* config/ia64/ia64.c (ia64_expand_builtin): Use the
[official-gcc.git] / gcc / doc / loop.texi
blob3f0076e8f79fc81acecaa07bd9e6d76fe04a15b4
1 @c Copyright (c) 2006 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 * Lambda::                      Linear loop transformations framework.
29 @end menu
31 @node Loop representation
32 @section Loop representation
33 @cindex Loop representation
34 @cindex Loop analysis
36 This chapter describes the representation of loops in GCC, and functions
37 that can be used to build, modify and analyze this representation.  Most
38 of the interfaces and data structures are declared in @file{cfgloop.h}.
39 At the moment, loop structures are analyzed and this information is
40 updated only by the optimization passes that deal with loops, but some
41 efforts are being made to make it available throughout most of the
42 optimization passes.
44 In general, a natural loop has one entry block (header) and possibly
45 several back edges (latches) leading to the header from the inside of
46 the loop.  Loops with several latches may appear if several loops share
47 a single header, or if there is a branching in the middle of the loop.
48 The representation of loops in GCC however allows only loops with a
49 single latch.  During loop analysis, headers of such loops are split and
50 forwarder blocks are created in order to disambiguate their structures.
51 Heuristic based on profile information and structure of the induction
52 variables in the loops is used to determine whether the latches
53 correspond to sub-loops or to control flow in a single loop.  This means
54 that the analysis sometimes changes the CFG, and if you run it in the
55 middle of an optimization pass, you must be able to deal with the new
56 blocks.  You may avoid CFG changes by passing
57 @code{LOOPS_MAY_HAVE_MULTIPLE_LATCHES} flag to the loop discovery,
58 note however that most other loop manipulation functions will not work
59 correctly for loops with multiple latch edges (the functions that only
60 query membership of blocks to loops and subloop relationships, or
61 enumerate and test loop exits, can be expected to work).
63 Body of the loop is the set of blocks that are dominated by its header,
64 and reachable from its latch against the direction of edges in CFG.  The
65 loops are organized in a containment hierarchy (tree) such that all the
66 loops immediately contained inside loop L are the children of L in the
67 tree.  This tree is represented by the @code{struct loops} structure.
68 The root of this tree is a fake loop that contains all blocks in the
69 function.  Each of the loops is represented in a @code{struct loop}
70 structure.  Each loop is assigned an index (@code{num} field of the
71 @code{struct loop} structure), and the pointer to the loop is stored in
72 the corresponding field of the @code{larray} vector in the loops
73 structure.  The indices do not have to be continuous, there may be
74 empty (@code{NULL}) entries in the @code{larray} created by deleting
75 loops.  Also, there is no guarantee on the relative order of a loop
76 and its subloops in the numbering.  The index of a loop never changes.
78 The entries of the @code{larray} field should not be accessed directly.
79 The function @code{get_loop} returns the loop description for a loop with
80 the given index.  @code{number_of_loops} function returns number of
81 loops in the function.  To traverse all loops, use @code{FOR_EACH_LOOP}
82 macro.  The @code{flags} argument of the macro is used to determine
83 the direction of traversal and the set of loops visited.  Each loop is
84 guaranteed to be visited exactly once, regardless of the changes to the
85 loop tree, and the loops may be removed during the traversal.  The newly
86 created loops are never traversed, if they need to be visited, this
87 must be done separately after their creation.  The @code{FOR_EACH_LOOP}
88 macro allocates temporary variables.  If the @code{FOR_EACH_LOOP} loop
89 were ended using break or goto, they would not be released;
90 @code{FOR_EACH_LOOP_BREAK} macro must be used instead.
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}.
142 The memory occupied by the loops structures should be freed with
143 @code{loop_optimizer_finalize} function.
145 The CFG manipulation functions in general do not update loop structures.
146 Specialized versions that additionally do so are provided for the most
147 common tasks.  On GIMPLE, @code{cleanup_tree_cfg_loop} function can be
148 used to cleanup CFG while updating the loops structures if
149 @code{current_loops} is set.
151 @node Loop querying
152 @section Loop querying
153 @cindex Loop querying
155 The functions to query the information about loops are declared in
156 @file{cfgloop.h}.  Some of the information can be taken directly from
157 the structures.  @code{loop_father} field of each basic block contains
158 the innermost loop to that the block belongs.  The most useful fields of
159 loop structure (that are kept up-to-date at all times) are:
161 @itemize
162 @item @code{header}, @code{latch}: Header and latch basic blocks of the
163 loop.
