RISC-V: Enable vectorization for vect-early-break_124-pr114403.c
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1 @c Copyright (C) 2006-2024 Free Software Foundation, Inc.
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6 @c ---------------------------------------------------------------------
7 @c Loop Representation
8 @c ---------------------------------------------------------------------
10 @node Loop Analysis and Representation
11 @chapter Analysis and Representation of Loops
13 GCC provides extensive infrastructure for work with natural loops, i.e.,
14 strongly connected components of CFG with only one entry block.  This
15 chapter describes representation of loops in GCC, both on GIMPLE and in
16 RTL, as well as the interfaces to loop-related analyses (induction
17 variable analysis and number of iterations analysis).
19 @menu
20 * Loop representation::         Representation and analysis of loops.
21 * Loop querying::               Getting information about loops.
22 * Loop manipulation::           Loop manipulation functions.
23 * LCSSA::                       Loop-closed SSA form.
24 * Scalar evolutions::           Induction variables on GIMPLE.
25 * loop-iv::                     Induction variables on RTL.
26 * Number of iterations::        Number of iterations analysis.
27 * Dependency analysis::         Data dependency analysis.
28 @end menu
30 @node Loop representation
31 @section Loop representation
32 @cindex Loop representation
33 @cindex Loop analysis
35 This chapter describes the representation of loops in GCC, and functions
36 that can be used to build, modify and analyze this representation.  Most
37 of the interfaces and data structures are declared in @file{cfgloop.h}.
38 Loop structures are analyzed and this information disposed or updated
39 at the discretion of individual passes.  Still most of the generic
40 CFG manipulation routines are aware of loop structures and try to
41 keep them up-to-date.  By this means an increasing part of the
42 compilation pipeline is setup to maintain loop structure across
43 passes to allow attaching meta information to individual loops
44 for consumption by later passes.
46 In general, a natural loop has one entry block (header) and possibly
47 several back edges (latches) leading to the header from the inside of
48 the loop.  Loops with several latches may appear if several loops share
49 a single header, or if there is a branching in the middle of the loop.
50 The representation of loops in GCC however allows only loops with a
51 single latch.  During loop analysis, headers of such loops are split and
52 forwarder blocks are created in order to disambiguate their structures.
53 Heuristic based on profile information and structure of the induction
54 variables in the loops is used to determine whether the latches
55 correspond to sub-loops or to control flow in a single loop.  This means
56 that the analysis sometimes changes the CFG, and if you run it in the
57 middle of an optimization pass, you must be able to deal with the new
58 blocks.  You may avoid CFG changes by passing
59 @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES} flag to the loop discovery,
60 note however that most other loop manipulation functions will not work
61 correctly for loops with multiple latch edges (the functions that only
62 query membership of blocks to loops and subloop relationships, or
63 enumerate and test loop exits, can be expected to work).
65 Body of the loop is the set of blocks that are dominated by its header,
66 and reachable from its latch against the direction of edges in CFG@.  The
67 loops are organized in a containment hierarchy (tree) such that all the
68 loops immediately contained inside loop L are the children of L in the
69 tree.  This tree is represented by the @code{struct loops} structure.
70 The root of this tree is a fake loop that contains all blocks in the
71 function.  Each of the loops is represented in a @code{struct loop}
72 structure.  Each loop is assigned an index (@code{num} field of the
73 @code{struct loop} structure), and the pointer to the loop is stored in
74 the corresponding field of the @code{larray} vector in the loops
75 structure.  The indices do not have to be continuous, there may be
76 empty (@code{NULL}) entries in the @code{larray} created by deleting
77 loops.  Also, there is no guarantee on the relative order of a loop
78 and its subloops in the numbering.  The index of a loop never changes.
80 The entries of the @code{larray} field should not be accessed directly.
81 The function @code{get_loop} returns the loop description for a loop with
82 the given index.  @code{number_of_loops} function returns number of loops
83 in the function.  To traverse all loops, use a range-based for loop with
84 class @code{loops_list} instance. The @code{flags} argument passed to the
85 constructor function of class @code{loops_list} is used to determine the
86 direction of traversal and the set of loops visited.  Each loop is
87 guaranteed to be visited exactly once, regardless of the changes to the
88 loop tree, and the loops may be removed during the traversal.  The newly
89 created loops are never traversed, if they need to be visited, this must
90 be done separately after their creation.
