add cloog_union_domain_from_isl_union_map
[cloog/uuh.git] / doc / cloog.texi
blob0dc0d19cb50beb9f0cd2f2312ad3769275d4e581
1 \input texinfo
2 @c %
3 @c %  /**-----------------------------------------------------------------**
4 @c %   **                              CLooG                              **
5 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
6 @c %   **                            cloog.texi                           **
7 @c %   **-----------------------------------------------------------------**
8 @c %   **                   First version: july 6th 2002                  **
9 @c %   **-----------------------------------------------------------------**/
10 @c %
11 @c % release 1.0: September 17th 2002
12 @c % release 1.1: December   5th 2002
13 @c % release 1.2: April     22th 2003
14 @c % release 2.0: November  21th 2005 (and now in texinfo instead of LaTeX)
15 @c % release 2.1: October   15th 2007
16 @c %
17 @c %/**************************************************************************
18 @c % *               CLooG : the Chunky Loop Generator (experimental)         *
19 @c % **************************************************************************/
20 @c %/* CAUTION: the English used is probably the worst you ever read, please
21 @c % *          feel free to correct and improve it !
22 @c % */
24 @c %\textit{"I found the ultimate transformation functions, optimization for
25 @c %static control programs is now a closed problem, I have \textnormal{just}
26 @c %to generate the target code !"} 
30 @c % /*************************************************************************
31 @c %  *                              PART I: HEADER                           *
32 @c %  *************************************************************************/
33 @c %**start of header
34 @setfilename cloog.info
35 @settitle CLooG - a loop generator for scanning polyhedra
37 @set EDITION 2.1
38 @include gitversion.texi
39 @set UPDATED October 15th 2007
40 @setchapternewpage odd
42 @c %**end of header
44 @c % /*************************************************************************
45 @c %  *                 PART II: SUMMARY DESCRIPTION AND COPYRIGHT            *
46 @c %  *************************************************************************/
48 @copying
49 This manual is for CLooG version @value{VERSION}, a software
50 which generates loops for scanning Z-polyhedra. That is, CLooG produces a
51 code visiting each integral point of a union of parametrized
52 polyhedra. CLooG is designed to avoid control overhead and to produce a very
53 efficient code.
55 It would be quite kind to refer the following paper in any publication that
56 results from the use of the CLooG software or its library:
58 @example
59 @@InProceedings@{Bas04,
60 @ @ author =@ @ @ @ @{C. Bastoul@},
61 @ @ title =@ @ @ @ @ @{Code Generation in the Polyhedral Model
62 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Is Easier Than You Think@},
63 @ @ booktitle = @{PACT'13 IEEE International Conference on
64 @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ @ Parallel Architecture and Compilation Techniques@},
65 @ @ year =@ @ @ @ @ @ 2004,
66 @ @ pages =@ @ @ @ @ @{7--16@},
67 @ @ month =@ @ @ @ @ @{september@},
68 @ @ address =@ @ @ @{Juan-les-Pins@}
70 @end example
72 Copyright @copyright{} 2002-2005 C@'edric Bastoul.
74 @c quotation
75 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under
76 the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 
77 published by the Free Software Foundation. To receive a copy of the
78 GNU Free Documentation License, write to the Free Software Foundation, Inc.,
79 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA.
80 @c end quotation
81 @end copying
83 @c % /*************************************************************************
84 @c %  *                 PART III: TITLEPAGE, CONTENTS, COPYRIGHT              *
85 @c %  *************************************************************************/
86 @titlepage
87 @title CLooG
88 @subtitle A Loop Generator For Scanning Polyhedra
89 @subtitle Edition @value{EDITION}, for CLooG @value{VERSION}
90 @subtitle @value{UPDATED}
91 @author C@'edric Bastoul
92      
93 @c The following two commands start the copyright page.
94 @page
95 @noindent (September 2001)
96 @table @code
97 @item C@'edric Bastoul
98 SCHEDULES GENERATE !!! I just need to apply them now, where can I find
99 a good code generator ?!
100      
101 @item Paul Feautrier
102 Hmmm. I fear that if you want something powerful enough, you'll have to
103 write it yourself !
104 @end table
106 @vskip 0pt plus 1filll
107 @insertcopying
108 @end titlepage
109      
110 @c Output the table of contents at the beginning.
111 @contents
113 @c % /*************************************************************************
114 @c %  *                     PART IV: TOP NODE AND MASTER MENU                 *
115 @c %  *************************************************************************/
116 @ifnottex
117 @node Top
118 @top CLooG
119      
120 @insertcopying
121 @end ifnottex
123 @menu
124 * Introduction::
125 * CLooG Software::
126 * CLooG Library::
127 @c * Hacking::
128 * Installing::
129 * Documentation::
130 * References::
131 @end menu
135 @c % /*************************************************************************
136 @c %  *                       PART V: BODY OF THE DOCUMENT                    *
137 @c %  *************************************************************************/
139 @c %  ****************************** INTRODUCTION ******************************
140 @node Introduction
141 @chapter Introduction
142 CLooG is a free software and library generating loops for scanning Z-polyhedra.
143 That is, it finds a code (e.g. in C, FORTRAN...) that reaches each integral
144 point of one or more parameterized polyhedra. CLooG has been originally
145 written to solve the code generation problem for optimizing compilers based on
146 the polytope model. Nevertheless it is used now in various area, e.g., to build
147 control automata for high-level synthesis or to find the best polynomial
148 approximation of a function. CLooG may help in any situation where scanning
149 polyhedra matters. It uses the best state-of-the-art code generation
150 algorithm known as the Quiller@'e et al. algorithm (@pxref{Qui00})
151 with our own improvements and extensions (@pxref{Bas04}).
152 The user has full control on generated code quality.
153 On one hand, generated code size has to be tuned for sake of
154 readability or instruction cache use. On the other hand, we must ensure that
155 a bad control management does not hamper performance of the generated code,
156 for instance by producing redundant guards or complex loop bounds.
157 CLooG is specially designed to avoid control overhead and to produce a very
158 efficient code.
160 CLooG stands for @emph{Chunky Loop Generator}: it is a part of the Chunky
161 project, a research tool for data locality improvement (@pxref{Bas03a}).
162 It is designed
163 also to be the back-end of automatic parallelizers like LooPo (@pxref{Gri04}).
164 Thus it is very
165 compilable code oriented and provides powerful program transformation
166 facilities. Mainly, it allows the user to specify very general schedules where, 
167 e.g., unimodularity or invertibility of the transformation doesn't matter.
169 The current version is still under
170 evaluation, and there is no guarantee that the upward compatibility
171 will be respected (but the previous API has been stable for two years,
172 we hope this one will be as successful -and we believe it-).
173 A lot of reports are necessary to freeze the library
174 API and the input file shape. Most API changes from 0.12.x to 0.14.x
175 have been requested by the users themselves.
176 Thus you are very welcome and encouraged
177 to post reports on bugs, wishes, critics, comments, suggestions or
178 successful experiences in the forum of @code{http://www.CLooG.org}
179 or to send them to cedric.bastoul@@inria.fr directly.
181 @menu
182 * Basics::
183 * Scattering::
184 @end menu
186 @node Basics
187 @section Basically, what's the point ?
188 If you want to use CLooG, this is because you want to scan or to find
189 something inside the integral points of a set of polyhedra. There are many
190 reasons for that. Maybe you need the generated code itself because it
191 actually implements a very smart program transformation you found.
192 Maybe you want to use the generated code
193 because you know that the solution of your problem belongs to the integral
194 points of those damned polyhedra and you don't know which one. Maybe you just
195 want to know if a polyhedron has integral points depending on some parameters,
196 which is the lexicographic minimum, maximum, the third on the basis of the
197 left etc. Probably you have your own reasons to use CLooG.
199 Let us illustrate a basic use of CLooG. Suppose we have a set of affine
200 constraints that describes a part of a whatever-dimensional space,
201 called a @strong{domain}, and we
202 want to scan it. Let us consider for instance the following set of constraints
203 where @samp{i}
204 and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space) and
205 @samp{m} and @samp{n} are the parameters (some symbolic constants):
206 @example
207 @group
208 2<=i<=n
209 2<=j<=m
210 j<=n+2-i
211 @end group
212 @end example
213 Let us also consider that we have a partial knowledge of the parameter values,
214 called the @strong{context}, expressed as affine constraints as well,
215 for instance:
216 @example
217 @group
218 m>=2
219 n>=2
220 @end group
221 @end example
222 Note that using parameters is optional, if you are not comfortable with
223 parameter manipulation, just replace them with any scalar value that fits
224 @code{m>=2} and @code{n>=2}.
225 A graphical representation of this part of the 2-dimensional space, where
226 the integral points are represented using heavy dots would be for instance:
228 @image{images/basic,6cm}
230 The affine constraints of both the domain and the context are what we will
231 provide to CLooG as input (in a particular shape that will be described later).
232 The output of CLooG is a pseudo-code to scan the integral points of the
233 input domain according to the context:
234 @example
235 @group
236 for (i=2;i<=n;i++) @{
237   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
238     S1(i,j) ;
239   @}
241 @end group
242 @end example
243 If you felt such a basic example is yet interesting, there is a good chance
244 that CLooG is appropriate for you. CLooG can do much more: scanning several
245 polyhedra or unions of polyhedra at the same time, applying general affine
246 transformations to the polyhedra, generate compilable code etc. Welcome
247 to the CLooG's user's guide !
249 @node Scattering
250 @section Defining a Scanning Order: Scattering Functions
251 In CLooG, domains only define the set of integral points to scan and their
252 coordinates. In particular, CLooG is free to choose the scanning order for
253 generating the most efficient code. This means, for optimizing/parallelizing
254 compiler people, that CLooG doesn't make any speculation on dependences on and
255 between statements (by the way, it's not its job !).
256 For instance, if an user give to
257 CLooG only two domains @code{S1:1<=i<=n}, @code{S2:1<=i<=n} and the context
258 @code{n>=1}, the following pseudo-codes are considered to be equivalent:
260 @example
261 @group
262 /* A convenient target pseudo-code. */
263 for (i=1;i<=N;i++) @{
264  S1(i) ;
266 for (i=1;i<=N;i++) @{
267  S2(i) ;
269 @end group
270 @end example
272 @example
273 @group
274 /* Another convenient target pseudo-code. */
275 for (i=1;i<=N;i++) @{
276  S1(i) ;
277  S2(i) ;
279 @end group
280 @end example
282 The default behaviour
283 of CLooG is to generate the second one, since it is optimized in control. 
284 It is right if there are no data dependences
285 between @code{S1} and @code{S2}, but wrong otherwise. 
