testsuite: Correct vec-rlmi-rlnm.c testsuite expected result
[official-gcc.git] / gcc / doc / loop.texi
blob04ede3b1ce723c8ef18c370908e6d9e3cd623758
1 @c Copyright (C) 2006-2020 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
83 loops in the function.  To traverse all loops, use @code{FOR_EACH_LOOP}
84 macro.  The @code{flags} argument of the macro is used to determine
85 the direction of traversal and the set of loops visited.  Each loop is
86 guaranteed to be visited exactly once, regardless of the changes to the
87 loop tree, and the loops may be removed during the traversal.  The newly
88 created loops are never traversed, if they need to be visited, this
89 must be done separately after their creation.
91 Each basic block contains the reference to the innermost loop it belongs
92 to (@code{loop_father}).  For this reason, it is only possible to have
93 one @code{struct loops} structure initialized at the same time for each
94 CFG@.  The global variable @code{current_loops} contains the
95 @code{struct loops} structure.  Many of the loop manipulation functions
96 assume that dominance information is up-to-date.
98 The loops are analyzed through @code{loop_optimizer_init} function.  The
99 argument of this function is a set of flags represented in an integer
100 bitmask.  These flags specify what other properties of the loop
101 structures should be calculated/enforced and preserved later:
103 @itemize
104 @item @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES}: If this flag is set, no
105 changes to CFG will be performed in the loop analysis, in particular,
106 loops with multiple latch edges will not be disambiguated.  If a loop
107 has multiple latches, its latch block is set to NULL@.  Most of
108 the loop manipulation functions will not work for loops in this shape.
109 No other flags that require CFG changes can be passed to
110 loop_optimizer_init.
111 @item @code{LOOPS_HAVE_PREHEADERS}: Forwarder blocks are created in such
112 a way that each loop has only one entry edge, and additionally, the
113 source block of this entry edge has only one successor.  This creates a
114 natural place where the code can be moved out of the loop, and ensures
115 that the entry edge of the loop leads from its immediate super-loop.
116 @item @code{LOOPS_HAVE_SIMPLE_LATCHES}: Forwarder blocks are created to
117 force the latch block of each loop to have only one successor.  This
118 ensures that the latch of the loop does not belong to any of its
119 sub-loops, and makes manipulation with the loops significantly easier.
120 Most of the loop manipulation functions assume that the loops are in
121 this shape.  Note that with this flag, the ``normal'' loop without any
122 control flow inside and with one exit consists of two basic blocks.
123 @item @code{LOOPS_HAVE_MARKED_IRREDUCIBLE_REGIONS}: Basic blocks and
124 edges in the strongly connected components that are not natural loops
125 (have more than one entry block) are marked with
126 @code{BB_IRREDUCIBLE_LOOP} and @code{EDGE_IRREDUCIBLE_LOOP} flags.  The
127 flag is not set for blocks and edges that belong to natural loops that
128 are in such an irreducible region (but it is set for the entry and exit
129 edges of such a loop, if they lead to/from this region).
130 @item @code{LOOPS_HAVE_RECORDED_EXITS}: The lists of exits are recorded
131 and updated for each loop.  This makes some functions (e.g.,
132 @code{get_loop_exit_edges}) more efficient.  Some functions (e.g.,
133 @code{single_exit}) can be used only if the lists of exits are
134 recorded.
135 @end itemize
137 These properties may also be computed/enforced later, using functions
138 @code{create_preheaders}, @code{force_single_succ_latches},
139 @code{mark_irreducible_loops} and @code{record_loop_exits}.
140 The properties can be queried using @code{loops_state_satisfies_p}.
142 The memory occupied by the loops structures should be freed with
143 @code{loop_optimizer_finalize} function.  When loop structures are
144 setup to be preserved across passes this function reduces the
145 information to be kept up-to-date to a minimum (only
146 @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES} set).
148 The CFG manipulation functions in general do not update loop structures.
149 Specialized versions that additionally do so are provided for the most
150 common tasks.  On GIMPLE, @code{cleanup_tree_cfg_loop} function can be
151 used to cleanup CFG while updating the loops structures if
152 @code{current_loops} is set.
154 At the moment loop structure is preserved from the start of GIMPLE
155 loop optimizations until the end of RTL loop optimizations.  During
156 this time a loop can be tracked by its @code{struct loop} and number.