164 @item @code{num_nodes}: Number of basic blocks in the loop (including
165 the basic blocks of the sub-loops).
166 @item @code{depth}: The depth of the loop in the loops tree, i.e., the
167 number of super-loops of the loop.
168 @item @code{outer}, @code{inner}, @code{next}: The super-loop, the first
169 sub-loop, and the sibling of the loop in the loops tree.
170 @end itemize
172 There are other fields in the loop structures, many of them used only by
173 some of the passes, or not updated during CFG changes; in general, they
174 should not be accessed directly.
176 The most important functions to query loop structures are:
178 @itemize
179 @item @code{flow_loops_dump}: Dumps the information about loops to a
180 file.
181 @item @code{verify_loop_structure}: Checks consistency of the loop
182 structures.
183 @item @code{loop_latch_edge}: Returns the latch edge of a loop.
184 @item @code{loop_preheader_edge}: If loops have preheaders, returns
185 the preheader edge of a loop.
186 @item @code{flow_loop_nested_p}: Tests whether loop is a sub-loop of
187 another loop.
188 @item @code{flow_bb_inside_loop_p}: Tests whether a basic block belongs
189 to a loop (including its sub-loops).
190 @item @code{find_common_loop}: Finds the common super-loop of two loops.
191 @item @code{superloop_at_depth}: Returns the super-loop of a loop with
192 the given depth.
193 @item @code{tree_num_loop_insns}, @code{num_loop_insns}: Estimates the
194 number of insns in the loop, on GIMPLE and on RTL.
195 @item @code{loop_exit_edge_p}: Tests whether edge is an exit from a
196 loop.
197 @item @code{mark_loop_exit_edges}: Marks all exit edges of all loops
198 with @code{EDGE_LOOP_EXIT} flag.
199 @item @code{get_loop_body}, @code{get_loop_body_in_dom_order},
200 @code{get_loop_body_in_bfs_order}: Enumerates the basic blocks in the
201 loop in depth-first search order in reversed CFG, ordered by dominance
202 relation, and breath-first search order, respectively.
203 @item @code{single_exit}: Returns the single exit edge of the loop, or
204 @code{NULL} if the loop has more than one exit.  You can only use this
205 function if LOOPS_HAVE_MARKED_SINGLE_EXITS property is used.
206 @item @code{get_loop_exit_edges}: Enumerates the exit edges of a loop.
207 @item @code{just_once_each_iteration_p}: Returns true if the basic block
208 is executed exactly once during each iteration of a loop (that is, it
209 does not belong to a sub-loop, and it dominates the latch of the loop).
210 @end itemize
212 @node Loop manipulation
213 @section Loop manipulation
214 @cindex Loop manipulation
216 The loops tree can be manipulated using the following functions:
218 @itemize
219 @item @code{flow_loop_tree_node_add}: Adds a node to the tree.
220 @item @code{flow_loop_tree_node_remove}: Removes a node from the tree.
221 @item @code{add_bb_to_loop}: Adds a basic block to a loop.
222 @item @code{remove_bb_from_loops}: Removes a basic block from loops.
223 @end itemize
225 Most low-level CFG functions update loops automatically.  The following
226 functions handle some more complicated cases of CFG manipulations:
228 @itemize
229 @item @code{remove_path}: Removes an edge and all blocks it dominates.
230 @item @code{split_loop_exit_edge}: Splits exit edge of the loop,
231 ensuring that PHI node arguments remain in the loop (this ensures that
232 loop-closed SSA form is preserved).  Only useful on GIMPLE.
233 @end itemize
235 Finally, there are some higher-level loop transformations implemented.
236 While some of them are written so that they should work on non-innermost
237 loops, they are mostly untested in that case, and at the moment, they
238 are only reliable for the innermost loops:
240 @itemize
241 @item @code{create_iv}: Creates a new induction variable.  Only works on
242 GIMPLE.  @code{standard_iv_increment_position} can be used to find a
243 suitable place for the iv increment.
244 @item @code{duplicate_loop_to_header_edge},
245 @code{tree_duplicate_loop_to_header_edge}: These functions (on RTL and
246 on GIMPLE) duplicate the body of the loop prescribed number of times on
247 one of the edges entering loop header, thus performing either loop
248 unrolling or loop peeling.  @code{can_duplicate_loop_p}
249 (@code{can_unroll_loop_p} on GIMPLE) must be true for the duplicated
250 loop.
