure --help} in the
2413 CLooG top-level directory.
2415 @itemize @bullet
2416 @item By default, the installation directory is @code{/usr/local}:
2417 @code{make install} will install the package's files in
2418 @code{/usr/local/bin}, @code{/usr/local/lib} and @code{/usr/local/include}.
2419 The user can specify an installation prefix other than @code{/usr/local} by
2420 giving @code{configure} the option @code{--prefix=PATH}.
2422 @item By default, the isl backend will use the version of isl
2423 that is @code{bundled} together with CLooG.
2424 Using the @code{--with-isl} option of @code{configure}
2425 the user can specify that @code{no} isl,
2426 a previously installed (@code{system}) isl or a @code{build} isl
2427 should be used.
2428 In the latter case, the user should also specify the build location
2429 using @code{--with-isl-builddir=PATH}.
2430 In case of an installed isl,
2431 the installation location can be specified using the
2432 @code{--with-isl-prefix=PATH} and
2433 @code{--with-isl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2435 @item By default, the PolyLib backend will use an installed
2436 (@code{system}) PolyLib, if any.
2437 The installation location can be specified using the
2438 @code{--with-polylib-prefix=PATH} and
2439 @code{--with-polylib-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2440 Using the @code{--with-polylib} option of @code{configure}
2441 the user can specify that @code{no} PolyLib or a @code{build} PolyLib
2442 should be used.
2443 In the latter case, the user should also specify the build location
2444 using @code{--with-polylib-builddir=PATH}.
2446 @item By default, the PolyLib backend of CLooG is built
2447 in 64bits version if such version of the
2448 PolyLib is found by @code{configure}. If the only existing version of the
2449 PolyLib is the 32bits or if the user give to @code{configure} the option
2450 @code{--with-bits=32}, the 32bits version of CLooG will be compiled. In the
2451 same way, the option @code{--with-bits=gmp} have to be used to build
2452 the multiple precision version.
2454 @item By default, @code{configure} will look for the GMP library
2455 (necessary to build the multiple precision version) in standard
2456 locations. If necessary, the user can specify the GMP path by giving
2457 @code{configure} the option @code{--with-gmp-prefix=PATH} and/or
2458 @code{--with-gmp-exec-prefix=PATH}.
2459 @end itemize
2461 @node Uninstallation 
2462 @section Uninstallation  
2463 The user can easily remove the CLooG software and library from his system
2464 by typing (as root if necessary) from the CLooG top-level directory
2465 @code{make uninstall}.
2467 @c %  **************************** DOCUMENTATION ******************************
2468 @node Documentation
2469 @chapter Documentation
2470 The CLooG distribution provides several documentation sources. First, the
2471 source code itself is as documented as possible. The code comments use a
2472 Doxygen-compatible presentation (something similar to what JavaDoc does for
2473 JAVA). The user may install Doxygen
2474 (see @code{http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen}) to automatically
2475 generate a technical documentation by typing @code{make doc} or
2476 @code{doxygen ./autoconf/Doxyfile} at the CLooG top-level directory after
2477 running the configure script (@pxref{Installing}). Doxygen will generate
2478 documentation sources (in HTML, LaTeX and man) in the @code{doc/source}
2479 directory of the CLooG distribution.
2481 The Texinfo sources of the present document are also provided in the @code{doc}
2482 directory. You can build it in either DVI format (by typing
2483 @code{texi2dvi cloog.texi}) or PDF format
2484 (by typing @code{texi2pdf cloog.texi}) or HTML format
2485 (by typing @code{makeinfo --html cloog.texi}, using @code{--no-split}
2486 option to generate a single HTML file) or info format
2487 (by typing @code{makeinfo cloog.texi}).
2489 @c %  ****************************** REFERENCES ********************************
2490 @node References
2491 @chapter References
2493 @itemize
2494 @item
2495 @anchor{Bas03a}[Bas03a] C. Bastoul, P. Feautrier. Improving data locality
2496 by chunking. CC'12 International Conference on Compiler Construction,
2497 LNCS 2622, pages 320-335, Warsaw, april 2003. 
2499 @item
2500 @anchor{Bas03b}[Bas03b] C. Bastoul. Efficient code generation for automatic
2501 parallelization and optimization. ISPDC'03 IEEE International Symposium on
2502 Parallel and Distributed Computing, pages 23-30, Ljubljana, october 2003. 
2504 @item
2505 @anchor{Bas04}[Bas04] C. Bastoul. Code Generation in the Polyhedral Model
2506 Is Easier Than You Think. PACT'13 IEEE International Conference on Parallel
2507 Architecture and Compilation Techniques, pages 7-16, Juan-les-Pins,
2508 september 2004.
2510 @item
2511 @anchor{Fea92}[Fea92] P. Feautrier Some efficient solutions to the affine
2512 scheduling problem, part II: multidimensional time.
2513 International Journal of Parallel Programming, 21(6):389--420, December 1992.
2515 @item
2516 @anchor{Gri04}[Gri04] M. Griebl. Automatic parallelization of loop programs
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2519 @emph{http://www.infosun.fmi.uni-passau.de/cl/loopo/}
2521 @item
2522 @anchor{Qui00}[Qui00] F. Quiller@'e, S. Rajopadhye, and D. Wilde.
2523 Generation of efficient nested loops from polyhedra.
2524 International Journal of Parallel Programming, 28(5):469-498,
2525 october 2000.
2527 @item
2528 @anchor{Wil93}[Wil93] Doran K. Wilde.
2529 A library for doing polyhedral operations.
2530 Technical Report 785, IRISA, Rennes, France, 1993.
2532 @end itemize
2537 @c % /*************************************************************************
2538 @c %  *                       PART VI: END OF THE DOCUMENT                    *
2539 @c %  *************************************************************************/
2540 @c @unnumbered Index
2541      
2542 @c @printindex cp
2543      
2544 @bye