92 Each basic block contains the reference to the innermost loop it belongs
93 to (@code{loop_father}).  For this reason, it is only possible to have
94 one @code{struct loops} structure initialized at the same time for each
95 CFG@.  The global variable @code{current_loops} contains the
96 @code{struct loops} structure.  Many of the loop manipulation functions
97 assume that dominance information is up-to-date.
99 The loops are analyzed through @code{loop_optimizer_init} function.  The
100 argument of this function is a set of flags represented in an integer
101 bitmask.  These flags specify what other properties of the loop
102 structures should be calculated/enforced and preserved later:
104 @itemize
105 @item @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES}: If this flag is set, no
106 changes to CFG will be performed in the loop analysis, in particular,
107 loops with multiple latch edges will not be disambiguated.  If a loop
108 has multiple latches, its latch block is set to NULL@.  Most of
109 the loop manipulation functions will not work for loops in this shape.
110 No other flags that require CFG changes can be passed to
111 loop_optimizer_init.
112 @item @code{LOOPS_HAVE_PREHEADERS}: Forwarder blocks are created in such
113 a way that each loop has only one entry edge, and additionally, the
114 source block of this entry edge has only one successor.  This creates a
115 natural place where the code can be moved out of the loop, and ensures
116 that the entry edge of the loop leads from its immediate super-loop.
117 @item @code{LOOPS_HAVE_SIMPLE_LATCHES}: Forwarder blocks are created to
118 force the latch block of each loop to have only one successor.  This
119 ensures that the latch of the loop does not belong to any of its
120 sub-loops, and makes manipulation with the loops significantly easier.
121 Most of the loop manipulation functions assume that the loops are in
122 this shape.  Note that with this flag, the ``normal'' loop without any
123 control flow inside and with one exit consists of two basic blocks.
124 @item @code{LOOPS_HAVE_MARKED_IRREDUCIBLE_REGIONS}: Basic blocks and
125 edges in the strongly connected components that are not natural loops
126 (have more than one entry block) are marked with
127 @code{BB_IRREDUCIBLE_LOOP} and @code{EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP} flags.  The
128 flag is not set for blocks and edges that belong to natural loops that
129 are in such an irreducible region (but it is set for the entry and exit
130 edges of such a loop, if they lead to/from this region).
131 @item @code{LOOPS_HAVE_RECORDED_EXITS}: The lists of exits are recorded
132 and updated for each loop.  This makes some functions (e.g.,
133 @code{get_loop_exit_edges}) more efficient.  Some functions (e.g.,
134 @code{single_exit}) can be used only if the lists of exits are
135 recorded.
136 @end itemize
138 These properties may also be computed/enforced later, using functions
139 @code{create_preheaders}, @code{force_single_succ_latches},
140 @code{mark_irreducible_loops} and @code{record_loop_exits}.
141 The properties can be queried using @code{loops_state_satisfies_p}.
143 The memory occupied by the loops structures should be freed with
144 @code{loop_optimizer_finalize} function.  When loop structures are
145 setup to be preserved across passes this function reduces the
146 information to be kept up-to-date to a minimum (only
147 @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES} set).
149 The CFG manipulation functions in general do not update loop structures.
150 Specialized versions that additionally do so are provided for the most
151 common tasks.  On GIMPLE, @code{cleanup_tree_cfg_loop} function can be
152 used to cleanup CFG while updating the loops structures if
153 @code{current_loops} is set.
155 At the moment loop structure is preserved from the start of GIMPLE
156 loop optimizations until the end of RTL loop optimizations.  During
157 this time a loop can be tracked by its @code{struct loop} and number.
159 @node Loop querying
160 @section Loop querying
161 @cindex Loop querying
163 The functions to query the information about loops are declared in
164 @file{cfgloop.h}.  Some of the information can be taken directly from
165 the structures.  @code{loop_father} field of each basic block contains
166 the innermost loop to that the block belongs.  The most useful fields of
167 loop structure (that are kept up-to-date at all times) are:
169 @itemize
170 @item @code{header}, @code{latch}: Header and latch basic blocks of the
171 loop.
172 @item @code{num_nodes}: Number of basic blocks in the loop (including
173 the basic blocks of the sub-loops).