251 @item @code{loop_version}, @code{tree_ssa_loop_version}: These function
252 create a copy of a loop, and a branch before them that selects one of
253 them depending on the prescribed condition.  This is useful for
254 optimizations that need to verify some assumptions in runtime (one of
255 the copies of the loop is usually left unchanged, while the other one is
256 transformed in some way).
257 @item @code{tree_unroll_loop}: Unrolls the loop, including peeling the
258 extra iterations to make the number of iterations divisible by unroll
259 factor, updating the exit condition, and removing the exits that now
260 cannot be taken.  Works only on GIMPLE.
261 @end itemize
263 @node LCSSA
264 @section Loop-closed SSA form
265 @cindex LCSSA
266 @cindex Loop-closed SSA form
268 Throughout the loop optimizations on tree level, one extra condition is
269 enforced on the SSA form:  No SSA name is used outside of the loop in
270 that it is defined.  The SSA form satisfying this condition is called
271 ``loop-closed SSA form'' -- LCSSA.  To enforce LCSSA, PHI nodes must be
272 created at the exits of the loops for the SSA names that are used
273 outside of them.  Only the real operands (not virtual SSA names) are
274 held in LCSSA, in order to save memory.
276 There are various benefits of LCSSA:
278 @itemize
279 @item Many optimizations (value range analysis, final value
280 replacement) are interested in the values that are defined in the loop
281 and used outside of it, i.e., exactly those for that we create new PHI
282 nodes.
283 @item In induction variable analysis, it is not necessary to specify the
284 loop in that the analysis should be performed -- the scalar evolution
285 analysis always returns the results with respect to the loop in that the
286 SSA name is defined.
287 @item It makes updating of SSA form during loop transformations simpler.
288 Without LCSSA, operations like loop unrolling may force creation of PHI
289 nodes arbitrarily far from the loop, while in LCSSA, the SSA form can be
290 updated locally.  However, since we only keep real operands in LCSSA, we
291 cannot use this advantage (we could have local updating of real
292 operands, but it is not much more efficient than to use generic SSA form
293 updating for it as well; the amount of changes to SSA is the same).
294 @end itemize
296 However, it also means LCSSA must be updated.  This is usually
297 straightforward, unless you create a new value in loop and use it
298 outside, or unless you manipulate loop exit edges (functions are
299 provided to make these manipulations simple).
300 @code{rewrite_into_loop_closed_ssa} is used to rewrite SSA form to
301 LCSSA, and @code{verify_loop_closed_ssa} to check that the invariant of
302 LCSSA is preserved.
304 @node Scalar evolutions
305 @section Scalar evolutions
306 @cindex Scalar evolutions
307 @cindex IV analysis on GIMPLE
309 Scalar evolutions (SCEV) are used to represent results of induction
310 variable analysis on GIMPLE.  They enable us to represent variables with
311 complicated behavior in a simple and consistent way (we only use it to
312 express values of polynomial induction variables, but it is possible to
313 extend it).  The interfaces to SCEV analysis are declared in
314 @file{tree-scalar-evolution.h}.  To use scalar evolutions analysis,
315 @code{scev_initialize} must be used.  To stop using SCEV,
316 @code{scev_finalize} should be used.  SCEV analysis caches results in
317 order to save time and memory.  This cache however is made invalid by
318 most of the loop transformations, including removal of code.  If such a
319 transformation is performed, @code{scev_reset} must be called to clean
320 the caches.
322 Given an SSA name, its behavior in loops can be analyzed using the
323 @code{analyze_scalar_evolution} function.  The returned SCEV however
324 does not have to be fully analyzed and it may contain references to
325 other SSA names defined in the loop.  To resolve these (potentially
326 recursive) references, @code{instantiate_parameters} or
327 @code{resolve_mixers} functions must be used.
328 @code{instantiate_parameters} is useful when you use the results of SCEV
329 only for some analysis, and when you work with whole nest of loops at
330 once.  It will try replacing all SSA names by their SCEV in all loops,
331 including the super-loops of the current loop, thus providing a complete
332 information about the behavior of the variable in the loop nest.
333 @code{resolve_mixers} is useful if you work with only one loop at a
334 time, and if you possibly need to create code based on the value of the
335 induction variable.  It will only resolve the SSA names defined in the
336 current loop, leaving the SSA names defined outside unchanged, even if
337 their evolution in the outer loops is known.