287 Thus it is often useful to force scanning to respect a given order. This can be
288 done in CLooG by using @strong{scattering functions}. Scattering is a
289 shortcut for scheduling, allocation, chunking functions and the like we can
290 find in the restructuring compilation literature. There are a lot of reasons
291 to scatter the integral points of the domains (i.e. the statement instances
292 of a program, for compilation people), parallelization or optimization are good
293 examples. For instance, if the user wants for any reason to set some
294 precedence constraints between the statements of our example above
295 in order to force the generation of the
296 first code, he can do it easily by setting (for example) the following
297 scheduling functions:
299 @tex
300 $$\theta _{S1}(i) =  (1)$$
301 $$\theta _{S2}(j) =  (2)$$
302 @end tex
304 @ifnottex
305 @example
306 @group
307 T_S1(i) = (1)
308 T_S2(j) = (2)
309 @end group
310 @end example
311 @end ifnottex
313 This scattering means that each integral point of the domain @code{S1}
314 is scanned at logical date @code{1} while each integral point of the domain
315 @code{S2} is scanned at logical date @code{2}. As a result, the whole
316 domain @code{S1} is scanned before domain @code{S2} and the first code in our
317 example is generated.
319 The user can set every kind of affine scanning order thanks to the
320 scattering functions. Each domain has its own scattering function and
321 each scattering function may be multi-dimensional. A multi-dimensional logical
322 date may be seen as classical date (year,month,day,hour,minute,etc.) where
323 the first dimensions are the most significant. Each scattering dimension
324 may depend linearly on the original dimensions (e.g., @code{i}), the
325 parameters (e.g., @code{n}) ans scalars (e.g., @code{2}).
327 A very useful example of multi-dimensional scattering functions is, for
328 compilation people, the scheduling of the original program.
329 The basic data to use for code generation are statement iteration domains.
330 As we saw, these data are not sufficient to rebuild the original
331 program (what is the ordering between instances of different statements ?).
332 The missing data can be put in the scattering functions as the original
333 scheduling. The method to compute it is quite simple (@pxref{Fea92}). The idea is to
334 build an abstract syntax tree of the program and to read the scheduling for
335 each statement. For instance, let us consider the following implementation of
336 a Cholesky factorization:
338 @example
339 @group
340 /* A Cholesky factorization kernel. */
341 for (i=1;i<=N;i++) @{
342   for (j=1;j<=i-1;j++) @{
343     a[i][i] -= a[i][j] ;           /* S1 */
344   @}
345   a[i][i] = sqrt(a[i][i]) ;        /* S2 */
346   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
347     for (k=1;k<=i-1;k++) @{
348       a[j][i] -= a[j][k]*a[i][k] ; /* S3 */
349     @}
350     a[j][i] /= a[i][i] ;           /* S4 */
351     @}
352   @}
354 @end group
355 @end example
357 The corresponding abstract syntax tree is given in the following figure.
358 It directly gives the scattering functions (schedules) for all the
359 statements of the program.
361 @image{images/tree,6cm}
363 @tex
365 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (0,i,0,j,0)^T$\cr
366                 \theta _{S2}(i)        &$=  (0,i,1)^T$\cr
367                 \theta _{S3}(i,j,k)^T  &$=  (0,i,2,j,0,k,0)^T$\cr
368                 \theta _{S4}(i,j)^T    &$=  (0,i,2,j,1)^T$}$}
370 @end tex
372 @ifnottex
373 @example
374 @group
375 T_S1(i,j)^T   = (0,i,0,j,0)^T
376 T_S2(i)       = (0,i,1)^T
377 T_S3(i,j,k)^T = (0,i,2,j,0,k,0)^T
378 T_S4(i,j)^T   = (0,i,2,j,1)^T
379 @end group
380 @end example
381 @end ifnottex
383 These schedules depend on the iterators and give for each instance of each
384 statement a unique execution date. Using such scattering functions allow
385 CLooG to re-generate the input code. 
391 @c %  ***********************Using the CLooG Software **************************
392 @node CLooG Software
393 @chapter Using the CLooG Software
396 @menu
397 * A First Example::
398 * Writing The Input File::
399 * Calling CLooG::
400 * CLooG Options::
401 * Full Example::
402 @end menu
404 @c %/*************************************************************************
405 @c % *                              A FIRST EXAMPLE                          *
406 @c % *************************************************************************/
407 @node A First Example
408 @section A First Example
409 CLooG takes as input a file that must be written accordingly to a grammar
410 described in depth in a further section (@pxref{Writing The Input File}). 
411 Moreover it supports many options to tune the target code presentation or
412 quality as discussed in a dedicated section (@pxref{Calling CLooG}).
413 However, a basic use
414 of CLooG is not very complex and we present in this section how to generate the
415 code corresponding to a basic example discussed earlier (@pxref{Basics}).
417 The problem is to find the code that scans a 2-dimensional polyhedron
418 where @samp{i} and @samp{j} are the unknown (the two dimensions of the space)
419 and @samp{m} and @samp{n} are the parameters (the symbolic constants),
420 defined by the following set of constraints:
421 @example
422 @group
423 2<=i<=n
424 2<=j<=m
425 j<=n+2-i
426 @end group
427 @end example
428 @noindent We also consider a partial knowledge of the parameter values,
429 expressed thanks to the following affine constraints:
430 @example
431 @group
432 m>=2
433 n>=2
434 @end group
435 @end example
437 An input file that corresponds to this problem, and asks for a generated
438 code in C, may be the following. Note that we do not describe here precisely
439 the structure and the components of this file (@pxref{Writing The Input File}
440  for such information, if you feel it necessary):
442 @example
443 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
444 c # language is C
446 # Context (constraints on two parameters)
447 2 4                   # 2 lines and 4 columns
448 # eq/in m  n  1         eq/in: 1 for inequality >=0, 0 for equality =0
449     1   1  0 -2       # 1*m + 0*n -2*1 >= 0, i.e. m>=2
450     1   0  1 -2       # 0*m + 1*n -2*1 >= 0, i.e. n>=2
452 1 # We want to set manually the parameter names
453 m n                   # parameter names
455 # --------------------- STATEMENTS --------------------
456 1 # Number of statements
458 1 # First statement: one domain
459 # First domain
460 5 6                   # 5 lines and 6 columns
461 # eq/in i  j  m  n  1 
462     1   1  0  0  0 -2 # i >= 2
463     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
464     1   0  1  0  0 -2 # j >= 2
465     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
466     1  -1 -1  0  1  2 # n+2-i>=j
467 0  0  0               # for future options
469 1 # We want to set manually the iterator names
470 i j                   # iterator names
472 # --------------------- SCATTERING --------------------
473 0 # No scattering functions
474 @end example
476 This file may be called @samp{basic.cloog}
477 (this example is provided in the CLooG distribution as
478 @code{test/manual_basic.cloog}) and we can ask CLooG to process it
479 and to generate the code by a simple calling to CLooG with this file as input:
480 @samp{cloog basic.cloog}. By default, CLooG will print the generated code in
481 the standard output:
483 @example
484 @group
485 /* Generated by CLooG v@value{VERSION} in 0.00s. */
486 for (i=2;i<=n;i++) @{
487   for (j=2;j<=min(m,-i+n+2);j++) @{    
488     S1(i,j) ;
489   @}
491 @end group
492 @end example
494 @c %/*************************************************************************
495 @c % *                                Input file                             *
496 @c % *************************************************************************/
497 @node Writing The Input File
498 @section Writing The Input File
499 The input text file contains a problem description, i.e. the context,
500 the domains and the scattering functions.
501 Because CLooG is very 'compilable code generation oriented', we can associate
502 some additional informations to each domain. We call this association a
503 @emph{statement}. The set of all informations is 
504 called a @emph{program}. The input file respects the grammar below
505 (terminals are preceded by "_"):
507 @example
508 File             ::= Program
509 Program          ::= Context Statements Scattering
510 Context          ::= Language      Domain         Naming
511 Statements       ::= Nb_statements Statement_list Naming
512 Scattering       ::= Nb_functions  Domain_list    Naming
513 Naming           ::= Option Name_list
514 Name_list        ::= _String   Name_list      | (void)
515 Statement_list   ::= Statement Statement_list | (void)
516 Domain_list      ::= _Domain   Domain_list    | (void)
517 Statement        ::= Iteration_domain 0 0 0
518 Iteration_domain ::= Domain_union
519 Domain_union     ::= Nb_domains Domain_list
520 Option           ::= 0 | 1
521 Language         ::= c | f
522 Nb_statements    ::= _Integer
523 Nb_domains       ::= _Integer
524 Nb_functions     ::= _Integer
525 @end example
527 @itemize @bullet
528 @item  @samp{Context} represents the informations that are
529        shared by all the statements. It consists on
530        the language used (which can be @samp{c} for C or @samp{f} for FORTRAN 90)
531        and the global constraints on parameters.
532        These constraints are essential
533        since they give to CLooG the number of parameters. If there is no
534        parameter or no constraints on parameters, just give a constraint
535        always satisfied like @math{1 \geq 0}. @samp{Naming} sets the parameter
536        names.
537        If the naming option @samp{Option} is 1, parameter names will be read
538        on the next line. There must be exactly as many names as parameters.
539        If the naming option @samp{Option} is 0, parameter names are
540        automatically generated. The name of the first parameter will
541        be @samp{M}, and the name of the @math{(n+1)^{th}} parameter directly
542        follows the name of the @math{n^{th}} parameter in ASCII code.
543        It is the user responsibility to ensure that parameter names,
544        iterators and scattering dimension names are different. 
545 @item  @samp{Statements} represents the informations on the statements.
546        @samp{Nb_statements} is the number of statements in the program, 
547        i.e. the number of @samp{Statement} items in the @samp{Statement_list}.
548        @samp{Statement} represents the informations on a given statement.
549        To each statement is associated a domain
550        (the statement iteration domain: @samp{Iteration_domain}) and three
551        zeroes that represents future options.
552        @samp{Naming} sets the iterator names. If the naming option
553        @samp{Option} is 1, the iterator names
554        will be read on the next line. There must be exactly as many names as
555        nesting level in the deepest iteration domain. If the naming option
556        @samp{Option} is 0, iterator names are automatically generated.
557        The iterator name of the outermost loop will be @samp{i}, and the
558        iterator name of the loop at level @math{n+1} directly follows the 
559        iterator name of the loop at level @math{n} in ASCII code. 
560 @item  @samp{Scattering} represents the informations on scattering functions.
561        @samp{Nb_functions} is the number of functions (it must be
562        equal to the number of statements or 0 if there is no scattering
563        function). The function themselves are represented through
564        @samp{Domain_list}.
565        @samp{Naming} sets the scattering dimension names. If the naming option
566        @samp{Option} is 1, the scattering dimension names will be read on the
567        next line.
568        There must be exactly as many names as scattering dimensions. If the
569        naming option @samp{Option} is 0, scattering dimension names are automatically
570        generated. The name of the @math{n^{th}} scattering dimension
571        will be @samp{cn}.
572 @end itemize
574 @menu
575 * Domain Representation::
576 * Scattering Representation::
577 @end menu
579 @node Domain Representation
580 @subsection Domain Representation
581 As shown by the grammar, the input file describes the various informations
582 thanks to characters, integers and domains. Each domain is defined by a set of
583 constraints in the PolyLib format (@pxref{Wil93}). They have the
584 following syntax:
585 @enumerate
586 @item some optional comment lines beginning with @samp{#},
587 @item the row and column numbers, possibly followed by comments,
588 @item the constraint rows, each row corresponds to a constraint the
589       domain have to satisfy. Each row must be on a single line and is possibly
590       followed by comments. The constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the
591       first element is 0, an inequality  @math{p(x) \geq 0} if the first element
592       is 1. The next elements are the unknown coefficients, followed by
593       the parameter coefficients. The last element is the constant factor.