174 @item @code{outer}, @code{inner}, @code{next}: The super-loop, the first
175 sub-loop, and the sibling of the loop in the loops tree.
176 @end itemize
178 There are other fields in the loop structures, many of them used only by
179 some of the passes, or not updated during CFG changes; in general, they
180 should not be accessed directly.
182 The most important functions to query loop structures are:
184 @itemize
185 @item @code{loop_depth}: The depth of the loop in the loops tree, i.e., the
186 number of super-loops of the loop.
187 @item @code{flow_loops_dump}: Dumps the information about loops to a
188 file.
189 @item @code{verify_loop_structure}: Checks consistency of the loop
190 structures.
191 @item @code{loop_latch_edge}: Returns the latch edge of a loop.
192 @item @code{loop_preheader_edge}: If loops have preheaders, returns
193 the preheader edge of a loop.
194 @item @code{flow_loop_nested_p}: Tests whether loop is a sub-loop of
195 another loop.
196 @item @code{flow_bb_inside_loop_p}: Tests whether a basic block belongs
197 to a loop (including its sub-loops).
198 @item @code{find_common_loop}: Finds the common super-loop of two loops.
199 @item @code{superloop_at_depth}: Returns the super-loop of a loop with
200 the given depth.
201 @item @code{tree_num_loop_insns}, @code{num_loop_insns}: Estimates the
202 number of insns in the loop, on GIMPLE and on RTL.
203 @item @code{loop_exit_edge_p}: Tests whether edge is an exit from a
204 loop.
205 @item @code{mark_loop_exit_edges}: Marks all exit edges of all loops
206 with @code{EDGE_LOOP_EXIT} flag.
207 @item @code{get_loop_body}, @code{get_loop_body_in_dom_order},
208 @code{get_loop_body_in_bfs_order}: Enumerates the basic blocks in the
209 loop in depth-first search order in reversed CFG, ordered by dominance
210 relation, and breath-first search order, respectively.
211 @item @code{single_exit}: Returns the single exit edge of the loop, or
212 @code{NULL} if the loop has more than one exit.  You can only use this
213 function if @code{LOOPS_HAVE_RECORDED_EXITS} is used.
214 @item @code{get_loop_exit_edges}: Enumerates the exit edges of a loop.
215 @item @code{just_once_each_iteration_p}: Returns true if the basic block
216 is executed exactly once during each iteration of a loop (that is, it
217 does not belong to a sub-loop, and it dominates the latch of the loop).
218 @end itemize
220 @node Loop manipulation
221 @section Loop manipulation
222 @cindex Loop manipulation
224 The loops tree can be manipulated using the following functions:
226 @itemize
227 @item @code{flow_loop_tree_node_add}: Adds a node to the tree.
228 @item @code{flow_loop_tree_node_remove}: Removes a node from the tree.
229 @item @code{add_bb_to_loop}: Adds a basic block to a loop.
230 @item @code{remove_bb_from_loops}: Removes a basic block from loops.
231 @end itemize
233 Most low-level CFG functions update loops automatically.  The following
234 functions handle some more complicated cases of CFG manipulations:
236 @itemize
237 @item @code{remove_path}: Removes an edge and all blocks it dominates.
238 @item @code{split_loop_exit_edge}: Splits exit edge of the loop,
239 ensuring that PHI node arguments remain in the loop (this ensures that
240 loop-closed SSA form is preserved).  Only useful on GIMPLE.
241 @end itemize
243 Finally, there are some higher-level loop transformations implemented.
244 While some of them are written so that they should work on non-innermost
245 loops, they are mostly untested in that case, and at the moment, they
246 are only reliable for the innermost loops:
248 @itemize
249 @item @code{create_iv}: Creates a new induction variable.  Only works on
250 GIMPLE@.  @code{standard_iv_increment_position} can be used to find a
251 suitable place for the iv increment.
252 @item @code{duplicate_loop_body_to_header_edge},
253 @code{tree_duplicate_loop_body_to_header_edge}: These functions (on RTL and
254 on GIMPLE) duplicate the body of the loop prescribed number of times on
255 one of the edges entering loop header, thus performing either loop
256 unrolling or loop peeling.  @code{can_duplicate_loop_p}
257 (@code{can_unroll_loop_p} on GIMPLE) must be true for the duplicated
258 loop.