339 The SCEV is a normal tree expression, except for the fact that it may
340 contain several special tree nodes.  One of them is
341 @code{SCEV_NOT_KNOWN}, used for SSA names whose value cannot be
342 expressed.  The other one is @code{POLYNOMIAL_CHREC}.  Polynomial chrec
343 has three arguments -- base, step and loop (both base and step may
344 contain further polynomial chrecs).  Type of the expression and of base
345 and step must be the same.  A variable has evolution
346 @code{POLYNOMIAL_CHREC(base, step, loop)} if it is (in the specified
347 loop) equivalent to @code{x_1} in the following example
349 @smallexample
350 while (...)
351   @{
352     x_1 = phi (base, x_2);
353     x_2 = x_1 + step;
354   @}
355 @end smallexample
357 Note that this includes the language restrictions on the operations.
358 For example, if we compile C code and @code{x} has signed type, then the
359 overflow in addition would cause undefined behavior, and we may assume
360 that this does not happen.  Hence, the value with this SCEV cannot
361 overflow (which restricts the number of iterations of such a loop).
363 In many cases, one wants to restrict the attention just to affine
364 induction variables.  In this case, the extra expressive power of SCEV
365 is not useful, and may complicate the optimizations.  In this case,
366 @code{simple_iv} function may be used to analyze a value -- the result
367 is a loop-invariant base and step.
369 @node loop-iv
370 @section IV analysis on RTL
371 @cindex IV analysis on RTL
373 The induction variable on RTL is simple and only allows analysis of
374 affine induction variables, and only in one loop at once.  The interface
375 is declared in @file{cfgloop.h}.  Before analyzing induction variables
376 in a loop L, @code{iv_analysis_loop_init} function must be called on L.
377 After the analysis (possibly calling @code{iv_analysis_loop_init} for
378 several loops) is finished, @code{iv_analysis_done} should be called.
379 The following functions can be used to access the results of the
380 analysis:
382 @itemize
383 @item @code{iv_analyze}: Analyzes a single register used in the given
384 insn.  If no use of the register in this insn is found, the following
385 insns are scanned, so that this function can be called on the insn
386 returned by get_condition.
387 @item @code{iv_analyze_result}: Analyzes result of the assignment in the
388 given insn.
389 @item @code{iv_analyze_expr}: Analyzes a more complicated expression.
390 All its operands are analyzed by @code{iv_analyze}, and hence they must
391 be used in the specified insn or one of the following insns.
392 @end itemize
394 The description of the induction variable is provided in @code{struct
395 rtx_iv}.  In order to handle subregs, the representation is a bit
396 complicated; if the value of the @code{extend} field is not
397 @code{UNKNOWN}, the value of the induction variable in the i-th
398 iteration is
400 @smallexample
401 delta + mult * extend_@{extend_mode@} (subreg_@{mode@} (base + i * step)),
402 @end smallexample
404 with the following exception:  if @code{first_special} is true, then the
405 value in the first iteration (when @code{i} is zero) is @code{delta +
406 mult * base}.  However, if @code{extend} is equal to @code{UNKNOWN},
407 then @code{first_special} must be false, @code{delta} 0, @code{mult} 1
408 and the value in the i-th iteration is
410 @smallexample
411 subreg_@{mode@} (base + i * step)
412 @end smallexample
414 The function @code{get_iv_value} can be used to perform these
415 calculations.
417 @node Number of iterations
418 @section Number of iterations analysis
419 @cindex Number of iterations analysis
421 Both on GIMPLE and on RTL, there are functions available to determine
422 the number of iterations of a loop, with a similar interface.  The
423 number of iterations of a loop in GCC is defined as the number of
424 executions of the loop latch.  In many cases, it is not possible to
425 determine the number of iterations unconditionally -- the determined
426 number is correct only if some assumptions are satisfied.  The analysis
427 tries to verify these conditions using the information contained in the
428 program; if it fails, the conditions are returned together with the
429 result.  The following information and conditions are provided by the
430 analysis:
432 @itemize
433 @item @code{assumptions}: If this condition is false, the rest of
434 the information is invalid.
435 @item @code{noloop_assumptions} on RTL, @code{may_be_zero} on GIMPLE: If
436 this condition is true, the loop exits in the first iteration.
437 @item @code{infinite}: If this condition is true, the loop is infinite.