594 @end enumerate
595 For instance, assuming that @samp{i}, @samp{j} and @samp{k} are iterators and
596 @samp{m} and @samp{n} are parameters, the domain defined by the following
597 constraints :
599 @tex
601 \hbox{$ \cases{ -i     + m &$\geq 0$\cr
602                     -j + n &$\geq 0$\cr
603                  i + j - k &$\geq 0$}$}
605 @end tex
607 @ifnottex
608 @example
609 @group
610    -i + m >= 0
611    -j + n >= 0
612 i + j - k >= 0
613 @end group
614 @end example
615 @end ifnottex
617 @noindent can be written in the input file as follows :
619 @example
620 @group
621 # This is the domain
622 3 7                      # 3 lines and 7 columns
623 # eq/in i  j  k  m  n  1 
624     1  -1  0  0  1  0  0 #    -i + m >= 0
625     1   0 -1  0  0  1  0 #    -j + n >= 0
626     1   1  1 -1  0  0  0 # i + j - k >= 0
627 @end group
628 @end example
630 Each iteration domain @samp{Iteration_domain} of a given statement
631 is a union of polyhedra
632 @samp{Domain_union}. A union is defined by its number of elements
633 @samp{Nb_domains} and the elements themselves @samp{Domain_list}.
634 For instance, let us consider the following pseudo-code:
636 @example
637 @group
638 for (i=1;i<=n;i++) @{
639   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
640     S1 ;
641   for (j=i+1;j<=m;j++)
642     S2 ;
643 @} 
644 @end group
645 @end example
647 @noindent The iteration domain of @samp{S1} can be divided into two
648 polyhedra and written in the input file as follows:
650 @example
651 @group
652 2 # Number of polyhedra in the union
653 # First domain
654 3 5                # 3 lines and 5 columns
655 # eq/in i  m  n  1 
656     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
657     1  -1  0  1  0 #  i <= n
658     1   1 -1  0  0 #  i >= m
659 # Second domain
660 3 5                # 3 lines and 5 columns
661 # eq/in i  m  n  1 
662     1   1  0  0 -1 #  i >= 1
663     1  -1  0  1  0 #  i <= n
664     1  -1  2  0  0 #  i <= 2*m
665 @end group
666 @end example
668 @node Scattering Representation
669 @subsection Scattering Function Representation
670 Scattering functions are depicted in the input file thanks a representation
671 very close to the domain one.
672 An integer gives the number of functions @samp{Nb_functions} and each function
673 is represented by a domain. Each line of the domain corresponds to an equality
674 defining a dimension of the function. Note that at present
675 (CLooG @value{VERSION})
676 @strong{all functions must have the same scattering dimension number}. If a
677 user wants to set scattering functions with different dimensionality, he has
678 to complete the smaller one with zeroes to reach the maximum dimensionality.
679 For instance, let us consider the following code and
680 scheduling functions:
682 @example
683 @group
684 for (i=1;i<=n;i++) @{
685   if ((i >= m) || (i <= 2*m))
686     S1 ;
687   for (j=i+1;j<=m;j++)
688     S2 ;
689 @} 
690 @end group
691 @end example
693 @tex
695 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i)      &$=  (i,0)^T$\cr
696                 \theta _{S2}(i,j)^T  &$=  (n,i+j)^T$}$}
698 @end tex
700 @ifnottex
701 @example
702 @group
703 T_S1(i)     = (i,0)^T
704 T_S2(i,j)^T = (n,i+j)^T
705 @end group
706 @end example
707 @end ifnottex
710 @noindent This scheduling can be written in the input file as follows:
712 @example
713 @group
714 2 # Number of scattering functions
715 # First function
716 2 7                          # 2 lines and 7 columns
717 # eq/in c1 c2  i  m  n  1 
718     0    1  0 -1  0  0  0    #  c1 = i
719     0    0  1  0  0  0  0    #  c2 = 0
720 # Second function
721 2 8                          # 2 lines and 8 columns
722 # eq/in c1 c2  i  j  m  n  1 
723     0    1  0  0  0  0 -1  0 #  c1 = n
724     0    0  1 -1 -1  0  0  0 #  c2 = i+j
725 @end group
726 @end example
727 The complete input file for the user who wants to generate the code for this
728 example with the preceding scheduling would be
729 (this file is provided in the CLooG distribution
730 as @code{test/manual_scattering.cloog}:
732 @example
733 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
734 c # language is C
736 # Context (no constraints on two parameters)
737 1 4                   # 1 lines and 4 columns
738 # eq/in m  n  1
739     1   0  0  0       # 0 >= 0, always true
741 1 # We want to set manually the parameter names
742 m n                   # parameter names
744 # --------------------- STATEMENTS --------------------
745 2 # Number of statements
747 2 # First statement: two domains
748 # First domain
749 3 5                   # 3 lines and 5 columns
750 # eq/in i  m  n  1
751     1   1  0  0 -1    # i >= 1
752     1  -1  0  1  0    # i <= n
753     1   1 -1  0  0    # i >= m
754 # Second domain
755 3 5                   # 3 lines and 5 columns
756 # eq/in i  m  n  1 
757     1   1  0  0 -1    # i >= 1
758     1  -1  0  1  0    # i <= n
759     1  -1  2  0  0    # i <= 2*m
760 0  0  0               # for future options
762 1 # Second statement: one domain
763 4 6                   # 4 lines and 6 columns
764 # eq/in i  j  m  n  1 
765     1   1  0  0  0 -1 # i >= 1
766     1  -1  0  0  1  0 # i <= n
767     1  -1  1  0  0 -1 # j >= i+1
768     1   0 -1  1  0  0 # j <= m
769 0  0  0               # for future options
771 1 # We want to set manually the iterator names
772 i j                   # iterator names
774 # --------------------- SCATTERING --------------------
775 2 # Scattering functions
776 # First function
777 2 7                   # 2 lines and 7 columns
778 # eq/in p1 p2  i  m  n  1 
779     0    1  0 -1  0  0  0    # p1 = i
780     0    0  1  0  0  0  0    # p2 = 0
781 # Second function
782 2 8                   # 2 lines and 8 columns
783 # eq/in p1 p2  i  j  m  n  1 
784     0    1  0  0  0  0 -1  0 # p1 = n
785     0    0  1 -1 -1  0  0  0 # p2 = i+j
787 1 # We want to set manually the scattering dimension names
788 p1 p2                 # scattering dimension names
789 @end example
792 @c %/*************************************************************************
793 @c % *                             Calling CLooG                             *
794 @c % *************************************************************************/
795 @node Calling CLooG
796 @section Calling CLooG
797 CLooG is called by the following command:
798 @example
799        cloog [ options | file ]
800 @end example
801 The default behavior of CLooG is to read the input informations from a file and
802 to print the generated code or pseudo-code on the standard output.
803 CLooG's behavior and the output code shape is under the user control thanks
804 to many options which are detailed a further section (@pxref{CLooG Options}).
805 @code{file} is the input file. @code{stdin} is a special value: when used,
806 input is standard input. For instance, we can call CLooG to treat the
807 input file @code{basic.cloog} with default options by typing:
808 @code{cloog basic.cloog} or @code{more basic.cloog | cloog stdin}.
810 @c %/*************************************************************************
811 @c % *                             CLooG Options                             *
812 @c % *************************************************************************/
813 @node CLooG Options
814 @section CLooG Options
816 @menu
817 * Last Depth to Optimize Control::
818 * First Depth to Optimize Control::
819 * Simplify Convex Hull::
820 * Once Time Loop Elimination::
821 * Equality Spreading::
822 * First Level for Spreading::
823 * Statement Block::
824 * Loop Strides::
825 * Compilable Code::
826 * Output::
827 * Help::
828 * Version ::
829 * Quiet ::
830 @end menu
832 @node Last Depth to Optimize Control
833 @subsection Last Depth to Optimize Control @code{-l <depth>}
835 @code{-l <depth>}: this option sets the last loop depth to be optimized in
836 control. The higher this depth, the less control overhead.
837 For instance, with some input file, a user can generate
838 different pseudo-codes with different @code{depth} values as shown below.
839 @example
840 @group
841 /* Generated using a given input file and @strong{option -l 1} */
842 for (i=0;i<=M;i++) @{
843   S1 ;
844   for (j=0;j<=N;j++) @{
845     S2 ;
846   @}
847   for (j=0;j<=N;j++) @{
848     S3 ;
849   @}
850   S4 ;
852 @end group
853 @end example
854 @example
855 @group
856 /* Generated using the same input file but @strong{option -l 2} */
857 for (i=0;i<=M;i++) @{
858   S1 ;
859   for (j=0;j<=N;j++) @{
860     S2 ;
861     S3 ;
862   @}
863   S4 ;
865 @end group
866 @end example
867      In this example we can see that this option can change the operation
868      execution order between statements. Let us remind that CLooG does not
869      make any speculation on dependences between statements
870      (@pxref{Scattering}). Thus if nothing (i.e. scattering functions)
871      forbids this, CLooG considers the above codes to be equivalent.
872      If there is no scattering functions, the minimum value for @code{depth}
873      is 1 (in the case of 0, the user doesn't really need a loop generator !),
874      and the number of scattering dimensions otherwise (CLooG will warn the
875      user if he doesn't respect such constraint).
876      The maximum value for depth is -1 (infinity).
877      Default value is infinity.
879 @node First Depth to Optimize Control
880 @subsection First Depth to Optimize Control @code{-f <depth>}
882      @code{-f <depth>}: this option sets the first loop depth to be optimized
883      in control. The lower this depth, the less control overhead (and the longer
884      the generated code). For instance, with some input file, a user
885      can generate different pseudo-codes with different @code{depth} values
886      as shown below.
887      The minimum value for @code{depth} is 1, and the
888      maximum value is -1 (infinity).
889      Default value is 1.
890 @example
891 @group
892 /* Generated using a given input file and @strong{option -f 3} */
893 for (i=1;i<=N;i++) @{
894   for (j=1;j<=M;j++) @{
895     S1 ;
896     if (j >= 10) @{
897       S2 ;
898     @}
899   @}
901 @end group
902 @end example
903 @example
904 @group
905 /* Generated using the same input file but @strong{option -f 2} */
906 for (i=1;i<=N;i++) @{
907   for (j=1;j<=9;j++) @{
908     S1 ;
909   @}
910   for (j=10;j<=M;j++) @{
911     S1 ;
912     S2 ;
913   @}
915 @end group
916 @end example
918 @node Simplify Convex Hull
919 @subsection  Simplify Convex Hull @code{-sh <boolean>}
921      @code{-sh <boolean>}: this option enables (@code{boolean=1})
922      or forbids (@code{boolean=0}) a simplification step
923      that may simplify some constraints.
924      This option works only for generated code without
925      code duplication (it means, you have to tune @code{-f} and
926      @code{-l} options first to generate only a loop nest with internal
927      guards). For instance, with the input file @code{test/union.cloog}, a user
928      can generate different pseudo-codes  as shown below.
