Import gcc-4.7.2 to new vendor branch
[dragonfly.git] / contrib / gcc-4.7 / gcc / doc / passes.texi
1 @c markers: BUG TODO
2
3 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999,
4 @c 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
5 @c Free Software Foundation, Inc.
6 @c This is part of the GCC manual.
7 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
8
9 @node Passes
10 @chapter Passes and Files of the Compiler
11 @cindex passes and files of the compiler
12 @cindex files and passes of the compiler
13 @cindex compiler passes and files
14
15 This chapter is dedicated to giving an overview of the optimization and
16 code generation passes of the compiler.  In the process, it describes
17 some of the language front end interface, though this description is no
18 where near complete.
19
20 @menu
21 * Parsing pass::         The language front end turns text into bits.
22 * Gimplification pass::  The bits are turned into something we can optimize.
23 * Pass manager::         Sequencing the optimization passes.
24 * Tree SSA passes::      Optimizations on a high-level representation.
25 * RTL passes::           Optimizations on a low-level representation.
26 @end menu
27
28 @node Parsing pass
29 @section Parsing pass
30 @cindex GENERIC
31 @findex lang_hooks.parse_file
32 The language front end is invoked only once, via
33 @code{lang_hooks.parse_file}, to parse the entire input.  The language
34 front end may use any intermediate language representation deemed
35 appropriate.  The C front end uses GENERIC trees (@pxref{GENERIC}), plus
36 a double handful of language specific tree codes defined in
37 @file{c-common.def}.  The Fortran front end uses a completely different
38 private representation.
39
40 @cindex GIMPLE
41 @cindex gimplification
42 @cindex gimplifier
43 @cindex language-independent intermediate representation
44 @cindex intermediate representation lowering
45 @cindex lowering, language-dependent intermediate representation
46 At some point the front end must translate the representation used in the
47 front end to a representation understood by the language-independent
48 portions of the compiler.  Current practice takes one of two forms.
49 The C front end manually invokes the gimplifier (@pxref{GIMPLE}) on each function,
50 and uses the gimplifier callbacks to convert the language-specific tree
51 nodes directly to GIMPLE before passing the function off to be compiled.
52 The Fortran front end converts from a private representation to GENERIC,
53 which is later lowered to GIMPLE when the function is compiled.  Which
54 route to choose probably depends on how well GENERIC (plus extensions)
55 can be made to match up with the source language and necessary parsing
56 data structures.
57
58 BUG: Gimplification must occur before nested function lowering,
59 and nested function lowering must be done by the front end before
60 passing the data off to cgraph.
61
62 TODO: Cgraph should control nested function lowering.  It would
63 only be invoked when it is certain that the outer-most function
64 is used.
65
66 TODO: Cgraph needs a gimplify_function callback.  It should be
67 invoked when (1) it is certain that the function is used, (2)
68 warning flags specified by the user require some amount of
69 compilation in order to honor, (3) the language indicates that
70 semantic analysis is not complete until gimplification occurs.
71 Hum@dots{} this sounds overly complicated.  Perhaps we should just
72 have the front end gimplify always; in most cases it's only one
73 function call.
74
75 The front end needs to pass all function definitions and top level
76 declarations off to the middle-end so that they can be compiled and
77 emitted to the object file.  For a simple procedural language, it is
78 usually most convenient to do this as each top level declaration or
79 definition is seen.  There is also a distinction to be made between
80 generating functional code and generating complete debug information.
81 The only thing that is absolutely required for functional code is that
82 function and data @emph{definitions} be passed to the middle-end.  For
83 complete debug information, function, data and type declarations
84 should all be passed as well.
85
86 @findex rest_of_decl_compilation
87 @findex rest_of_type_compilation
88 @findex cgraph_finalize_function
89 In any case, the front end needs each complete top-level function or
90 data declaration, and each data definition should be passed to
91 @code{rest_of_decl_compilation}.  Each complete type definition should
92 be passed to @code{rest_of_type_compilation}.  Each function definition
93 should be passed to @code{cgraph_finalize_function}.