158 @node Loop querying
159 @section Loop querying
160 @cindex Loop querying
162 The functions to query the information about loops are declared in
163 @file{cfgloop.h}.  Some of the information can be taken directly from
164 the structures.  @code{loop_father} field of each basic block contains
165 the innermost loop to that the block belongs.  The most useful fields of
166 loop structure (that are kept up-to-date at all times) are:
168 @itemize
169 @item @code{header}, @code{latch}: Header and latch basic blocks of the
170 loop.
171 @item @code{num_nodes}: Number of basic blocks in the loop (including
172 the basic blocks of the sub-loops).
173 @item @code{outer}, @code{inner}, @code{next}: The super-loop, the first
174 sub-loop, and the sibling of the loop in the loops tree.
175 @end itemize
177 There are other fields in the loop structures, many of them used only by
178 some of the passes, or not updated during CFG changes; in general, they
179 should not be accessed directly.
181 The most important functions to query loop structures are:
183 @itemize
184 @item @code{loop_depth}: The depth of the loop in the loops tree, i.e., the
185 number of super-loops of the loop.
186 @item @code{flow_loops_dump}: Dumps the information about loops to a
187 file.
188 @item @code{verify_loop_structure}: Checks consistency of the loop
189 structures.
190 @item @code{loop_latch_edge}: Returns the latch edge of a loop.
191 @item @code{loop_preheader_edge}: If loops have preheaders, returns
192 the preheader edge of a loop.
193 @item @code{flow_loop_nested_p}: Tests whether loop is a sub-loop of
194 another loop.
195 @item @code{flow_bb_inside_loop_p}: Tests whether a basic block belongs
196 to a loop (including its sub-loops).
197 @item @code{find_common_loop}: Finds the common super-loop of two loops.
198 @item @code{superloop_at_depth}: Returns the super-loop of a loop with
199 the given depth.
200 @item @code{tree_num_loop_insns}, @code{num_loop_insns}: Estimates the
201 number of insns in the loop, on GIMPLE and on RTL.
202 @item @code{loop_exit_edge_p}: Tests whether edge is an exit from a
203 loop.
204 @item @code{mark_loop_exit_edges}: Marks all exit edges of all loops
205 with @code{EDGE_LOOP_EXIT} flag.
206 @item @code{get_loop_body}, @code{get_loop_body_in_dom_order},
207 @code{get_loop_body_in_bfs_order}: Enumerates the basic blocks in the
208 loop in depth-first search order in reversed CFG, ordered by dominance
209 relation, and breath-first search order, respectively.
210 @item @code{single_exit}: Returns the single exit edge of the loop, or
211 @code{NULL} if the loop has more than one exit.  You can only use this
212 function if LOOPS_HAVE_MARKED_SINGLE_EXITS property is used.
213 @item @code{get_loop_exit_edges}: Enumerates the exit edges of a loop.
214 @item @code{just_once_each_iteration_p}: Returns true if the basic block
215 is executed exactly once during each iteration of a loop (that is, it
216 does not belong to a sub-loop, and it dominates the latch of the loop).
217 @end itemize
219 @node Loop manipulation
220 @section Loop manipulation
221 @cindex Loop manipulation
223 The loops tree can be manipulated using the following functions:
225 @itemize
226 @item @code{flow_loop_tree_node_add}: Adds a node to the tree.
227 @item @code{flow_loop_tree_node_remove}: Removes a node from the tree.
228 @item @code{add_bb_to_loop}: Adds a basic block to a loop.
229 @item @code{remove_bb_from_loops}: Removes a basic block from loops.
230 @end itemize
232 Most low-level CFG functions update loops automatically.  The following
233 functions handle some more complicated cases of CFG manipulations:
235 @itemize
236 @item @code{remove_path}: Removes an edge and all blocks it dominates.
237 @item @code{split_loop_exit_edge}: Splits exit edge of the loop,
238 ensuring that PHI node arguments remain in the loop (this ensures that
239 loop-closed SSA form is preserved).  Only useful on GIMPLE.
240 @end itemize
242 Finally, there are some higher-level loop transformations implemented.
243 While some of them are written so that they should work on non-innermost
244 loops, they are mostly untested in that case, and at the moment, they
245 are only reliable for the innermost loops:
247 @itemize
248 @item @code{create_iv}: Creates a new induction variable.  Only works on
249 GIMPLE@.  @code{standard_iv_increment_position} can be used to find a
250 suitable place for the iv increment.