929      Default value is 0.
930 @example
931 @group
932 /* Generated using test/union.cloog and @strong{option -f -1 -l 2 -override} */
933 for (i=0;i<=11;i++) @{
934   for (j=max(0,5*i-50);j<=min(15,5*i+10);j++) @{
935     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
936       S1 ;
937     @}
938     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
939       S2 ;
940     @}
941   @}
943 @end group
944 @end example
945 @example
946 @group
947 /* Generated using the same input file but @strong{option -sh 1 -f -1 -l 2 -override} */
948 for (i=0;i<=11;i++) @{
949   for (j=0;j<=15;j++) @{
950     if ((i <= 10) && (j <= 10)) @{
951       S1 ;
952     @}
953     if ((i >= 1) && (j >= 5)) @{
954       S2 ;
955     @}
956   @}
958 @end group
959 @end example
961 @node Once Time Loop Elimination
962 @subsection Once Time Loop Elimination @code{-otl <boolean>}
964      @code{-otl <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
965      forbids (@code{boolean=0}) the simplification of loops running
966      once. Default value is 1.
967 @example
968 @group
969 /* Generated using a given input file and @strong{option -otl 0} */
970 for (j=i+1;j<=i+1;j++) @{
971   S1 ;
973 @end group
974 @end example
975 @example
976 @group
977 /* Generated using the same input file but @strong{option -otl 1} */
978 j = i+1 ;
979 S1 ;
980 @end group
981 @end example
984 @node Equality Spreading 
985 @subsection Equality Spreading @code{-esp <boolean>}
987      @code{-esp <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) or
988      forbids (@code{boolean=0}) values spreading when there
989      are equalities. Default value is 1.
990 @example
991 @group
992 /* Generated using a given input file and @strong{option -esp 0} */
993 i = M+2 ;
994 j = N ;
995 for (k=i;k<=j+M;k++) @{
996   S1 ;
998 @end group
999 @end example
1000 @example
1001 @group
1002 /* Generated using the same input file but @strong{option -esp 1} */
1003 for (k=M+2;k<=N+M;k++) @{
1004   S1(i = M+2, j = N) ;
1006 @end group
1007 @end example
1010 @node First Level for Spreading 
1011 @subsection First Level for Spreading @code{-fsp <level>}
1013      @code{-fsp <level>}: it can be useful to set a
1014      first level to begin equality spreading. Particularly when using
1015      scattering functions, the user may want to see the scattering dimension
1016      values instead of spreading or hiding them. If user has set a
1017      spreading, @code{level} is
1018      the first level to start it. Default value is 1.
1019 @example
1020 @group
1021 /* Generated using a given input file and @strong{option -fsp 1} */
1022 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1023   S1(i = N) ;
1025 for (j=0;j<=N+M;j++) @{
1026   S1(i = M) ;
1028 @end group
1029 @end example
1030 @example
1031 @group
1032 /* Generated using the same input file but @strong{option -fsp 2} */
1033 c1 = N ;
1034 for (j=0;j<=c1+M;j++) @{
1035   S1(i = c1) ;
1037 c1 = M ;
1038 for (j=0;j<=N+c1;j++) @{
1039   S1(i = c1) ;
1041 @end group
1042 @end example
1045 @node Statement Block  
1046 @subsection Statement Block @code{-block <boolean>}
1048      @code{-block <boolean>}: this option allows (@code{boolean=1}) to
1049      create a statement block for each new iterator, even if there is only
1050      an equality. This can be useful in order to parse the generated
1051      pseudo-code. When @code{boolean} is set to 0 or when the generation
1052      language is FORTRAN, this feature is disabled. Default value is 0.
1053 @example
1054 @group
1055 /* Generated using a given input file and @strong{option -block 0} */
1056 i = M+2 ;
1057 j = N ;
1058 S1 ;
1059 @end group
1060 @end example
1061 @example
1062 @group
1063 /* Generated using the same input file but @strong{option -block 1} */
1064 @{ i = M+2 ;
1065   @{ j = N ;
1066     S1 ;
1067   @}
1069 @end group
1070 @end example
1073 @node Loop Strides 
1074 @subsection Loop Strides @code{-strides <boolean>}
1076      @code{-strides <boolean>}: this options allows (@code{boolean=1}) to
1077      handle non-unit strides for loop increments. This can remove a lot of
1078      guards and make the generated code more efficient. Default value is 0.
1079 @example
1080 @group
1081 /* Generated using a given input file and @strong{option -strides 0} */
1082 for (i=1;i<=n;i++) @{
1083   if (i%2 == 0) @{
1084     S1(j = i/2) ;
1085   @}
1086   if (i%4 == 0) @{
1087     S2(j = i/4) ;
1088   @}
1090 @end group
1091 @end example
1092 @example
1093 @group
1094 /* Generated using the same input file but @strong{option -strides 1} */
1095 for (i=2;i<=n;i+=2) @{
1096   S1(j = i/2) ;
1097   if (i%4 == 0) @{
1098     S2(j = i/4) ;
1099   @}
1101 @end group
1102 @end example
1104 @node Compilable Code
1105 @subsection Compilable Code @code{-compilable <value>}
1107      @code{-compilable <value>}: this options allows (@code{value} is not 0)
1108      to generate a compilable code where all parameters have the integral value
1109      @code{value}. This option creates a macro for each statement. Since
1110      CLooG do not know anything about the statement sources, it fills the
1111      macros with a basic increment that computes the total number of
1112      scanned integral points. The user may change easily the macros according
1113      to his own needs. This option is possible only if the generated code is
1114      in C. Default value is 0.
1115 @example
1116 @group
1117 /* Generated using a given input file and @strong{option -compilable 0} */
1118 for (i=0;i<=n;i++) @{
1119   for (j=0;j<=n;j++) @{
1120     S1 ;
1121     S2 ;
1122   @}
1123   S3 ;
1125 @end group
1126 @end example
1127 @example
1128 /* Generated using the same input file but @strong{option -compilable 10} */
1129 /* DON'T FORGET TO USE -lm OPTION TO COMPILE. */
1131 /* Useful headers. */
1132 #include <stdio.h>
1133 #include <stdlib.h>
1134 #include <math.h>
1136 /* Parameter value. */
1137 #define PARVAL 10
1139 /* Statement macros (please set). */
1140 #define S1(i,j) @{total++;@}
1141 #define S2(i,j) @{total++;@}
1142 #define S3(i)   @{total++;@}
1144 int main() @{
1145   /* Original iterators. */
1146   int i, j ;
1147   /* Parameters. */
1148   int n=PARVAL, total=0 ;
1150   for (i=0;i<=n;i++) @{
1151     for (j=0;j<=n;j++) @{
1152       S1(i,j) ;
1153       S2(i,j) ;
1154     @}
1155     S3(i) ;
1156   @}
1158   printf("Number of integral points: %d.\n",total) ;
1159   return 0 ;
1161 @end example
1163 @node Callable Code
1164 @subsection Callable Code @code{-callable <boolean>}
1166      @code{-callable <boolean>}: if @code{boolean=1}, then a @code{test}
1167      function will be generated that has the parameters as arguments.
1168      Similarly to the @code{-compilable} option,
1169      a macro for each statement is generated.  The generated definitions of
1170      these macros are as used during the correctness testing, but they
1171      can easily be changed by the user to suit her own needs.
1172      This option is only available if the target language is C.
1173      The default value is 0.
1175 @example
1176 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 0} */
1177 for (i=0;i<=M;i++) @{
1178   S1 ;
1179   for (j=0;j<=N;j++) @{
1180     S2 ;
1181     S3 ;
1182   @}
1183   S4 ;
1185 @end example
1186 @example
1187 /* Generated from double.cloog with @strong{option -callable 1} */
1188 extern void hash(int);
1190 /* Useful macros. */
1191 #define floord(n,d) (((n)<0) ? ((n)-(d)+1)/(d) : (n)/(d))
1192 #define ceild(n,d)  (((n)<0) ? (n)/(d) : ((n)+(d)+1)/(d))
1193 #define max(x,y)    ((x) > (y) ? (x) : (y))
1194 #define min(x,y)    ((x) < (y) ? (x) : (y))
1196 #define S1(i) @{ hash(1); hash(i); @}
1197 #define S2(i,j) @{ hash(2); hash(i); hash(j); @}
1198 #define S3(i,j) @{ hash(3); hash(i); hash(j); @}
1199 #define S4(i) @{ hash(4); hash(i); @}
1201 void test(int M, int N)
1203   /* Original iterators. */
1204   int i, j;
1205   for (i=0;i<=M;i++) @{
1206     S1(i) ;
1207     for (j=0;j<=N;j++) @{
1208       S2(i,j) ;
1209       S3(i,j) ;
1210     @}
1211     S4(i) ;
1212   @}
1214 @end example
1216 @node Output
1217 @subsection Output @code{-o <output>}
1219      @code{-o <output>}: this option sets the output file. @code{stdout} is a
1220      special value: when used, output is standard output.
1221      Default value is @code{stdout}.
1223 @node Help
1224 @subsection Help @code{--help} or @code{-h}
1226      @code{--help} or @code{-h}: this option ask CLooG to print a short help.
1228 @node Version
1229 @subsection Version @code{--version} or @code{-v}
1231      @code{--version} or @code{-v}: this option ask CLooG to print some version
1232      informations.
1234 @node Quiet
1235 @subsection Quiet @code{--quiet} or @code{-q}
1237      @code{--quiet} or @code{-q}: this option tells CLooG not to print
1238      any informational messages.