94
95 TODO: I know rest_of_compilation currently has all sorts of
96 RTL generation semantics.  I plan to move all code generation
97 bits (both Tree and RTL) to compile_function.  Should we hide
98 cgraph from the front ends and move back to rest_of_compilation
99 as the official interface?  Possibly we should rename all three
100 interfaces such that the names match in some meaningful way and
101 that is more descriptive than "rest_of".
102
103 The middle-end will, at its option, emit the function and data
104 definitions immediately or queue them for later processing.
105
106 @node Gimplification pass
107 @section Gimplification pass
108
109 @cindex gimplification
110 @cindex GIMPLE
111 @dfn{Gimplification} is a whimsical term for the process of converting
112 the intermediate representation of a function into the GIMPLE language
113 (@pxref{GIMPLE}).  The term stuck, and so words like ``gimplification'',
114 ``gimplify'', ``gimplifier'' and the like are sprinkled throughout this
115 section of code.
116
117 While a front end may certainly choose to generate GIMPLE directly if
118 it chooses, this can be a moderately complex process unless the
119 intermediate language used by the front end is already fairly simple.
120 Usually it is easier to generate GENERIC trees plus extensions
121 and let the language-independent gimplifier do most of the work.
122
123 @findex gimplify_function_tree
124 @findex gimplify_expr
125 @findex lang_hooks.gimplify_expr
126 The main entry point to this pass is @code{gimplify_function_tree}
127 located in @file{gimplify.c}.  From here we process the entire
128 function gimplifying each statement in turn.  The main workhorse
129 for this pass is @code{gimplify_expr}.  Approximately everything
130 passes through here at least once, and it is from here that we
131 invoke the @code{lang_hooks.gimplify_expr} callback.
132
133 The callback should examine the expression in question and return
134 @code{GS_UNHANDLED} if the expression is not a language specific
135 construct that requires attention.  Otherwise it should alter the
136 expression in some way to such that forward progress is made toward
137 producing valid GIMPLE@.  If the callback is certain that the
138 transformation is complete and the expression is valid GIMPLE, it
139 should return @code{GS_ALL_DONE}.  Otherwise it should return
140 @code{GS_OK}, which will cause the expression to be processed again.
141 If the callback encounters an error during the transformation (because
142 the front end is relying on the gimplification process to finish
143 semantic checks), it should return @code{GS_ERROR}.
144
145 @node Pass manager
146 @section Pass manager
147
148 The pass manager is located in @file{passes.c}, @file{tree-optimize.c}
149 and @file{tree-pass.h}.
150 Its job is to run all of the individual passes in the correct order,
151 and take care of standard bookkeeping that applies to every pass.
152
153 The theory of operation is that each pass defines a structure that
154 represents everything we need to know about that pass---when it
155 should be run, how it should be run, what intermediate language
156 form or on-the-side data structures it needs.  We register the pass
157 to be run in some particular order, and the pass manager arranges
158 for everything to happen in the correct order.
159
160 The actuality doesn't completely live up to the theory at present.
161 Command-line switches and @code{timevar_id_t} enumerations must still
162 be defined elsewhere.  The pass manager validates constraints but does
163 not attempt to (re-)generate data structures or lower intermediate
164 language form based on the requirements of the next pass.  Nevertheless,
165 what is present is useful, and a far sight better than nothing at all.
166
167 Each pass should have a unique name.
168 Each pass may have its own dump file (for GCC debugging purposes).
169 Passes with a name starting with a star do not dump anything.
170 Sometimes passes are supposed to share a dump file / option name.
171 To still give these unique names, you can use a prefix that is delimited
172 by a space from the part that is used for the dump file / option name.
173 E.g. When the pass name is "ud dce", the name used for dump file/options
174 is "dce".
175
176 TODO: describe the global variables set up by the pass manager,
177 and a brief description of how a new pass should use it.
178 I need to look at what info RTL passes use first@enddots{}
179
180 @node Tree SSA passes
181 @section Tree SSA passes
182
183 The following briefly describes the Tree optimization passes that are
184 run after gimplification and what source files they are located in.