251 @item @code{duplicate_loop_to_header_edge},
252 @code{tree_duplicate_loop_to_header_edge}: These functions (on RTL and
253 on GIMPLE) duplicate the body of the loop prescribed number of times on
254 one of the edges entering loop header, thus performing either loop
255 unrolling or loop peeling.  @code{can_duplicate_loop_p}
256 (@code{can_unroll_loop_p} on GIMPLE) must be true for the duplicated
257 loop.
258 @item @code{loop_version}: This function creates a copy of a loop, and
259 a branch before them that selects one of them depending on the
260 prescribed condition.  This is useful for optimizations that need to
261 verify some assumptions in runtime (one of the copies of the loop is
262 usually left unchanged, while the other one is transformed in some way).
263 @item @code{tree_unroll_loop}: Unrolls the loop, including peeling the
264 extra iterations to make the number of iterations divisible by unroll
265 factor, updating the exit condition, and removing the exits that now
266 cannot be taken.  Works only on GIMPLE.
267 @end itemize
269 @node LCSSA
270 @section Loop-closed SSA form
271 @cindex LCSSA
272 @cindex Loop-closed SSA form
274 Throughout the loop optimizations on tree level, one extra condition is
275 enforced on the SSA form:  No SSA name is used outside of the loop in
276 that it is defined.  The SSA form satisfying this condition is called
277 ``loop-closed SSA form'' -- LCSSA@.  To enforce LCSSA, PHI nodes must be
278 created at the exits of the loops for the SSA names that are used
279 outside of them.  Only the real operands (not virtual SSA names) are
280 held in LCSSA, in order to save memory.
282 There are various benefits of LCSSA:
284 @itemize
285 @item Many optimizations (value range analysis, final value
286 replacement) are interested in the values that are defined in the loop
287 and used outside of it, i.e., exactly those for that we create new PHI
288 nodes.
289 @item In induction variable analysis, it is not necessary to specify the
290 loop in that the analysis should be performed -- the scalar evolution
291 analysis always returns the results with respect to the loop in that the
292 SSA name is defined.
293 @item It makes updating of SSA form during loop transformations simpler.
294 Without LCSSA, operations like loop unrolling may force creation of PHI
295 nodes arbitrarily far from the loop, while in LCSSA, the SSA form can be
296 updated locally.  However, since we only keep real operands in LCSSA, we
297 cannot use this advantage (we could have local updating of real
298 operands, but it is not much more efficient than to use generic SSA form
299 updating for it as well; the amount of changes to SSA is the same).
300 @end itemize
302 However, it also means LCSSA must be updated.  This is usually
303 straightforward, unless you create a new value in loop and use it
304 outside, or unless you manipulate loop exit edges (functions are
305 provided to make these manipulations simple).
306 @code{rewrite_into_loop_closed_ssa} is used to rewrite SSA form to
307 LCSSA, and @code{verify_loop_closed_ssa} to check that the invariant of
308 LCSSA is preserved.
310 @node Scalar evolutions
311 @section Scalar evolutions
312 @cindex Scalar evolutions
313 @cindex IV analysis on GIMPLE
315 Scalar evolutions (SCEV) are used to represent results of induction
316 variable analysis on GIMPLE@.  They enable us to represent variables with
317 complicated behavior in a simple and consistent way (we only use it to
318 express values of polynomial induction variables, but it is possible to
319 extend it).  The interfaces to SCEV analysis are declared in
320 @file{tree-scalar-evolution.h}.  To use scalar evolutions analysis,
321 @code{scev_initialize} must be used.  To stop using SCEV,
322 @code{scev_finalize} should be used.  SCEV analysis caches results in
323 order to save time and memory.  This cache however is made invalid by
324 most of the loop transformations, including removal of code.  If such a
325 transformation is performed, @code{scev_reset} must be called to clean
326 the caches.
328 Given an SSA name, its behavior in loops can be analyzed using the
329 @code{analyze_scalar_evolution} function.  The returned SCEV however
330 does not have to be fully analyzed and it may contain references to
331 other SSA names defined in the loop.  To resolve these (potentially
332 recursive) references, @code{instantiate_parameters} or
333 @code{resolve_mixers} functions must be used.
334 @code{instantiate_parameters} is useful when you use the results of SCEV
335 only for some analysis, and when you work with whole nest of loops at
336 once.  It will try replacing all SSA names by their SCEV in all loops,
337 including the super-loops of the current loop, thus providing a complete
338 information about the behavior of the variable in the loop nest.