1241 @c %/*************************************************************************
1242 @c % *                           A Full Example                              *
1243 @c % *************************************************************************/
1244 @node Full Example
1245 @section A Full Example
1247 Let us consider the allocation problem of a Gaussian elimination, i.e. we want
1248 to distribute the various statement instances of the compute kernel onto
1249 different processors. The original code is the following:
1250 @example
1251 @group
1252 for (i=1;j<=N-1;i++) @{
1253   for (j=i+1;j<=N;j++) @{
1254     c[i][j] = a[j][i]/a[i][i] ;    /* S1 */
1255     for (k=i+1;k<=N;k++) @{
1256       a[j][k] -= c[i][j]*a[i][k] ; /* S2 */
1257     @}
1258   @}
1260 @end group
1261 @end example
1263 @noindent The best affine allocation functions can be found by any good automatic
1264 parallelizer like LooPo (@pxref{Gri04}):
1266 @tex
1268 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i)$\cr
1269                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k)$}$}
1271 @end tex
1273 @ifnottex
1274 @example
1275 @group
1276 T_S1(i,j)^T   = (i)
1277 T_S2(i,j,k)^T = (k)
1278 @end group
1279 @end example
1280 @end ifnottex
1282 @noindent To ensure that on each processor, the set of statement instances is
1283 executed according to the original ordering, we add as minor scattering
1284 dimensions the original scheduling (@pxref{Scattering}):
1286 @tex
1288 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0)^T$\cr
1289                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1291 @end tex
1293 @ifnottex
1294 @example
1295 @group
1296 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0)^T
1297 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1298 @end group
1299 @end example
1300 @end ifnottex
1302 @noindent To ensure that the scattering functions have the same dimensionality, we
1303 complete the first function with zeroes
1304 (this is a CLooG @value{VERSION} and previous versions requirement,
1305 it should be removed in a future version, don't worry it's absolutely legal !):
1307 @tex
1309 \hbox{$ \cases{ \theta _{S1}(i,j)^T    &$=  (i,0,i,0,j,0,0,0)^T$\cr
1310                 \theta _{S2}(i,j,k)^T  &$=  (k,0,i,0,j,1,k,0)^T$}$}
1312 @end tex
1314 @ifnottex
1315 @example
1316 @group
1317 T_S1(i,j)^T   = (i,0,i,0,j,0,0,0)^T
1318 T_S2(i,j,k)^T = (k,0,i,0,j,1,k,0)^T
1319 @end group
1320 @end example
1321 @end ifnottex
1323 @noindent The input file corresponding to this code generation problem
1324 could be (this file is provided in the CLooG distribution
1325 as @code{test/manual_gauss.cloog}:
1327 @example
1328 # ---------------------- CONTEXT ----------------------
1329 c # language is C
1331 # Context (no constraints on one parameter)
1332 1 3                     # 1 line and 3 columns    
1333 # eq/in n  1
1334     1   0  0            # 0 >= 0, always true
1336 1 # We want to set manually the parameter name
1337 n                       # parameter name
1339 # --------------------- STATEMENTS --------------------
1340 2 # Number of statements
1342 1 # First statement: one domain
1343 4 5                     # 4 lines and 3 columns
1344 # eq/in i  j  n  1
1345     1   1  0  0 -1      # i >= 1
1346     1  -1  0  1 -1      # i <= n-1
1347     1  -1  1  0 -1      # j >= i+1
1348     1   0 -1  1  0      # j <= n
1349 0  0  0                 # for future options
1352 # Second statement: one domain
1353 6 6                     # 6 lines and 3 columns
1354 # eq/in i  j  k  n  1
1355     1   1  0  0  0 -1   # i >= 1
1356     1  -1  0  0  1 -1   # i <= n-1
1357     1  -1  1  0  0 -1   # j >= i+1
1358     1   0 -1  0  1  0   # j <= n
1359     1  -1  0  1  0 -1   # k >= i+1
1360     1   0  0 -1  1  0   # k <= n
1361 0  0  0                 # for future options
1363 0 # We let CLooG set the iterator names
1365 # --------------------- SCATTERING --------------------
1366 2 # Scattering functions
1367 # First function
1368 8 13                    # 3 lines and 3 columns
1369 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  n  1
1370     0    1  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p1 = i
1371     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0     # p2 = 0
1372     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0     # p3 = i
1373     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0     # p4 = 0
1374     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0     # p5 = j
1375     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0     # p6 = 0
1376     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0     # p7 = 0
1377     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0     # p8 = 0
1378 # Second function
1379 8 14                    # 3 lines and 3 columns
1380 # eq/in p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8  i  j  k  n  1
1381     0    1  0  0  0  0  0  0  0  0  0 -1  0  0  # p1 = k
1382     0    0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p2 = 0
1383     0    0  0  1  0  0  0  0  0 -1  0  0  0  0  # p3 = i
1384     0    0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0  0  0  # p4 = 0
1385     0    0  0  0  0  1  0  0  0  0 -1  0  0  0  # p5 = j
1386     0    0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0 -1  # p6 = 1
1387     0    0  0  0  0  0  0  1  0  0  0 -1  0  0  # p7 = k
1388     0    0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  # p8 = 0
1390 1 # We want to set manually the scattering dimension names
1391 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 # scattering dimension names
1392 @end example
1394 Calling CLooG, with for instance the command line
1395 @code{cloog -fsp 2 gauss.cloog} for a better view
1396 of the allocation (the processor number is given by @code{p1}),
1397 will result on the following target code that actually implements
1398 the transformation. A minor processing on the dimension @code{p1}
1399 to implement, e.g., MPI calls, which is not shown here may
1400 result in dramatic speedups !
1402 @example
1403 if (n >= 2) @{
1404   p1 = 1 ;
1405   for (p5=2;p5<=n;p5++) @{
1406     S1(i = 1,j = p5) ;
1407   @}
1409 for (p1=2;p1<=n-1;p1++) @{
1410   for (p3=1;p3<=p1-1;p3++) @{
1411     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1412       S2(i = p3,j = p5,k = p1) ;
1413     @}
1414   @}
1415   for (p5=p1+1;p5<=n;p5++) @{
1416     S1(i = p1,j = p5) ;
1417   @}
1419 if (n >= 2) @{
1420   p1 = n ;
1421   for (p3=1;p3<=n-1;p3++) @{
1422     for (p5=p3+1;p5<=n;p5++) @{
1423       S2(i = p3,j = p5,k = n) ;
1424     @}
1425   @}
1427 @end example
1430 @c %/*************************************************************************
1431 @c % *                           A Full Example                              *
1432 @c % *************************************************************************/
1433 @node CLooG Library
1434 @chapter Using the CLooG Library
1435 The CLooG Library was implemented to allow the user to call CLooG
1436 directly from his programs, without file accesses or system calls. The
1437 user only needs to link his programs with C libraries. The CLooG
1438 library mainly provides one function (@code{cloog_clast_create_from_input})
1439 which takes as input the problem
1440 description with some options, and returns the data structure corresponding
1441 to the generated code (a @code{struct clast_stmt} structure)
1442 which is more or less an abstract syntax tree.
1443 The user can work with this data structure and/or use
1444 our pretty printing function to write the final code in either C or FORTRAN.
1445 Some other functions are provided for convenience reasons.
1446 These functions as well as the data structures are described in this section.
1448 @menu
1449 * CLooG Data Structures::
1450 * CLooG Output::
1451 * Example of Library Utilization::
1452 @end menu
1455 @node CLooG Data Structures
1456 @section CLooG Data Structures Description
1457 In this section, we describe the data structures used by the loop
1458 generator to represent and to process a code generation problem.
1460 @menu
1461 * CloogState::
1462 * CloogMatrix::
1463 * CloogDomain::
1464 * CloogScattering::
1465 * CloogUnionDomain::
1466 * CloogStatement::
1467 * CloogOptions::
1468 * CloogInput::
1469 @end menu
1472 @node CloogState
1473 @subsection CloogState
1474 @example
1475 @group
1476 CloogState *cloog_state_malloc(void);
1477 void cloog_state_free(CloogState *state);
1478 @end group
1479 @end example
1481 @noindent The @code{CloogState} structure is (implicitly) needed to perform
1482 any CLooG operation.  It should be created using @code{cloog_state_malloc}
1483 before any other CLooG objects are created and destroyed using
1484 @code{cloog_state_free} after all objects have been freed.
1485 It is allowed to use more than one @code{CloogState} structure at
1486 the same time, but an object created within the state of a one
1487 @code{CloogState} structure is not allowed to interact with an object
1488 created within the state of an other @code{CloogState} structure.
1491 @node CloogMatrix
1492 @subsection CloogMatrix
1494 @noindent The @code{CloogMatrix} structure is equivalent to the PolyLib
1495 @code{Matrix} data structure (@pxref{Wil93}). This structure is devoted to
1496 represent a set of constraints.
1498 @example
1499 @group
1500 struct cloogmatrix
1501 @{ unsigned NbRows ;    /* Number of rows. */
1502   unsigned NbColumns ; /* Number of columns. */
1503   cloog_int_t **p;     /* Array of pointers to the matrix rows. */
1504   cloog_int_t *p_Init; /* Matrix rows contiguously in memory. */
1506 typedef struct cloogmatrix CloogMatrix;
1508 CloogMatrix *cloog_matrix_alloc(unsigned NbRows, unsigned NbColumns);
1509 void cloog_matrix_print(FILE *foo, CloogMatrix *m);
1510 void cloog_matrix_free(CloogMatrix *matrix);
1511 @end group
1512 @end example
1514 @noindent The whole matrix is stored in memory row after row at the
1515 @code{p_Init} address. @code{p} is an array of pointers where
1516 @code{p[i]} points to the first element of the @math{i^{th}} row.
1517 @code{NbRows} and @code{NbColumns} are respectively the number of
1518 rows and columns of the matrix. 
1519 Each row corresponds to a constraint. The first element of each row is an
1520 equality/inequality tag. The
1521 constraint is an equality @math{p(x) = 0} if the first element is 0, but it is
1522 an inequality @math{p(x) \geq 0} if the first element is 1.
1523 The next elements are the coefficients of the unknowns,
1524 followed by the coefficients of the parameters, and finally the constant term.
1525 For instance, the following three constraints:
1527 @tex
1529 \hbox{$ \cases{ -i + m       &$= 0$\cr
1530                 -j + n       &$\geq 0$\cr
1531                  j + i - k   &$\geq 0$}$}
1533 @end tex
1535 @ifnottex
1536 @example
1537 @group
1538     -i + m  = 0
1539     -j + n >= 0
1540  i + j - k >= 0
1541 @end group
1542 @end example
1543 @end ifnottex
1545 @noindent would be represented by the following rows:
1547 @example
1548 @group
1549 # eq/in  i   j   k   m   n   cst
1550     0    0  -1   0   1   0    0 
1551     1   -1   0   0   0   1    0 
1552     1    1   1  -1   0   0    0 
1553 @end group
1554 @end example
1556 @noindent To be able to provide different precision version (CLooG
1557 supports 32 bits, 64 bits and arbitrary precision through the GMP library),
1558 the @code{cloog_int_t} type depends on the configuration options (it may be
1559 @code{long int} for 32 bits version, @code{long long int} for 64 bits version,
1560 and @code{mpz_t} for multiple precision version).
1562 @node CloogDomain
1563 @subsection CloogDomain
1564 @example
1565 @group
1566 CloogDomain *cloog_domain_union_read(CloogState *state,
1567                                      FILE *input, int nb_parameters);
1568 CloogDomain *cloog_domain_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1569                                     CloogMatrix *matrix, int nb_par);
1570 void cloog_domain_free(CloogDomain *domain);
1571 @end group
1572 @end example
1574 @noindent @code{CloogDomain} is an opaque type representing a polyhedral
1575 domain (a union of polyhedra).
1576 A @code{CloogDomain} can be read
1577 from a file using @code{cloog_domain_union_read} or
1578 converted from a @code{CloogMatrix}.
1579 The input format for @code{cloog_domain_union_read}
1580 is that of @ref{Domain Representation}.
1581 The function @code{cloog_domain_from_cloog_matrix} takes a @code{CloogState}, a
1582 @code{CloogMatrix} and @code{int} as input and returns a pointer to a
1583 @code{CloogDomain}. @code{matrix} describes the domain and @code{nb_par} is the
1584 number of parameters in this domain. The input data structures are neiter
1585 modified nor freed.
1586 The @code{CloogDomain} can be freed using @code{cloog_domain_free}.
1587 There are also some backend dependent functions for creating
1588 @code{CloogDomain}s.