185
186 @itemize @bullet
187 @item Remove useless statements
188
189 This pass is an extremely simple sweep across the gimple code in which
190 we identify obviously dead code and remove it.  Here we do things like
191 simplify @code{if} statements with constant conditions, remove
192 exception handling constructs surrounding code that obviously cannot
193 throw, remove lexical bindings that contain no variables, and other
194 assorted simplistic cleanups.  The idea is to get rid of the obvious
195 stuff quickly rather than wait until later when it's more work to get
196 rid of it.  This pass is located in @file{tree-cfg.c} and described by
197 @code{pass_remove_useless_stmts}.
198
199 @item Mudflap declaration registration
200
201 If mudflap (@pxref{Optimize Options,,-fmudflap -fmudflapth
202 -fmudflapir,gcc,Using the GNU Compiler Collection (GCC)}) is
203 enabled, we generate code to register some variable declarations with
204 the mudflap runtime.  Specifically, the runtime tracks the lifetimes of
205 those variable declarations that have their addresses taken, or whose
206 bounds are unknown at compile time (@code{extern}).  This pass generates
207 new exception handling constructs (@code{try}/@code{finally}), and so
208 must run before those are lowered.  In addition, the pass enqueues
209 declarations of static variables whose lifetimes extend to the entire
210 program.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and is described
211 by @code{pass_mudflap_1}.
212
213 @item OpenMP lowering
214
215 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass lowers
216 OpenMP constructs into GIMPLE.
217
218 Lowering of OpenMP constructs involves creating replacement
219 expressions for local variables that have been mapped using data
220 sharing clauses, exposing the control flow of most synchronization
221 directives and adding region markers to facilitate the creation of the
222 control flow graph.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is
223 described by @code{pass_lower_omp}.
224
225 @item OpenMP expansion
226
227 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass expands
228 parallel regions into their own functions to be invoked by the thread
229 library.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is described by
230 @code{pass_expand_omp}.
231
232 @item Lower control flow
233
234 This pass flattens @code{if} statements (@code{COND_EXPR})
235 and moves lexical bindings (@code{BIND_EXPR}) out of line.  After
236 this pass, all @code{if} statements will have exactly two @code{goto}
237 statements in its @code{then} and @code{else} arms.  Lexical binding
238 information for each statement will be found in @code{TREE_BLOCK} rather
239 than being inferred from its position under a @code{BIND_EXPR}.  This
240 pass is found in @file{gimple-low.c} and is described by
241 @code{pass_lower_cf}.
242
243 @item Lower exception handling control flow
244
245 This pass decomposes high-level exception handling constructs
246 (@code{TRY_FINALLY_EXPR} and @code{TRY_CATCH_EXPR}) into a form
247 that explicitly represents the control flow involved.  After this
248 pass, @code{lookup_stmt_eh_region} will return a non-negative
249 number for any statement that may have EH control flow semantics;
250 examine @code{tree_can_throw_internal} or @code{tree_can_throw_external}
251 for exact semantics.  Exact control flow may be extracted from
252 @code{foreach_reachable_handler}.  The EH region nesting tree is defined
253 in @file{except.h} and built in @file{except.c}.  The lowering pass
254 itself is in @file{tree-eh.c} and is described by @code{pass_lower_eh}.
255
256 @item Build the control flow graph
257
258 This pass decomposes a function into basic blocks and creates all of
259 the edges that connect them.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
260 is described by @code{pass_build_cfg}.
261
262 @item Find all referenced variables
263
264 This pass walks the entire function and collects an array of all
265 variables referenced in the function, @code{referenced_vars}.  The
266 index at which a variable is found in the array is used as a UID
267 for the variable within this function.  This data is needed by the
268 SSA rewriting routines.  The pass is located in @file{tree-dfa.c}
269 and is described by @code{pass_referenced_vars}.