259 @item @code{loop_version}: This function creates a copy of a loop, and
260 a branch before them that selects one of them depending on the
261 prescribed condition.  This is useful for optimizations that need to
262 verify some assumptions in runtime (one of the copies of the loop is
263 usually left unchanged, while the other one is transformed in some way).
264 @item @code{tree_unroll_loop}: Unrolls the loop, including peeling the
265 extra iterations to make the number of iterations divisible by unroll
266 factor, updating the exit condition, and removing the exits that now
267 cannot be taken.  Works only on GIMPLE.
268 @end itemize
270 @node LCSSA
271 @section Loop-closed SSA form
272 @cindex LCSSA
273 @cindex Loop-closed SSA form
275 Throughout the loop optimizations on tree level, one extra condition is
276 enforced on the SSA form:  No SSA name is used outside of the loop in
277 that it is defined.  The SSA form satisfying this condition is called
278 ``loop-closed SSA form'' -- LCSSA@.  To enforce LCSSA, PHI nodes must be
279 created at the exits of the loops for the SSA names that are used
280 outside of them.  Only the real operands (not virtual SSA names) are
281 held in LCSSA, in order to save memory.
283 There are various benefits of LCSSA:
285 @itemize
286 @item Many optimizations (value range analysis, final value
287 replacement) are interested in the values that are defined in the loop
288 and used outside of it, i.e., exactly those for that we create new PHI
289 nodes.
290 @item In induction variable analysis, it is not necessary to specify the
291 loop in that the analysis should be performed -- the scalar evolution
292 analysis always returns the results with respect to the loop in that the
293 SSA name is defined.
294 @item It makes updating of SSA form during loop transformations simpler.
295 Without LCSSA, operations like loop unrolling may force creation of PHI
296 nodes arbitrarily far from the loop, while in LCSSA, the SSA form can be
297 updated locally.  However, since we only keep real operands in LCSSA, we
298 cannot use this advantage (we could have local updating of real
299 operands, but it is not much more efficient than to use generic SSA form
300 updating for it as well; the amount of changes to SSA is the same).
301 @end itemize
303 However, it also means LCSSA must be updated.  This is usually
304 straightforward, unless you create a new value in loop and use it
305 outside, or unless you manipulate loop exit edges (functions are
306 provided to make these manipulations simple).
307 @code{rewrite_into_loop_closed_ssa} is used to rewrite SSA form to
308 LCSSA, and @code{verify_loop_closed_ssa} to check that the invariant of
309 LCSSA is preserved.
311 @node Scalar evolutions
312 @section Scalar evolutions
313 @cindex Scalar evolutions
314 @cindex IV analysis on GIMPLE
316 Scalar evolutions (SCEV) are used to represent results of induction
317 variable analysis on GIMPLE@.  They enable us to represent variables with
318 complicated behavior in a simple and consistent way (we only use it to
319 express values of polynomial induction variables, but it is possible to
320 extend it).  The interfaces to SCEV analysis are declared in
321 @file{tree-scalar-evolution.h}.  To use scalar evolutions analysis,
322 @code{scev_initialize} must be used.  To stop using SCEV,
323 @code{scev_finalize} should be used.  SCEV analysis caches results in
324 order to save time and memory.  This cache however is made invalid by
325 most of the loop transformations, including removal of code.  If such a
326 transformation is performed, @code{scev_reset} must be called to clean
327 the caches.
329 Given an SSA name, its behavior in loops can be analyzed using the
330 @code{analyze_scalar_evolution} function.  The returned SCEV however
331 does not have to be fully analyzed and it may contain references to
332 other SSA names defined in the loop.  To resolve these (potentially
333 recursive) references, @code{instantiate_parameters} or
334 @code{resolve_mixers} functions must be used.
335 @code{instantiate_parameters} is useful when you use the results of SCEV
336 only for some analysis, and when you work with whole nest of loops at
337 once.  It will try replacing all SSA names by their SCEV in all loops,
338 including the super-loops of the current loop, thus providing a complete
339 information about the behavior of the variable in the loop nest.
340 @code{resolve_mixers} is useful if you work with only one loop at a
341 time, and if you possibly need to create code based on the value of the
342 induction variable.  It will only resolve the SSA names defined in the
343 current loop, leaving the SSA names defined outside unchanged, even if
344 their evolution in the outer loops is known.