1590 @menu
1591 * CloogDomain/PolyLib::
1592 * CloogDomain/isl::
1593 @end menu
1595 @node CloogDomain/PolyLib
1596 @subsubsection PolyLib
1598 @example
1599 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1600 CloogDomain *cloog_domain_from_polylib_polyhedron(CloogState *state,
1601                                         Polyhedron *, int nb_par);
1602 @end example
1603 @noindent
1604 The function @code{cloog_domain_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1605 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1606 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1607 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1609 @node CloogDomain/isl
1610 @subsubsection isl
1612 @example
1613 #include <cloog/isl/cloog.h>
1614 CloogDomain *cloog_domain_from_isl_set(struct isl_set *set);
1615 @end example
1616 @noindent
1617 The function @code{cloog_domain_from_isl_set} takes a
1618 @code{struct isl_set} as input and returns a pointer to a @code{CloogDomain}.
1619 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_set}.
1622 @node CloogScattering
1623 @subsection CloogScattering
1624 @example
1625 @group
1626 CloogScattering *cloog_domain_read_scattering(CloogDomain *domain,
1627                                               FILE *foo);
1628 CloogScattering *cloog_scattering_from_cloog_matrix(CloogState *state,
1629                          CloogMatrix *matrix, int nb_scat, int nb_par);
1630 void cloog_scattering_free(CloogScattering *);
1631 @end group
1632 @end example
1634 @noindent
1635 The @code{CloogScattering} type represents a scattering function.
1636 A @code{CloogScattering} for a given @code{CloogDomain} can be read
1637 from a file using @code{cloog_scattering_read} or converted
1638 from a @code{CloogMatrix} using @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix}.
1639 The function @code{cloog_scattering_from_cloog_matrix} takes a
1640 @code{CloogState}, a @code{CloogMatrix} and two @code{int}s as input and
1641 returns a
1642 pointer to a @code{CloogScattering}.
1643 @code{matrix} describes the scattering, while @code{nb_scat} and
1644 @code{nb_par} are the number of scattering dimensions and
1645 the number of parameters, respectively. The input data structures are
1646 neiter modified nor freed.
1647 A @code{CloogScattering} can be freed using @code{cloog_scattering_free}.
1648 There are also some backend dependent functions for creating
1649 @code{CloogScattering}s.
1651 @menu
1652 * CloogScattering/PolyLib::
1653 * CloogScattering/isl::
1654 @end menu
1656 @node CloogScattering/PolyLib
1657 @subsubsection PolyLib
1659 @example
1660 #include <cloog/polylib/cloog.h>
1661 CloogScattering *cloog_scattering_from_polylib_polyhedron(
1662         CloogState *state, Polyhedron *polyhedron, int nb_par);
1663 @end example
1664 @noindent
1665 The function @code{cloog_scattering_from_polylib_polyhedron} takes a PolyLib
1666 @code{Polyhedron} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1667 The @code{nb_par} parameter indicates the number of parameters
1668 in the domain.  The input data structure if neither modified nor freed.
1670 @node CloogScattering/isl
1671 @subsubsection isl
1673 @example
1674 #include <cloog/isl/cloog.h>
1675 CloogScattering *cloog_scattering_from_isl_map(struct isl_map *map);
1676 @end example
1677 @noindent
1678 The function @code{cloog_scattering_from_isl_map} takes a
1679 @code{struct isl_map} as input and returns a pointer to a @code{CloogScattering}.
1680 The outut dimensions of the @code{struct isl_map} correspond to the
1681 scattering dimensions, while the input dimensions correspond to the
1682 domain dimensions.
1683 The function consumes a reference to the given @code{struct isl_map}.
1686 @node CloogUnionDomain
1687 @subsection CloogUnionDomain
1688 @example
1689 @group
1690 enum cloog_dim_type @{ CLOOG_PARAM, CLOOG_ITER, CLOOG_SCAT @};
1692 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_alloc(int nb_par);
1693 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_add_domain(CloogUnionDomain *ud,
1694         const char *name, CloogDomain *domain,
1695         CloogScattering *scattering, void *usr);
1696 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_set_name(CloogUnionDomain *ud,
1697         enum cloog_dim_type type, int index, const char *name);
1698 void cloog_union_domain_free(CloogUnionDomain *ud);
1699 @end group
1700 @end example
1702 @noindent A @code{CloogUnionDomain} structure represents a union
1703 of scattered named domains.  A @code{CloogUnionDomain} is
1704 initialized by a call to @code{cloog_union_domain_alloc},
1705 after which domains can be added using @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1707 @code{cloog_union_domain_alloc} takes the number of parameters as input.
1708 @code{cloog_union_domain_add_domain} takes a previously created
1709 @code{CloogUnionDomain} as input along with an optional name,
1710 a domain, an optional scattering function and a user pointer.
1711 The name may be @code{NULL} and is duplicated if it is not.
1712 If no name is specified, then the statements will be named according
1713 to the order in which they were added.
1714 @code{domain} and @code{scattering} are taken over
1715 by the @code{CloogUnionDomain}.  @code{scattering} may be @code{NULL},
1716 but it must be consistently @code{NULL} or not over all calls
1717 to @code{cloog_union_domain_add_domain}.
1718 @code{cloog_union_domain_set_name} can be used to set the names
1719 of parameters, iterators and scattering dimensions.
1720 The names of iterators and scattering dimensions can only be set
1721 after all domains have been added.
1723 There is also a backend dependent function for creating
1724 @code{CloogUnionDomain}s.
1726 @menu
1727 * CloogUnionDomain/isl::
1728 @end menu
1730 @node CloogUnionDomain/isl
1731 @subsubsection isl
1733 @example
1734 #include <cloog/isl/cloog.h>
1735 CloogUnionDomain *cloog_union_domain_from_isl_union_map(
1736         __isl_take isl_union_map *umap);
1737 @end example
1738 @noindent
1739 The function @code{cloog_union_domain_from_isl_union_map} takes a
1740 @code{isl_union_map} as input and returns a pointer
1741 to a @code{CloogUnionDomain}.
1742 The input is a mapping from different
1743 spaces (different tuple names and possibly different dimensions)
1744 to a common space.  The iteration domains are set to the domains
1745 in each space.  The statement names are set to the names of the
1746 spaces.  The parameter names of the result are set to those of
1747 the input, but the iterator and scattering dimension names are
1748 left unspecified.
1749 The function consumes a reference to the given @code{isl_union_map}.
1752 @node CloogStatement
1753 @subsection CloogStatement
1754 @example
1755 @group
1756 struct cloogstatement
1757 @{ int number ;                  /* The statement unique number. */
1758   char *name;                   /* Name of the statement. */
1759   void * usr ;                  /* Pointer for user's convenience. */
1760   struct cloogstatement * next ;/* Next element of the linked list. */
1761 @} ;
1762 typedef struct cloogstatement CloogStatement ;
1764 CloogStatement *cloog_statement_malloc(CloogState *state);
1765 void cloog_statement_print(FILE *, CloogStatement *);
1766 void cloog_statement_free(CloogStatement *);
1767 @end group
1768 @end example
1770 @noindent The @code{CloogStatement} structure represents a @code{NULL}
1771 terminated linked
1772 list of statements. In CLooG, a statement is only defined by its unique
1773 number (@code{number}). The user can use the pointer @code{usr} for his
1774 own convenience to link his own statement representation to the
1775 corresponding @code{CloogStatement} structure. The whole management of the
1776 @code{usr} pointer is under the responsibility of the user, in particular,
1777 CLooG never tries to print, to allocate or to free a memory block pointed
1778 by @code{usr}. 
1782 @node CloogOptions
1783 @subsection CloogOptions
1784 @example
1785 @group
1786 struct cloogoptions
1787 @{ int l ;                     /* -l option.          */
1788   int f ;                     /* -f option.          */
1789   int strides ;               /* -strides option.    */
1790   int sh ;                    /* -sh option.         */
1791   int esp ;                   /* -esp option.        */
1792   int fsp ;                   /* -fsp option.        */
1793   int otl ;                   /* -otl option.        */
1794   int block ;                 /* -block option.      */
1795   int cpp ;                   /* -cpp option.        */
1796   int compilable ;            /* -compilable option. */
1797   int language;               /* LANGUAGE_C or LANGUAGE_FORTRAN */
1798 @} ;
1799 typedef struct cloogoptions CloogOptions ;
1801 CloogOptions *cloog_options_malloc(CloogState *state);
1802 void cloog_options_print(FILE *foo, CloogOptions *options);
1803 void cloog_options_free(CloogOptions *options);
1804 @end group
1805 @end example
1807 @noindent The @code{CloogOptions} structure contains all the possible options to
1808 rule CLooG's behaviour (@pxref{Calling CLooG}).
1809 As a reminder, the default values are:
1810 @itemize @bullet
1811 @item @math{l = -1} (optimize control until the innermost loops),
1812 @item @math{f = 1} (optimize control from the outermost loops),
1813 @item @math{strides = 0} (use only unit strides),
1814 @item @math{sh = 0} (do not simplify convex hulls),
1815 @item @math{esp = 1} (do not spread complex equalities),
1816 @item @math{fsp = 1} (start to spread from the first iterators),
1817 @item @math{otl = 1} (simplify loops running only once).
1818 @item @math{block = 0} (do not make statement blocks when not necessary).
1819 @item @math{cpp = 0} (do not generate a compilable part of code using preprocessor).
1820 @item @math{compilable = 0} (do not generate a compilable code).
1821 @end itemize 
1824 @node CloogInput
1825 @subsection CloogInput
1826 @example
1827 @group
1828 CloogInput *cloog_input_read(FILE *file, CloogOptions *options);
1829 CloogInput *cloog_input_alloc(CloogDomain *context,
1830                                 CloogUnionDomain *ud);
1831 void cloog_input_free(CloogInput *input);
1833 void cloog_input_dump_cloog(FILE *, CloogInput *, CloogOptions *);
1834 @end group
1835 @end example
1837 @noindent A @code{CloogInput} structure represents the input to CLooG.
1838 It is essentially a @code{CloogUnionDomain} along with a context
1839 @code{CloogDomain}.  A @code{CloogInput} can be created from
1840 a @code{CloogDomain} and a @code{CloogUnionDomains} using
1841 @code{cloog_input_alloc}, or it can be read from a CLooG input
1842 file using @code{cloog_input_read}.  The latter also modifies
1843 the @code{language} field of the @code{CloogOptions} structure.
1844 The constructed @code{CloogInput} can be used as input
1845 to a @code{cloog_clast_create_from_input} call.
1847 A @code{CloogInput} data structure and a @code{CloogOptions} contain
1848 the same information as a .cloog file. This function dumps the .cloog
1849 description of the given data structures into a file.
1851 @node Dump CLooG Input File Function
1852 @subsection Dump CLooG Input File Function
1853 @example
1854 @end example
1856 @node CLooG Output
1857 @section CLooG Output
1859 @noindent
1860 Given a description of the input,
1861 an AST corresponding to the @code{CloogInput} can be constructed
1862 using @code{cloog_clast_create_from_input} and destroyed using
1863 @code{free_clast_stmt}.
1864 @example
1865 struct clast_stmt *cloog_clast_create_from_input(CloogInput *input,
1866                                       CloogOptions *options);
1867 void free_clast_stmt(struct clast_stmt *s);
1868 @end example
1869 @noindent
1870 @code{clast_stmt} represents a linked list of ``statements''.