270
271 @item Enter static single assignment form
272
273 This pass rewrites the function such that it is in SSA form.  After
274 this pass, all @code{is_gimple_reg} variables will be referenced by
275 @code{SSA_NAME}, and all occurrences of other variables will be
276 annotated with @code{VDEFS} and @code{VUSES}; PHI nodes will have
277 been inserted as necessary for each basic block.  This pass is
278 located in @file{tree-ssa.c} and is described by @code{pass_build_ssa}.
279
280 @item Warn for uninitialized variables
281
282 This pass scans the function for uses of @code{SSA_NAME}s that
283 are fed by default definition.  For non-parameter variables, such
284 uses are uninitialized.  The pass is run twice, before and after
285 optimization (if turned on).  In the first pass we only warn for uses that are
286 positively uninitialized; in the second pass we warn for uses that
287 are possibly uninitialized.  The pass is located in @file{tree-ssa.c}
288 and is defined by @code{pass_early_warn_uninitialized} and
289 @code{pass_late_warn_uninitialized}.
290
291 @item Dead code elimination
292
293 This pass scans the function for statements without side effects whose
294 result is unused.  It does not do memory life analysis, so any value
295 that is stored in memory is considered used.  The pass is run multiple
296 times throughout the optimization process.  It is located in
297 @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_dce}.
298
299 @item Dominator optimizations
300
301 This pass performs trivial dominator-based copy and constant propagation,
302 expression simplification, and jump threading.  It is run multiple times
303 throughout the optimization process.  It is located in @file{tree-ssa-dom.c}
304 and is described by @code{pass_dominator}.
305
306 @item Forward propagation of single-use variables
307
308 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
309 variables that are used once into the expression that uses them and
310 seeing if the result can be simplified.  It is located in
311 @file{tree-ssa-forwprop.c} and is described by @code{pass_forwprop}.
312
313 @item Copy Renaming
314
315 This pass attempts to change the name of compiler temporaries involved in
316 copy operations such that SSA->normal can coalesce the copy away.  When compiler
317 temporaries are copies of user variables, it also renames the compiler
318 temporary to the user variable resulting in better use of user symbols.  It is
319 located in @file{tree-ssa-copyrename.c} and is described by
320 @code{pass_copyrename}.
321
322 @item PHI node optimizations
323
324 This pass recognizes forms of PHI inputs that can be represented as
325 conditional expressions and rewrites them into straight line code.
326 It is located in @file{tree-ssa-phiopt.c} and is described by
327 @code{pass_phiopt}.
328
329 @item May-alias optimization
330
331 This pass performs a flow sensitive SSA-based points-to analysis.
332 The resulting may-alias, must-alias, and escape analysis information
333 is used to promote variables from in-memory addressable objects to
334 non-aliased variables that can be renamed into SSA form.  We also
335 update the @code{VDEF}/@code{VUSE} memory tags for non-renameable
336 aggregates so that we get fewer false kills.  The pass is located
337 in @file{tree-ssa-alias.c} and is described by @code{pass_may_alias}.
338
339 Interprocedural points-to information is located in
340 @file{tree-ssa-structalias.c} and described by @code{pass_ipa_pta}.
341
342 @item Profiling
343
344 This pass rewrites the function in order to collect runtime block
345 and value profiling data.  Such data may be fed back into the compiler
346 on a subsequent run so as to allow optimization based on expected
347 execution frequencies.  The pass is located in @file{predict.c} and
348 is described by @code{pass_profile}.
349
350 @item Lower complex arithmetic
351
352 This pass rewrites complex arithmetic operations into their component
353 scalar arithmetic operations.  The pass is located in @file{tree-complex.c}
354 and is described by @code{pass_lower_complex}.
355
356 @item Scalar replacement of aggregates
357
358 This pass rewrites suitable non-aliased local aggregate variables into
359 a set of scalar variables.  The resulting scalar variables are
360 rewritten into SSA form, which allows subsequent optimization passes
361 to do a significantly better job with them.  The pass is located in
362 @file{tree-sra.c} and is described by @code{pass_sra}.