438 This condition is only available on RTL.  On GIMPLE, conditions for
439 finiteness of the loop are included in @code{assumptions}.
440 @item @code{niter_expr} on RTL, @code{niter} on GIMPLE: The expression
441 that gives number of iterations.  The number of iterations is defined as
442 the number of executions of the loop latch.
443 @end itemize
445 Both on GIMPLE and on RTL, it necessary for the induction variable
446 analysis framework to be initialized (SCEV on GIMPLE, loop-iv on RTL).
447 On GIMPLE, the results are stored to @code{struct tree_niter_desc}
448 structure.  Number of iterations before the loop is exited through a
449 given exit can be determined using @code{number_of_iterations_exit}
450 function.  On RTL, the results are returned in @code{struct niter_desc}
451 structure.  The corresponding function is named
452 @code{check_simple_exit}.  There are also functions that pass through
453 all the exits of a loop and try to find one with easy to determine
454 number of iterations -- @code{find_loop_niter} on GIMPLE and
455 @code{find_simple_exit} on RTL.  Finally, there are functions that
456 provide the same information, but additionally cache it, so that
457 repeated calls to number of iterations are not so costly --
458 @code{number_of_latch_executions} on GIMPLE and @code{get_simple_loop_desc}
459 on RTL.
461 Note that some of these functions may behave slightly differently than
462 others -- some of them return only the expression for the number of
463 iterations, and fail if there are some assumptions.  The function
464 @code{number_of_latch_executions} works only for single-exit loops.
465 The function @code{number_of_cond_exit_executions} can be used to
466 determine number of executions of the exit condition of a single-exit
467 loop (i.e., the @code{number_of_latch_executions} increased by one).
469 @node Dependency analysis
470 @section Data Dependency Analysis
471 @cindex Data Dependency Analysis
473 The code for the data dependence analysis can be found in
474 @file{tree-data-ref.c} and its interface and data structures are
475 described in @file{tree-data-ref.h}.  The function that computes the
476 data dependences for all the array and pointer references for a given
477 loop is @code{compute_data_dependences_for_loop}.  This function is
478 currently used by the linear loop transform and the vectorization
479 passes.  Before calling this function, one has to allocate two vectors:
480 a first vector will contain the set of data references that are
481 contained in the analyzed loop body, and the second vector will contain
482 the dependence relations between the data references.  Thus if the
483 vector of data references is of size @code{n}, the vector containing the
484 dependence relations will contain @code{n*n} elements.  However if the
485 analyzed loop contains side effects, such as calls that potentially can
486 interfere with the data references in the current analyzed loop, the
487 analysis stops while scanning the loop body for data references, and
488 inserts a single @code{chrec_dont_know} in the dependence relation
489 array.
491 The data references are discovered in a particular order during the
492 scanning of the loop body: the loop body is analyzed in execution order,
493 and the data references of each statement are pushed at the end of the
494 data reference array.  Two data references syntactically occur in the
495 program in the same order as in the array of data references.  This
496 syntactic order is important in some classical data dependence tests,
497 and mapping this order to the elements of this array avoids costly
498 queries to the loop body representation.
500 Three types of data references are currently handled: ARRAY_REF, 
501 INDIRECT_REF and COMPONENT_REF. The data structure for the data reference 
502 is @code{data_reference}, where @code{data_reference_p} is a name of a 
503 pointer to the data reference structure. The structure contains the 
504 following elements:
506 @itemize
507 @item @code{base_object_info}: Provides information about the base object 
508 of the data reference and its access functions. These access functions 
509 represent the evolution of the data reference in the loop relative to 
510 its base, in keeping with the classical meaning of the data reference 
511 access function for the support of arrays. For example, for a reference 
512 @code{a.b[i][j]}, the base object is @code{a.b} and the access functions, 
513 one for each array subscript, are: 
514 @code{@{i_init, + i_step@}_1, @{j_init, +, j_step@}_2}.
516 @item @code{first_location_in_loop}: Provides information about the first 
517 location accessed by the data reference in the loop and about the access 
518 function used to represent evolution relative to this location. This data 
519 is used to support pointers, and is not used for arrays (for which we 
520 have base objects). Pointer accesses are represented as a one-dimensional
521 access that starts from the first location accessed in the loop. For 
522 example:
524 @smallexample
525       for1 i
526          for2 j
527           *((int *)p + i + j) = a[i][j];
528 @end smallexample
530 The access function of the pointer access is @code{@{0, + 4B@}_for2} 
531 relative to @code{p + i}. The access functions of the array are 
532 @code{@{i_init, + i_step@}_for1} and @code{@{j_init, +, j_step@}_for2} 
533 relative to @code{a}.