339 @code{resolve_mixers} is useful if you work with only one loop at a
340 time, and if you possibly need to create code based on the value of the
341 induction variable.  It will only resolve the SSA names defined in the
342 current loop, leaving the SSA names defined outside unchanged, even if
343 their evolution in the outer loops is known.
345 The SCEV is a normal tree expression, except for the fact that it may
346 contain several special tree nodes.  One of them is
347 @code{SCEV_NOT_KNOWN}, used for SSA names whose value cannot be
348 expressed.  The other one is @code{POLYNOMIAL_CHREC}.  Polynomial chrec
349 has three arguments -- base, step and loop (both base and step may
350 contain further polynomial chrecs).  Type of the expression and of base
351 and step must be the same.  A variable has evolution
352 @code{POLYNOMIAL_CHREC(base, step, loop)} if it is (in the specified
353 loop) equivalent to @code{x_1} in the following example
355 @smallexample
356 while (@dots{})
357   @{
358     x_1 = phi (base, x_2);
359     x_2 = x_1 + step;
360   @}
361 @end smallexample
363 Note that this includes the language restrictions on the operations.
364 For example, if we compile C code and @code{x} has signed type, then the
365 overflow in addition would cause undefined behavior, and we may assume
366 that this does not happen.  Hence, the value with this SCEV cannot
367 overflow (which restricts the number of iterations of such a loop).
369 In many cases, one wants to restrict the attention just to affine
370 induction variables.  In this case, the extra expressive power of SCEV
371 is not useful, and may complicate the optimizations.  In this case,
372 @code{simple_iv} function may be used to analyze a value -- the result
373 is a loop-invariant base and step.
375 @node loop-iv
376 @section IV analysis on RTL
377 @cindex IV analysis on RTL
379 The induction variable on RTL is simple and only allows analysis of
380 affine induction variables, and only in one loop at once.  The interface
381 is declared in @file{cfgloop.h}.  Before analyzing induction variables
382 in a loop L, @code{iv_analysis_loop_init} function must be called on L.
383 After the analysis (possibly calling @code{iv_analysis_loop_init} for
384 several loops) is finished, @code{iv_analysis_done} should be called.
385 The following functions can be used to access the results of the
386 analysis:
388 @itemize
389 @item @code{iv_analyze}: Analyzes a single register used in the given
390 insn.  If no use of the register in this insn is found, the following
391 insns are scanned, so that this function can be called on the insn
392 returned by get_condition.
393 @item @code{iv_analyze_result}: Analyzes result of the assignment in the
394 given insn.
395 @item @code{iv_analyze_expr}: Analyzes a more complicated expression.
396 All its operands are analyzed by @code{iv_analyze}, and hence they must
397 be used in the specified insn or one of the following insns.
398 @end itemize
400 The description of the induction variable is provided in @code{struct
401 rtx_iv}.  In order to handle subregs, the representation is a bit
402 complicated; if the value of the @code{extend} field is not
403 @code{UNKNOWN}, the value of the induction variable in the i-th
404 iteration is
406 @smallexample
407 delta + mult * extend_@{extend_mode@} (subreg_@{mode@} (base + i * step)),
408 @end smallexample
410 with the following exception:  if @code{first_special} is true, then the
411 value in the first iteration (when @code{i} is zero) is @code{delta +
412 mult * base}.  However, if @code{extend} is equal to @code{UNKNOWN},
413 then @code{first_special} must be false, @code{delta} 0, @code{mult} 1
414 and the value in the i-th iteration is
416 @smallexample
417 subreg_@{mode@} (base + i * step)
418 @end smallexample
420 The function @code{get_iv_value} can be used to perform these
421 calculations.
423 @node Number of iterations
424 @section Number of iterations analysis
425 @cindex Number of iterations analysis
427 Both on GIMPLE and on RTL, there are functions available to determine
428 the number of iterations of a loop, with a similar interface.  The
429 number of iterations of a loop in GCC is defined as the number of
430 executions of the loop latch.  In many cases, it is not possible to
431 determine the number of iterations unconditionally -- the determined
432 number is correct only if some assumptions are satisfied.  The analysis
433 tries to verify these conditions using the information contained in the
434 program; if it fails, the conditions are returned together with the
435 result.  The following information and conditions are provided by the
436 analysis:
438 @itemize
439 @item @code{assumptions}: If this condition is false, the rest of
440 the information is invalid.