346 The SCEV is a normal tree expression, except for the fact that it may
347 contain several special tree nodes.  One of them is
348 @code{SCEV_NOT_KNOWN}, used for SSA names whose value cannot be
349 expressed.  The other one is @code{POLYNOMIAL_CHREC}.  Polynomial chrec
350 has three arguments -- base, step and loop (both base and step may
351 contain further polynomial chrecs).  Type of the expression and of base
352 and step must be the same.  A variable has evolution
353 @code{POLYNOMIAL_CHREC(base, step, loop)} if it is (in the specified
354 loop) equivalent to @code{x_1} in the following example
356 @smallexample
357 while (@dots{})
358   @{
359     x_1 = phi (base, x_2);
360     x_2 = x_1 + step;
361   @}
362 @end smallexample
364 Note that this includes the language restrictions on the operations.
365 For example, if we compile C code and @code{x} has signed type, then the
366 overflow in addition would cause undefined behavior, and we may assume
367 that this does not happen.  Hence, the value with this SCEV cannot
368 overflow (which restricts the number of iterations of such a loop).
370 In many cases, one wants to restrict the attention just to affine
371 induction variables.  In this case, the extra expressive power of SCEV
372 is not useful, and may complicate the optimizations.  In this case,
373 @code{simple_iv} function may be used to analyze a value -- the result
374 is a loop-invariant base and step.
376 @node loop-iv
377 @section IV analysis on RTL
378 @cindex IV analysis on RTL
380 The induction variable on RTL is simple and only allows analysis of
381 affine induction variables, and only in one loop at once.  The interface
382 is declared in @file{cfgloop.h}.  Before analyzing induction variables
383 in a loop L, @code{iv_analysis_loop_init} function must be called on L.
384 After the analysis (possibly calling @code{iv_analysis_loop_init} for
385 several loops) is finished, @code{iv_analysis_done} should be called.
386 The following functions can be used to access the results of the
387 analysis:
389 @itemize
390 @item @code{iv_analyze}: Analyzes a single register used in the given
391 insn.  If no use of the register in this insn is found, the following
392 insns are scanned, so that this function can be called on the insn
393 returned by get_condition.
394 @item @code{iv_analyze_result}: Analyzes result of the assignment in the
395 given insn.
396 @item @code{iv_analyze_expr}: Analyzes a more complicated expression.
397 All its operands are analyzed by @code{iv_analyze}, and hence they must
398 be used in the specified insn or one of the following insns.
399 @end itemize
401 The description of the induction variable is provided in @code{struct
402 rtx_iv}.  In order to handle subregs, the representation is a bit
403 complicated; if the value of the @code{extend} field is not
404 @code{UNKNOWN}, the value of the induction variable in the i-th
405 iteration is
407 @smallexample
408 delta + mult * extend_@{extend_mode@} (subreg_@{mode@} (base + i * step)),
409 @end smallexample
411 with the following exception:  if @code{first_special} is true, then the
412 value in the first iteration (when @code{i} is zero) is @code{delta +
413 mult * base}.  However, if @code{extend} is equal to @code{UNKNOWN},
414 then @code{first_special} must be false, @code{delta} 0, @code{mult} 1
415 and the value in the i-th iteration is
417 @smallexample
418 subreg_@{mode@} (base + i * step)
419 @end smallexample
421 The function @code{get_iv_value} can be used to perform these
422 calculations.
424 @node Number of iterations
425 @section Number of iterations analysis
426 @cindex Number of iterations analysis
428 Both on GIMPLE and on RTL, there are functions available to determine
429 the number of iterations of a loop, with a similar interface.  The
430 number of iterations of a loop in GCC is defined as the number of
431 executions of the loop latch.  In many cases, it is not possible to
432 determine the number of iterations unconditionally -- the determined
433 number is correct only if some assumptions are satisfied.  The analysis
434 tries to verify these conditions using the information contained in the
435 program; if it fails, the conditions are returned together with the
436 result.  The following information and conditions are provided by the
437 analysis:
439 @itemize
440 @item @code{assumptions}: If this condition is false, the rest of
441 the information is invalid.
442 @item @code{noloop_assumptions} on RTL, @code{may_be_zero} on GIMPLE: If
443 this condition is true, the loop exits in the first iteration.