1871 @example
1872 struct clast_stmt @{
1873     const struct clast_stmt_op    *op;
1874     struct clast_stmt   *next;
1876 @end example
1877 @noindent
1878 The entries in the list are not of type @code{clast_stmt} itself,
1879 but of some larger type.  The following statement types are defined
1880 by CLooG.
1882 @example
1883 struct clast_root @{
1884     struct clast_stmt   stmt;
1885     CloogNames *        names;
1887 struct clast_root *new_clast_root(CloogNames *names);
1889 struct clast_assignment @{
1890     struct clast_stmt   stmt;
1891     const char *        LHS;
1892     struct clast_expr * RHS;
1894 struct clast_assignment *new_clast_assignment(const char *lhs,
1895                                               struct clast_expr *rhs);
1897 struct clast_block @{
1898     struct clast_stmt   stmt;
1899     struct clast_stmt * body;
1901 struct clast_block *new_clast_block(void);
1903 struct clast_user_stmt @{
1904     struct clast_stmt   stmt;
1905     CloogStatement *    statement;
1906     struct clast_stmt * substitutions;
1908 struct clast_user_stmt *new_clast_user_stmt(CloogStatement *stmt, 
1909                                             struct clast_stmt *subs);
1911 struct clast_for @{
1912     struct clast_stmt   stmt;
1913     const char *        iterator;
1914     struct clast_expr * LB;
1915     struct clast_expr * UB;
1916     cloog_int_t         stride;
1917     struct clast_stmt * body;
1919 struct clast_for *new_clast_for(const char *it, struct clast_expr *LB, 
1920                          struct clast_expr *UB, cloog_int_t stride);
1922 struct clast_guard @{
1923     struct clast_stmt   stmt;
1924     struct clast_stmt * then;
1925     int                 n;
1926     struct clast_equation       eq[1];
1928 struct clast_guard *new_clast_guard(int n);
1929 @end example
1930 @noindent
1931 The @code{clast_stmt} returned by @code{cloog_clast_create}
1932 is a @code{clast_root}.
1933 It contains a placeholder for all the variable names that appear
1934 in the AST and a (list of) nested statement(s).
1936 @noindent
1937 A @code{clast_assignment} assigns the value given by
1938 the @code{clast_expr} @code{RHS} to a variable named @code{LHS}.
1940 @noindent
1941 A @code{clast_block} groups a list of statements into one statement.
1942 These statements are only generated if the @code{block} option is set,
1943 @pxref{Statement Block} and @ref{CloogOptions}.
1945 @noindent
1946 A @code{clast_user_stmt} represents a call to a statement specified
1947 by the user, @pxref{CloogStatement}.
1948 @code{substitutions} is a list of @code{clast_assignment} statements
1949 assigning an expression in terms of the scattering dimensions to
1950 each of the original iterators in the original order.
1951 The @code{LHS}s of these assignments are left blank (@code{NULL}).
1953 @noindent
1954 A @code{clast_for} represents a for loop, iterating @code{body} for each
1955 value of @code{iterator} between @code{LB} and @code{UB} in steps
1956 of size @code{stride}.
1958 @noindent
1959 A @code{clast_guard} represents the guarded execution of the @code{then}
1960 (list of) statement(s) by a conjunction of @code{n} (in)equalities.
1961 Each (in)equality is represented by a @code{clast_equation}.
1962 @example
1963 struct clast_equation @{
1964     struct clast_expr * LHS;
1965     struct clast_expr * RHS;
1966     int                 sign;
1968 @end example
1969 @noindent
1970 The condition expressed by a @code{clast_equation} is
1971 @code{LHS <= RHS}, @code{LHS == RHS} or @code{LHS >= RHS}
1972 depending on whether @code{sign} is less than zero, equal
1973 to zero, or greater than zero.
1975 The dynamic type of a @code{clast_stmt} can be determined
1976 using the macro @code{CLAST_STMT_IS_A(stmt,type)},
1977 where @code{stmt} is a pointer to a @code{clast_stmt}
1978 and @code{type} is one of @code{stmt_root}, @code{stmt_ass},
1979 @code{stmt_user}, @code{stmt_block}, @code{stmt_for} or
1980 @code{stmt_guard}.
1981 Users are allowed to define their own statement types by
1982 assigning the @code{op} field of the statements a pointer
1983 to a @code{clast_stmt_op} structure.
1984 @example
1985 struct clast_stmt_op @{
1986     void (*free)(struct clast_stmt *);
1988 @end example
1989 @noindent
1990 The @code{free} field of this structure should point
1991 to a function that frees the user defined statement.
1993 @noindent
1994 A @code{clast_expr} can be an identifier, a term,
1995 a binary expression or a reduction.
1996 @example
1997 enum clast_expr_type @{
1998     clast_expr_name,
1999     clast_expr_term,
2000     clast_expr_bin,
2001     clast_expr_red
2003 struct clast_expr @{
2004     enum clast_expr_type type;
2006 void free_clast_expr(struct clast_expr *e);
2007 @end example
2009 @noindent
2010 Identifiers are of subtype @code{clast_name}.
2011 @example
2012 struct clast_name @{
2013     struct clast_expr   expr;
2014     const char *        name;
2016 struct clast_name *new_clast_name(const char *name);
2017 void free_clast_name(struct clast_name *t);
2018 @end example
2019 @noindent
2020 The character string pointed to by @code{name} is
2021 assumed to be part of the @code{CloogNames} structure
2022 in the root of the clast as is therefore not copied.
2024 @noindent
2025 Terms are of type @code{clast_term}.
2026 @example
2027 struct clast_term @{
2028     struct clast_expr   expr;
2029     cloog_int_t         val;
2030     struct clast_expr  *var;
2032 struct clast_term *new_clast_term(cloog_int_t c, struct clast_expr *v);
2033 void free_clast_term(struct clast_term *t);
2034 @end example
2035 @noindent
2036 If @code{var} is set to @code{NULL}, then the term represents
2037 the integer value @code{val}.  Otherwise, it represents
2038 the term @code{val * var}.
2039 @code{new_clast_term} simply copies the @code{v} pointer
2040 without copying the underlying @code{clast_expr}.
2041 @code{free_clast_term}, on the other hand, recursively frees
2042 @code{var}.
2044 @noindent
2045 Binary expressions are of type @code{clast_bin_type} and
2046 represent either the floor of a division (fdiv),
2047 the ceil of a division (cdiv), an exact division or
2048 the remainder of an fdiv.
2049 @example
2050 enum clast_bin_type @{ clast_bin_fdiv, clast_bin_cdiv, 
2051                       clast_bin_div, clast_bin_mod @};
2052 struct clast_binary @{
2053     struct clast_expr   expr;
2054     enum clast_bin_type type;
2055     struct clast_expr*  LHS;
2056     cloog_int_t         RHS;
2058 struct clast_binary *new_clast_binary(enum clast_bin_type t, 
2059                           struct clast_expr *lhs, cloog_int_t rhs);
2060 void free_clast_binary(struct clast_binary *b);
2061 @end example
2063 @noindent
2064 Reductions are of type @code{clast_reduction} and
2065 can represent either the sum, the minimum or the maximum
2066 of its elements.
2067 @example
2068 enum clast_red_type @{ clast_red_sum, clast_red_min, clast_red_max @};
2069 struct clast_reduction @{
2070     struct clast_expr   expr;
2071     enum clast_red_type type;
2072     int                 n;
2073     struct clast_expr*  elts[1];
2075 struct clast_reduction *new_clast_reduction(enum clast_red_type t,
2076                                             int n);
2077 void free_clast_reduction(struct clast_reduction *r);
2078 @end example
2081 @node Example of Library Utilization
2082 @section Example of Library Utilization
2083 Here is a basic example showing how it is possible to use the CLooG library,
2084 assuming that a standard installation has been done.
2085 The following C program reads a CLooG input file on the standard input,
2086 then prints the solution on the standard output.
2087 Options are preselected to the default values of the CLooG software.
2088 This example is provided in the @code{example} directory of the
2089 CLooG distribution.
2090 @example
2091 /* example.c */
2092 # include <stdio.h>
2093 # include <cloog/cloog.h>
2095 int main()
2097   CloogState *state;
2098   CloogInput *input;
2099   CloogOptions * options ;
2100   struct clast_stmt *root;
2101   
2102   /* Setting options and reading program informations. */
2103   state = cloog_state_malloc();
2104   options = cloog_options_malloc(state);
2105   input = cloog_input_read(stdin, options);
2107   /* Generating and printing the code. */
2108   root = cloog_clast_create_from_input(input, options);
2109   clast_pprint(stdout, root, 0, options);
2111   cloog_clast_free(root);
2112   cloog_options_free(options) ;
2113   cloog_state_free(state);
2114   return 0;
2116 @end example
2118 @noindent The compilation command could be:
2119 @example
2120 gcc example.c -lcloog -o example
2121 @end example
2122 @noindent A calling command with the input file test.cloog could be:
2123 @example
2124 more test.cloog | ./example
2125 @end example
2128 @c %  ******************************** HACKING *********************************
2129 @c @node Hacking
2130 @c @chapter Hacking CLooG
2132 @c @menu
2133 @c * Program organization::
2134 @c * Special Options::
2135 @c * CLooG Coding Standards::
2136 @c @end menu
2138 @c @node Program organization
2139 @c @section Program organization
2141 @c @node Special Options
2142 @c @section Special Options
2144 @c @node CLooG Coding Standards
2145 @c @section CLooG Coding Standards
2148 @c %  ****************************** INSTALLING ********************************
2149 @node Installing
2150 @chapter Installing CLooG
2152 @menu
2153 * License::
2154 * Requirements::
2155 * Basic Installation::
2156 * Optional Features::
2157 * Uninstallation::
2158 @end menu
2160 @node License
2161 @section License
2162 First of all, it would be very kind to refer the following paper in any
2163 publication that result from the use of the CLooG software or its library,
2164 @pxref{Bas04} (a bibtex entry is provided behind the title page of this
2165 manual, along with copyright notice, and in the CLooG home
2166 @code{http://www.CLooG.org}.
2168 This library is free software; you can redistribute it and/or
2169 modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
2170 License as published by the Free Software Foundation; either
2171 version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
2172 This library is distributed in the hope that it will be useful,
2173 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
2174 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
2175 Lesser General Public License for more details.
2176 @code{http://www.gnu.org/licenses/lgpl-2.1.html}
2178 Note, though, that if you link CLooG against a GPL library such
2179 as the PolyLib backend, then the combination becomes GPL too.
2180 In particular, a CLooG library based on the PolyLib backend
2181 is GPL version 2 only.
2182 Since the isl backend is LGPL, linking against it does not affect
2183 the license of CLooG.
2186 @node Requirements
2187 @section Requirements
2189 CLooG can be used with one of two possible backends,
2190 one using isl and one using PolyLib.
2191 The isl library is included in the CLooG distribution,
2192 while the PolyLib library needs to be obtained separately.
2193 On the other hand, isl requires GMP, while PolyLib can be
2194 compiled with or without the use of GMP.