441 @item @code{noloop_assumptions} on RTL, @code{may_be_zero} on GIMPLE: If
442 this condition is true, the loop exits in the first iteration.
443 @item @code{infinite}: If this condition is true, the loop is infinite.
444 This condition is only available on RTL@.  On GIMPLE, conditions for
445 finiteness of the loop are included in @code{assumptions}.
446 @item @code{niter_expr} on RTL, @code{niter} on GIMPLE: The expression
447 that gives number of iterations.  The number of iterations is defined as
448 the number of executions of the loop latch.
449 @end itemize
451 Both on GIMPLE and on RTL, it necessary for the induction variable
452 analysis framework to be initialized (SCEV on GIMPLE, loop-iv on RTL).
453 On GIMPLE, the results are stored to @code{struct tree_niter_desc}
454 structure.  Number of iterations before the loop is exited through a
455 given exit can be determined using @code{number_of_iterations_exit}
456 function.  On RTL, the results are returned in @code{struct niter_desc}
457 structure.  The corresponding function is named
458 @code{check_simple_exit}.  There are also functions that pass through
459 all the exits of a loop and try to find one with easy to determine
460 number of iterations -- @code{find_loop_niter} on GIMPLE and
461 @code{find_simple_exit} on RTL@.  Finally, there are functions that
462 provide the same information, but additionally cache it, so that
463 repeated calls to number of iterations are not so costly --
464 @code{number_of_latch_executions} on GIMPLE and @code{get_simple_loop_desc}
465 on RTL.
467 Note that some of these functions may behave slightly differently than
468 others -- some of them return only the expression for the number of
469 iterations, and fail if there are some assumptions.  The function
470 @code{number_of_latch_executions} works only for single-exit loops.
471 The function @code{number_of_cond_exit_executions} can be used to
472 determine number of executions of the exit condition of a single-exit
473 loop (i.e., the @code{number_of_latch_executions} increased by one).
475 On GIMPLE, below constraint flags affect semantics of some APIs of number
476 of iterations analyzer:
478 @itemize
479 @item @code{LOOP_C_INFINITE}: If this constraint flag is set, the loop
480 is known to be infinite.  APIs like @code{number_of_iterations_exit} can
481 return false directly without doing any analysis.
482 @item @code{LOOP_C_FINITE}: If this constraint flag is set, the loop is
483 known to be finite, in other words, loop's number of iterations can be
484 computed with @code{assumptions} be true.
485 @end itemize
487 Generally, the constraint flags are set/cleared by consumers which are
488 loop optimizers.  It's also the consumers' responsibility to set/clear
489 constraints correctly.  Failing to do that might result in hard to track
490 down bugs in scev/niter consumers.  One typical use case is vectorizer:
491 it drives number of iterations analyzer by setting @code{LOOP_C_FINITE}
492 and vectorizes possibly infinite loop by versioning loop with analysis
493 result.  In return, constraints set by consumers can also help number of
494 iterations analyzer in following optimizers.  For example, @code{niter}
495 of a loop versioned under @code{assumptions} is valid unconditionally.
497 Other constraints may be added in the future, for example, a constraint
498 indicating that loops' latch must roll thus @code{may_be_zero} would be
499 false unconditionally.
501 @node Dependency analysis
502 @section Data Dependency Analysis
503 @cindex Data Dependency Analysis
505 The code for the data dependence analysis can be found in
506 @file{tree-data-ref.c} and its interface and data structures are
507 described in @file{tree-data-ref.h}.  The function that computes the
508 data dependences for all the array and pointer references for a given
509 loop is @code{compute_data_dependences_for_loop}.  This function is
510 currently used by the linear loop transform and the vectorization
511 passes.  Before calling this function, one has to allocate two vectors:
512 a first vector will contain the set of data references that are
513 contained in the analyzed loop body, and the second vector will contain
514 the dependence relations between the data references.  Thus if the
515 vector of data references is of size @code{n}, the vector containing the
516 dependence relations will contain @code{n*n} elements.  However if the
517 analyzed loop contains side effects, such as calls that potentially can
518 interfere with the data references in the current analyzed loop, the
519 analysis stops while scanning the loop body for data references, and
520 inserts a single @code{chrec_dont_know} in the dependence relation
521 array.