535 Usually, the object the pointer refers to is either unknown, or we can't 
536 prove that the access is confined to the boundaries of a certain object. 
538 Two data references can be compared only if at least one of these two 
539 representations has all its fields filled for both data references. 
541 The current strategy for data dependence tests is as follows: 
542 If both @code{a} and @code{b} are represented as arrays, compare 
543 @code{a.base_object} and @code{b.base_object};
544 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on 
545 base_objects).
546 Else if both @code{a} and @code{b} are represented as pointers, compare 
547 @code{a.first_location} and @code{b.first_location}; 
548 if they are equal, apply dependence tests (use access functions based on 
549 first location).
550 However, if @code{a} and @code{b} are represented differently, only try 
551 to prove that the bases are definitely different.
553 @item Aliasing information.
554 @item Alignment information.
555 @end itemize
557 The structure describing the relation between two data references is
558 @code{data_dependence_relation} and the shorter name for a pointer to
559 such a structure is @code{ddr_p}.  This structure contains:
561 @itemize
562 @item a pointer to each data reference,
563 @item a tree node @code{are_dependent} that is set to @code{chrec_known}
564 if the analysis has proved that there is no dependence between these two
565 data references, @code{chrec_dont_know} if the analysis was not able to
566 determine any useful result and potentially there could exist a
567 dependence between these data references, and @code{are_dependent} is
568 set to @code{NULL_TREE} if there exist a dependence relation between the
569 data references, and the description of this dependence relation is
570 given in the @code{subscripts}, @code{dir_vects}, and @code{dist_vects}
571 arrays,
572 @item a boolean that determines whether the dependence relation can be
573 represented by a classical distance vector, 
574 @item an array @code{subscripts} that contains a description of each
575 subscript of the data references.  Given two array accesses a
576 subscript is the tuple composed of the access functions for a given
577 dimension.  For example, given @code{A[f1][f2][f3]} and
578 @code{B[g1][g2][g3]}, there are three subscripts: @code{(f1, g1), (f2,
579 g2), (f3, g3)}.
580 @item two arrays @code{dir_vects} and @code{dist_vects} that contain
581 classical representations of the data dependences under the form of
582 direction and distance dependence vectors,
583 @item an array of loops @code{loop_nest} that contains the loops to
584 which the distance and direction vectors refer to.
585 @end itemize
587 Several functions for pretty printing the information extracted by the
588 data dependence analysis are available: @code{dump_ddrs} prints with a
589 maximum verbosity the details of a data dependence relations array,
590 @code{dump_dist_dir_vectors} prints only the classical distance and
591 direction vectors for a data dependence relations array, and
592 @code{dump_data_references} prints the details of the data references
593 contained in a data reference array.
595 @node Lambda
596 @section Linear loop transformations framework
597 @cindex Linear loop transformations framework
599 Lambda is a framework that allows transformations of loops using
600 non-singular matrix based transformations of the iteration space and
601 loop bounds. This allows compositions of skewing, scaling, interchange,
602 and reversal transformations.  These transformations are often used to
603 improve cache behavior or remove inner loop dependencies to allow
604 parallelization and vectorization to take place.
606 To perform these transformations, Lambda requires that the loopnest be
607 converted into a internal form that can be matrix transformed easily.
608 To do this conversion, the function
609 @code{gcc_loopnest_to_lambda_loopnest} is provided.  If the loop cannot
610 be transformed using lambda, this function will return NULL.
612 Once a @code{lambda_loopnest} is obtained from the conversion function,
613 it can be transformed by using @code{lambda_loopnest_transform}, which
614 takes a transformation matrix to apply.  Note that it is up to the
615 caller to verify that the transformation matrix is legal to apply to the
616 loop (dependence respecting, etc).  Lambda simply applies whatever
617 matrix it is told to provide.  It can be extended to make legal matrices
618 out of any non-singular matrix, but this is not currently implemented.
619 Legality of a matrix for a given loopnest can be verified using
620 @code{lambda_transform_legal_p}.
622 Given a transformed loopnest, conversion back into gcc IR is done by
623 @code{lambda_loopnest_to_gcc_loopnest}.  This function will modify the
624 loops so that they match the transformed loopnest.