363
364 @item Dead store elimination
365
366 This pass eliminates stores to memory that are subsequently overwritten
367 by another store, without any intervening loads.  The pass is located
368 in @file{tree-ssa-dse.c} and is described by @code{pass_dse}.
369
370 @item Tail recursion elimination
371
372 This pass transforms tail recursion into a loop.  It is located in
373 @file{tree-tailcall.c} and is described by @code{pass_tail_recursion}.
374
375 @item Forward store motion
376
377 This pass sinks stores and assignments down the flowgraph closer to their
378 use point.  The pass is located in @file{tree-ssa-sink.c} and is
379 described by @code{pass_sink_code}.
380
381 @item Partial redundancy elimination
382
383 This pass eliminates partially redundant computations, as well as
384 performing load motion.  The pass is located in @file{tree-ssa-pre.c}
385 and is described by @code{pass_pre}.
386
387 Just before partial redundancy elimination, if
388 @option{-funsafe-math-optimizations} is on, GCC tries to convert
389 divisions to multiplications by the reciprocal.  The pass is located
390 in @file{tree-ssa-math-opts.c} and is described by
391 @code{pass_cse_reciprocal}.
392
393 @item Full redundancy elimination
394
395 This is a simpler form of PRE that only eliminates redundancies that
396 occur on all paths.  It is located in @file{tree-ssa-pre.c} and
397 described by @code{pass_fre}.
398
399 @item Loop optimization
400
401 The main driver of the pass is placed in @file{tree-ssa-loop.c}
402 and described by @code{pass_loop}.
403
404 The optimizations performed by this pass are:
405
406 Loop invariant motion.  This pass moves only invariants that
407 would be hard to handle on RTL level (function calls, operations that expand to
408 nontrivial sequences of insns).  With @option{-funswitch-loops} it also moves
409 operands of conditions that are invariant out of the loop, so that we can use
410 just trivial invariantness analysis in loop unswitching.  The pass also includes
411 store motion.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-im.c}.
412
413 Canonical induction variable creation.  This pass creates a simple counter
414 for number of iterations of the loop and replaces the exit condition of the
415 loop using it, in case when a complicated analysis is necessary to determine
416 the number of iterations.  Later optimizations then may determine the number
417 easily.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c}.
418
419 Induction variable optimizations.  This pass performs standard induction
420 variable optimizations, including strength reduction, induction variable
421 merging and induction variable elimination.  The pass is implemented in
422 @file{tree-ssa-loop-ivopts.c}.
423
424 Loop unswitching.  This pass moves the conditional jumps that are invariant
425 out of the loops.  To achieve this, a duplicate of the loop is created for
426 each possible outcome of conditional jump(s).  The pass is implemented in
427 @file{tree-ssa-loop-unswitch.c}.  This pass should eventually replace the
428 RTL level loop unswitching in @file{loop-unswitch.c}, but currently
429 the RTL level pass is not completely redundant yet due to deficiencies
430 in tree level alias analysis.
431
432 The optimizations also use various utility functions contained in
433 @file{tree-ssa-loop-manip.c}, @file{cfgloop.c}, @file{cfgloopanal.c} and
434 @file{cfgloopmanip.c}.
435
436 Vectorization.  This pass transforms loops to operate on vector types
437 instead of scalar types.  Data parallelism across loop iterations is exploited
438 to group data elements from consecutive iterations into a vector and operate
439 on them in parallel.  Depending on available target support the loop is
440 conceptually unrolled by a factor @code{VF} (vectorization factor), which is
441 the number of elements operated upon in parallel in each iteration, and the
442 @code{VF} copies of each scalar operation are fused to form a vector operation.
443 Additional loop transformations such as peeling and versioning may take place
444 to align the number of iterations, and to align the memory accesses in the
445 loop.
446 The pass is implemented in @file{tree-vectorizer.c} (the main driver),
447 @file{tree-vect-loop.c} and @file{tree-vect-loop-manip.c} (loop specific parts
448 and general loop utilities), @file{tree-vect-slp} (loop-aware SLP
449 functionality), @file{tree-vect-stmts.c} and @file{tree-vect-data-refs.c}.