444 @item @code{infinite}: If this condition is true, the loop is infinite.
445 This condition is only available on RTL@.  On GIMPLE, conditions for
446 finiteness of the loop are included in @code{assumptions}.
447 @item @code{niter_expr} on RTL, @code{niter} on GIMPLE: The expression
448 that gives number of iterations.  The number of iterations is defined as
449 the number of executions of the loop latch.
450 @end itemize
452 Both on GIMPLE and on RTL, it necessary for the induction variable
453 analysis framework to be initialized (SCEV on GIMPLE, loop-iv on RTL).
454 On GIMPLE, the results are stored to @code{struct tree_niter_desc}
455 structure.  Number of iterations before the loop is exited through a
456 given exit can be determined using @code{number_of_iterations_exit}
457 function.  On RTL, the results are returned in @code{struct niter_desc}
458 structure.  The corresponding function is named
459 @code{check_simple_exit}.  There are also functions that pass through
460 all the exits of a loop and try to find one with easy to determine
461 number of iterations -- @code{find_loop_niter} on GIMPLE and
462 @code{find_simple_exit} on RTL@.  Finally, there are functions that
463 provide the same information, but additionally cache it, so that
464 repeated calls to number of iterations are not so costly --
465 @code{number_of_latch_executions} on GIMPLE and @code{get_simple_loop_desc}
466 on RTL.
468 Note that some of these functions may behave slightly differently than
469 others -- some of them return only the expression for the number of
470 iterations, and fail if there are some assumptions.  The function
471 @code{number_of_latch_executions} works only for single-exit loops.
472 The function @code{number_of_cond_exit_executions} can be used to
473 determine number of executions of the exit condition of a single-exit
474 loop (i.e., the @code{number_of_latch_executions} increased by one).
476 On GIMPLE, below constraint flags affect semantics of some APIs of number
477 of iterations analyzer:
479 @itemize
480 @item @code{LOOP_C_INFINITE}: If this constraint flag is set, the loop
481 is known to be infinite.  APIs like @code{number_of_iterations_exit} can
482 return false directly without doing any analysis.
483 @item @code{LOOP_C_FINITE}: If this constraint flag is set, the loop is
484 known to be finite, in other words, loop's number of iterations can be
485 computed with @code{assumptions} be true.
486 @end itemize
488 Generally, the constraint flags are set/cleared by consumers which are
489 loop optimizers.  It's also the consumers' responsibility to set/clear
490 constraints correctly.  Failing to do that might result in hard to track
491 down bugs in scev/niter consumers.  One typical use case is vectorizer:
492 it drives number of iterations analyzer by setting @code{LOOP_C_FINITE}
493 and vectorizes possibly infinite loop by versioning loop with analysis
494 result.  In return, constraints set by consumers can also help number of
495 iterations analyzer in following optimizers.  For example, @code{niter}
496 of a loop versioned under @code{assumptions} is valid unconditionally.
498 Other constraints may be added in the future, for example, a constraint
499 indicating that loops' latch must roll thus @code{may_be_zero} would be
500 false unconditionally.
502 @node Dependency analysis
503 @section Data Dependency Analysis
504 @cindex Data Dependency Analysis
506 The code for the data dependence analysis can be found in
507 @file{tree-data-ref.cc} and its interface and data structures are
508 described in @file{tree-data-ref.h}.  The function that computes the
509 data dependences for all the array and pointer references for a given
510 loop is @code{compute_data_dependences_for_loop}.  This function is
511 currently used by the linear loop transform and the vectorization
512 passes.  Before calling this function, one has to allocate two vectors:
513 a first vector will contain the set of data references that are
514 contained in the analyzed loop body, and the second vector will contain
515 the dependence relations between the data references.  Thus if the
516 vector of data references is of size @code{n}, the vector containing the
517 dependence relations will contain @code{n*n} elements.  However if the
518 analyzed loop contains side effects, such as calls that potentially can
519 interfere with the data references in the current analyzed loop, the
520 analysis stops while scanning the loop body for data references, and
521 inserts a single @code{chrec_dont_know} in the dependence relation
522 array.
524 The data references are discovered in a particular order during the
525 scanning of the loop body: the loop body is analyzed in execution order,
526 and the data references of each statement are pushed at the end of the
527 data reference array.  Two data references syntactically occur in the
528 program in the same order as in the array of data references.  This
529 syntactic order is important in some classical data dependence tests,
530 and mapping this order to the elements of this array avoids costly
531 queries to the loop body representation.