523 The data references are discovered in a particular order during the
524 scanning of the loop body: the loop body is analyzed in execution order,
525 and the data references of each statement are pushed at the end of the
526 data reference array.  Two data references syntactically occur in the
527 program in the same order as in the array of data references.  This
528 syntactic order is important in some classical data dependence tests,
529 and mapping this order to the elements of this array avoids costly
530 queries to the loop body representation.
532 Three types of data references are currently handled: ARRAY_REF,
533 INDIRECT_REF and COMPONENT_REF@. The data structure for the data reference
534 is @code{data_reference}, where @code{data_reference_p} is a name of a
535 pointer to the data reference structure. The structure contains the
536 following elements:
538 @itemize
539 @item @code{base_object_info}: Provides information about the base object
540 of the data reference and its access functions. These access functions
541 represent the evolution of the data reference in the loop relative to
542 its base, in keeping with the classical meaning of the data reference
543 access function for the support of arrays. For example, for a reference
544 @code{a.b[i][j]}, the base object is @code{a.b} and the access functions,
545 one for each array subscript, are:
546 @code{@{i_init, + i_step@}_1, @{j_init, +, j_step@}_2}.
548 @item @code{first_location_in_loop}: Provides information about the first
549 location accessed by the data reference in the loop and about the access
550 function used to represent evolution relative to this location. This data
551 is used to support pointers, and is not used for arrays (for which we
552 have base objects). Pointer accesses are represented as a one-dimensional
553 access that starts from the first location accessed in the loop. For
554 example:
556 @smallexample
557       for1 i
558          for2 j
559           *((int *)p + i + j) = a[i][j];
560 @end smallexample
562 The access function of the pointer access is @code{@{0, + 4B@}_for2}
563 relative to @code{p + i}. The access functions of the array are
564 @code{@{i_init, + i_step@}_for1} and @code{@{j_init, +, j_step@}_for2}
565 relative to @code{a}.
567 Usually, the object the pointer refers to is either unknown, or we cannot
568 prove that the access is confined to the boundaries of a certain object.
570 Two data references can be compared only if at least one of these two
571 representations has all its fields filled for both data references.
573 The current strategy for data dependence tests is as follows:
574 If both @code{a} and @code{b} are represented as arrays, compare
575 @code{a.base_object} and @code{b.base_object};
576 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on
577 base_objects).
578 Else if both @code{a} and @code{b} are represented as pointers, compare
579 @code{a.first_location} and @code{b.first_location};
580 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on
581 first location).
582 However, if @code{a} and @code{b} are represented differently, only try
583 to prove that the bases are definitely different.
585 @item Aliasing information.
586 @item Alignment information.
587 @end itemize
589 The structure describing the relation between two data references is
590 @code{data_dependence_relation} and the shorter name for a pointer to
591 such a structure is @code{ddr_p}.  This structure contains:
593 @itemize
594 @item a pointer to each data reference,
595 @item a tree node @code{are_dependent} that is set to @code{chrec_known}
596 if the analysis has proved that there is no dependence between these two
597 data references, @code{chrec_dont_know} if the analysis was not able to
598 determine any useful result and potentially there could exist a
599 dependence between these data references, and @code{are_dependent} is
600 set to @code{NULL_TREE} if there exist a dependence relation between the
601 data references, and the description of this dependence relation is
602 given in the @code{subscripts}, @code{dir_vects}, and @code{dist_vects}
603 arrays,
604 @item a boolean that determines whether the dependence relation can be
605 represented by a classical distance vector,
606 @item an array @code{subscripts} that contains a description of each
607 subscript of the data references.  Given two array accesses a
608 subscript is the tuple composed of the access functions for a given
609 dimension.  For example, given @code{A[f1][f2][f3]} and
610 @code{B[g1][g2][g3]}, there are three subscripts: @code{(f1, g1), (f2,
611 g2), (f3, g3)}.
612 @item two arrays @code{dir_vects} and @code{dist_vects} that contain
613 classical representations of the data dependences under the form of
614 direction and distance dependence vectors,
615 @item an array of loops @code{loop_nest} that contains the loops to
616 which the distance and direction vectors refer to.
617 @end itemize
619 Several functions for pretty printing the information extracted by the
620 data dependence analysis are available: @code{dump_ddrs} prints with a
621 maximum verbosity the details of a data dependence relations array,
622 @code{dump_dist_dir_vectors} prints only the classical distance and
623 direction vectors for a data dependence relations array, and
624 @code{dump_data_references} prints the details of the data references
625 contained in a data reference array.