2195 The user therefore needs to install at least one of
2196 PolyLib or GMP.
2198 @menu
2199 * PolyLib::
2200 * GMP Library::
2201 @end menu
2204 @node PolyLib
2205 @subsection PolyLib (optional)
2206 To successfully install CLooG with the PolyLib backend,
2207 the user first needs to install PolyLib
2208 version 5.22.1 or above (default 64 bits version is satisfying
2209 as well as 32 bits or GMP multiple precision version).
2210 Polylib can be downloaded freely
2211 at @code{http://icps.u-strasbg.fr/PolyLib/} or
2212 @code{http://www.irisa.fr/polylib/}. Once downloaded and unpacked
2213 (e.g. using the @samp{tar -zxvf polylib-5.22.3.tar.gz} command),
2214 the user can compile
2215 it by typing the following commands on the PolyLib's root directory:
2217 @itemize @bullet
2218 @item @code{./configure}
2219 @item @code{make}
2220 @item And as root: @code{make install}
2221 @end itemize
2223 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2224 git repository:
2225 @itemize @bullet
2226 @item @code{git clone git://repo.or.cz/polylib.git}
2227 @item @code{cd polylib}
2228 @item @code{./autogen.sh}
2229 @item @code{./configure}
2230 @item @code{make}
2231 @item And as root: @code{make install}
2232 @end itemize
2234 The PolyLib default installation is @code{/usr/local}. This directory may
2235 not be inside your library path. To fix the problem, the user should set
2236 @example
2237 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2238 @end example
2239 @noindent if your shell is, e.g., bash or
2240 @example
2241 setenv LD_LIBRARY_PATH $LD_LIBRARY_PATH:/usr/local/lib
2242 @end example
2243 @noindent if your shell is, e.g., tcsh. Add the line to your .bashrc or .tcshrc (or
2244 whatever convenient file) to make this change permanent. Another solution
2245 is to ask PolyLib to install in the standard path by using the prefix
2246 option of the configure script:
2247 @samp{./configure --prefix=/usr}.
2249 CLooG makes intensive calls to polyhedral operations, and PolyLib
2250 functions do the job. Polylib is a free library written in C for the
2251 manipulation of polyhedra. The library is operating on objects like
2252 vectors, matrices, lattices, polyhedra, Z-polyhedra, unions of
2253 polyhedra and a lot of other intermediary structures. It provides
2254 functions for all the important operations on these structures. 
2256 @node GMP Library
2257 @subsection GMP Library (optional)
2259 To be able to deal with insanely large coefficient, the user will need to
2260 install the GNU Multiple Precision Library (GMP for short) version 4.1.4
2261 or above. It can be freely downloaded from @code{http://www.swox.com/gmp}.
2262 Note that the isl backend currently requires GMP.
2263 The user can compile GMP by typing the following commands on the GMP root
2264 directory:
2266 @itemize @bullet
2267 @item @code{./configure}
2268 @item @code{make}
2269 @item And as root: @code{make install}
2270 @end itemize
2272 The GMP default installation is @code{/usr/local}, the same method to
2273 fix a library path problem applies as with PolyLib (@pxref{PolyLib}).
2275 If you want to use the PolyLib backend, then
2276 PolyLib has to be built using the GMP library by specifying the option
2277 @samp{--with-libgmp=PATH_TO_GMP} to the PolyLib configure script
2278 (where @code{PATH_TO_GMP} is @code{/usr/local} if you did not change the GMP
2279 installation directory). Then you have to set the convenient CLooG configure
2280 script options to build the GMP version (@pxref{Optional Features}).
2283 @node Basic Installation
2284 @section CLooG Basic Installation
2286 Once downloaded and unpacked
2287 (e.g. using the @samp{tar -zxvf cloog-@value{VERSION}.tar.gz} command),
2288 you can compile CLooG by typing the following commands on the CLooG's root
2289 directory:
2291 @itemize @bullet
2292 @item @code{./configure}
2293 @item @code{make}
2294 @item And as root: @code{make install}
2295 @end itemize
2297 Alternatively, the latest development version can be obtained from the
2298 git repository:
2299 @itemize @bullet
2300 @item @code{git clone git://repo.or.cz/cloog.git}
2301 @item @code{cd cloog}
2302 @item @code{./get_submodules.sh}
2303 @item @code{./autogen.sh}
2304 @item @code{./configure}
2305 @item @code{make}
2306 @item And as root: @code{make install}
2307 @end itemize
2309 Depending on which backend you want to use and where they
2310 are located, you may need to pass some
2311 options to the configure script, @pxref{Optional Features}.
2313 The program binaries and object files can be removed from the
2314 source code directory by typing @code{make clean}. To also remove the
2315 files that the @code{configure} script created (so you can compile the
2316 package for a different kind of computer) type @code{make distclean}.
2318 Both the CLooG software and library have been successfully compiled
2319 on the following systems:
2320 @itemize @bullet
2321 @item PC's under Linux, with the @code{gcc} compiler,
2322 @item PC's under Windows (Cygwin), with the @code{gcc} compiler,
2323 @item Sparc and UltraSparc Stations, with the @code{gcc} compiler.
2324 @end itemize
2326 @node Optional Features 
2327 @section Optional Features  
2328 The @code{configure} shell script attempts to guess correct values for
2329 various system-dependent variables and user options used during compilation.
2330 It uses those values to create the @code{Makefile}. Various user options
2331 are provided by the CLooG's configure script. They are summarized in the
2332 following list and may be printed by typing @code{./configure --help} in the
2333 CLooG top-level directory.
2335 @itemize @bullet
2336 @item By default, the installation directory is @code{/usr/local}:
2337 @code{make install} will install the package's files in
2338 @code{/usr/local/bin}, @code{/usr/local/lib} and @code{/usr/local/include}.
2339 The user can specify an installation prefix other than @code{/usr/local} by
2340 giving @code{configure} the option @code{--prefix=PATH}.
2342 @item By default, the isl backend will use the version of isl
2343 that is @code{bundled} together with CLooG.
2344 Using the @code{--with-isl} option of @code{configure}
2345 the user can specify that @code{no} isl,
2346 a previously installed (@code{system}) isl or a @code{build} isl
2347 should be used.
2348 In the latter case, the user should also specify the build location
2349 using @code{--with-isl-builddir=PATH}.
2350 In case of an installed isl,
2351 the installation location can be specified using the
2352 @code{--with-isl-prefix=PATH} and
2353 @code{--with-isl-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2355 @item By default, the PolyLib backend will use an installed
2356 (@code{system}) PolyLib, if any.
2357 The installation location can be specified using the
2358 @code{--with-polylib-prefix=PATH} and
2359 @code{--with-polylib-exec-prefix=PATH} options of @code{configure}.
2360 Using the @code{--with-polylib} option of @code{configure}
2361 the user can specify that @code{no} PolyLib or a @code{build} PolyLib
2362 should be used.
2363 In the latter case, the user should also specify the build location
2364 using @code{--with-polylib-builddir=PATH}.
2366 @item By default, the PolyLib backend of CLooG is built
2367 in 64bits version if such version of the
2368 PolyLib is found by @code{configure}. If the only existing version of the
2369 PolyLib is the 32bits or if the user give to @code{configure} the option
2370 @code{--with-bits=32}, the 32bits version of CLooG will be compiled. In the
2371 same way, the option @code{--with-bits=gmp} have to be used to build
2372 the multiple precision version.
2374 @item By default, @code{configure} will look for the GMP library
2375 (necessary to build the multiple precision version) in standard
2376 locations. If necessary, the user can specify the GMP path by giving
2377 @code{configure} the option @code{--with-gmp-prefix=PATH} and/or
2378 @code{--with-gmp-exec-prefix=PATH}.
2379 @end itemize
2381 @node Uninstallation 
2382 @section Uninstallation  
2383 The user can easily remove the CLooG software and library from his system
2384 by typing (as root if necessary) from the CLooG top-level directory
2385 @code{make uninstall}.
2387 @c %  **************************** DOCUMENTATION ******************************
2388 @node Documentation
2389 @chapter Documentation
2390 The CLooG distribution provides several documentation sources. First, the
2391 source code itself is as documented as possible. The code comments use a
2392 Doxygen-compatible presentation (something similar to what JavaDoc does for
2393 JAVA). The user may install Doxygen
2394 (see @code{http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen}) to automatically
2395 generate a technical documentation by typing @code{make doc} or
2396 @code{doxygen ./autoconf/Doxyfile} at the CLooG top-level directory after
2397 running the configure script (@pxref{Installing}). Doxygen will generate
2398 documentation sources (in HTML, LaTeX and man) in the @code{doc/source}
2399 directory of the CLooG distribution.
2401 The Texinfo sources of the present document are also provided in the @code{doc}
2402 directory. You can build it in either DVI format (by typing
2403 @code{texi2dvi cloog.texi}) or PDF format
2404 (by typing @code{texi2pdf cloog.texi}) or HTML format
2405 (by typing @code{makeinfo --html cloog.texi}, using @code{--no-split}
2406 option to generate a single HTML file) or info format
2407 (by typing @code{makeinfo cloog.texi}).
2409 @c %  ****************************** REFERENCES ********************************
2410 @node References
2411 @chapter References
2413 @itemize
2414 @item
2415 @anchor{Bas03a}[Bas03a] C. Bastoul, P. Feautrier. Improving data locality
2416 by chunking. CC'12 International Conference on Compiler Construction,
2417 LNCS 2622, pages 320-335, Warsaw, april 2003. 
2419 @item
2420 @anchor{Bas03b}[Bas03b] C. Bastoul. Efficient code generation for automatic
2421 parallelization and optimization. ISPDC'03 IEEE International Symposium on
2422 Parallel and Distributed Computing, pages 23-30, Ljubljana, october 2003. 
2424 @item
2425 @anchor{Bas04}[Bas04] C. Bastoul. Code Generation in the Polyhedral Model
2426 Is Easier Than You Think. PACT'13 IEEE International Conference on Parallel
2427 Architecture and Compilation Techniques, pages 7-16, Juan-les-Pins,
2428 september 2004.
2430 @item
2431 @anchor{Fea92}[Fea92] P. Feautrier Some efficient solutions to the affine
2432 scheduling problem, part II: multidimensional time.
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2435 @item
2436 @anchor{Gri04}[Gri04] M. Griebl. Automatic parallelization of loop programs
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2439 @emph{http://www.infosun.fmi.uni-passau.de/cl/loopo/}
2441 @item
2442 @anchor{Qui00}[Qui00] F. Quiller@'e, S. Rajopadhye, and D. Wilde.
2443 Generation of efficient nested loops from polyhedra.
2444 International Journal of Parallel Programming, 28(5):469-498,
2445 october 2000.
2447 @item
2448 @anchor{Wil93}[Wil93] Doran K. Wilde.
2449 A library for doing polyhedral operations.
2450 Technical Report 785, IRISA, Rennes, France, 1993.
2452 @end itemize
2457 @c % /*************************************************************************
2458 @c %  *                       PART VI: END OF THE DOCUMENT                    *
2459 @c %  *************************************************************************/
2460 @c @unnumbered Index
2461      
2462 @c @printindex cp
2463      
2464 @bye