533 Three types of data references are currently handled: ARRAY_REF,
534 INDIRECT_REF and COMPONENT_REF@. The data structure for the data reference
535 is @code{data_reference}, where @code{data_reference_p} is a name of a
536 pointer to the data reference structure. The structure contains the
537 following elements:
539 @itemize
540 @item @code{base_object_info}: Provides information about the base object
541 of the data reference and its access functions. These access functions
542 represent the evolution of the data reference in the loop relative to
543 its base, in keeping with the classical meaning of the data reference
544 access function for the support of arrays. For example, for a reference
545 @code{a.b[i][j]}, the base object is @code{a.b} and the access functions,
546 one for each array subscript, are:
547 @code{@{i_init, + i_step@}_1, @{j_init, +, j_step@}_2}.
549 @item @code{first_location_in_loop}: Provides information about the first
550 location accessed by the data reference in the loop and about the access
551 function used to represent evolution relative to this location. This data
552 is used to support pointers, and is not used for arrays (for which we
553 have base objects). Pointer accesses are represented as a one-dimensional
554 access that starts from the first location accessed in the loop. For
555 example:
557 @smallexample
558       for1 i
559          for2 j
560           *((int *)p + i + j) = a[i][j];
561 @end smallexample
563 The access function of the pointer access is @code{@{0, + 4B@}_for2}
564 relative to @code{p + i}. The access functions of the array are
565 @code{@{i_init, + i_step@}_for1} and @code{@{j_init, +, j_step@}_for2}
566 relative to @code{a}.
568 Usually, the object the pointer refers to is either unknown, or we cannot
569 prove that the access is confined to the boundaries of a certain object.
571 Two data references can be compared only if at least one of these two
572 representations has all its fields filled for both data references.
574 The current strategy for data dependence tests is as follows:
575 If both @code{a} and @code{b} are represented as arrays, compare
576 @code{a.base_object} and @code{b.base_object};
577 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on
578 base_objects).
579 Else if both @code{a} and @code{b} are represented as pointers, compare
580 @code{a.first_location} and @code{b.first_location};
581 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on
582 first location).
583 However, if @code{a} and @code{b} are represented differently, only try
584 to prove that the bases are definitely different.
586 @item Aliasing information.
587 @item Alignment information.
588 @end itemize
590 The structure describing the relation between two data references is
591 @code{data_dependence_relation} and the shorter name for a pointer to
592 such a structure is @code{ddr_p}.  This structure contains:
594 @itemize
595 @item a pointer to each data reference,
596 @item a tree node @code{are_dependent} that is set to @code{chrec_known}
597 if the analysis has proved that there is no dependence between these two
598 data references, @code{chrec_dont_know} if the analysis was not able to
599 determine any useful result and potentially there could exist a
600 dependence between these data references, and @code{are_dependent} is
601 set to @code{NULL_TREE} if there exist a dependence relation between the
602 data references, and the description of this dependence relation is
603 given in the @code{subscripts}, @code{dir_vects}, and @code{dist_vects}
604 arrays,
605 @item a boolean that determines whether the dependence relation can be
606 represented by a classical distance vector,
607 @item an array @code{subscripts} that contains a description of each
608 subscript of the data references.  Given two array accesses a
609 subscript is the tuple composed of the access functions for a given
610 dimension.  For example, given @code{A[f1][f2][f3]} and
611 @code{B[g1][g2][g3]}, there are three subscripts: @code{(f1, g1), (f2,
612 g2), (f3, g3)}.
613 @item two arrays @code{dir_vects} and @code{dist_vects} that contain
614 classical representations of the data dependences under the form of
615 direction and distance dependence vectors,
616 @item an array of loops @code{loop_nest} that contains the loops to
617 which the distance and direction vectors refer to.
618 @end itemize
620 Several functions for pretty printing the information extracted by the
621 data dependence analysis are available: @code{dump_ddrs} prints with a
622 maximum verbosity the details of a data dependence relations array,
623 @code{dump_dist_dir_vectors} prints only the classical distance and
624 direction vectors for a data dependence relations array, and
625 @code{dump_data_references} prints the details of the data references
626 contained in a data reference array.