450 Analysis of data references is in @file{tree-data-ref.c}.
451
452 SLP Vectorization.  This pass performs vectorization of straight-line code. The
453 pass is implemented in @file{tree-vectorizer.c} (the main driver),
454 @file{tree-vect-slp.c}, @file{tree-vect-stmts.c} and
455 @file{tree-vect-data-refs.c}.
456
457 Autoparallelization.  This pass splits the loop iteration space to run
458 into several threads.  The pass is implemented in @file{tree-parloops.c}.
459
460 Graphite is a loop transformation framework based on the polyhedral
461 model.  Graphite stands for Gimple Represented as Polyhedra.  The
462 internals of this infrastructure are documented in
463 @w{@uref{http://gcc.gnu.org/wiki/Graphite}}.  The passes working on
464 this representation are implemented in the various @file{graphite-*}
465 files.
466
467 @item Tree level if-conversion for vectorizer
468
469 This pass applies if-conversion to simple loops to help vectorizer.
470 We identify if convertible loops, if-convert statements and merge
471 basic blocks in one big block.  The idea is to present loop in such
472 form so that vectorizer can have one to one mapping between statements
473 and available vector operations.  This pass is located in
474 @file{tree-if-conv.c} and is described by @code{pass_if_conversion}.
475
476 @item Conditional constant propagation
477
478 This pass relaxes a lattice of values in order to identify those
479 that must be constant even in the presence of conditional branches.
480 The pass is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and is described
481 by @code{pass_ccp}.
482
483 A related pass that works on memory loads and stores, and not just
484 register values, is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and described by
485 @code{pass_store_ccp}.
486
487 @item Conditional copy propagation
488
489 This is similar to constant propagation but the lattice of values is
490 the ``copy-of'' relation.  It eliminates redundant copies from the
491 code.  The pass is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
492 @code{pass_copy_prop}.
493
494 A related pass that works on memory copies, and not just register
495 copies, is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
496 @code{pass_store_copy_prop}.
497
498 @item Value range propagation
499
500 This transformation is similar to constant propagation but
501 instead of propagating single constant values, it propagates
502 known value ranges.  The implementation is based on Patterson's
503 range propagation algorithm (Accurate Static Branch Prediction by
504 Value Range Propagation, J. R. C. Patterson, PLDI '95).  In
505 contrast to Patterson's algorithm, this implementation does not
506 propagate branch probabilities nor it uses more than a single
507 range per SSA name. This means that the current implementation
508 cannot be used for branch prediction (though adapting it would
509 not be difficult).  The pass is located in @file{tree-vrp.c} and is
510 described by @code{pass_vrp}.
511
512 @item Folding built-in functions
513
514 This pass simplifies built-in functions, as applicable, with constant
515 arguments or with inferable string lengths.  It is located in
516 @file{tree-ssa-ccp.c} and is described by @code{pass_fold_builtins}.
517
518 @item Split critical edges
519
520 This pass identifies critical edges and inserts empty basic blocks
521 such that the edge is no longer critical.  The pass is located in
522 @file{tree-cfg.c} and is described by @code{pass_split_crit_edges}.
523
524 @item Control dependence dead code elimination
525
526 This pass is a stronger form of dead code elimination that can
527 eliminate unnecessary control flow statements.   It is located
528 in @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_cd_dce}.
529
530 @item Tail call elimination
531
532 This pass identifies function calls that may be rewritten into
533 jumps.  No code transformation is actually applied here, but the
534 data and control flow problem is solved.  The code transformation
535 requires target support, and so is delayed until RTL@.  In the
536 meantime @code{CALL_EXPR_TAILCALL} is set indicating the possibility.
537 The pass is located in @file{tree-tailcall.c} and is described by
538 @code{pass_tail_calls}.  The RTL transformation is handled by
539 @code{fixup_tail_calls} in @file{calls.c}.
540
541 @item Warn for function return without value
542
543 For non-void functions, this pass locates return statements that do
544 not specify a value and issues a warning.  Such a statement may have
545 been injected by falling off the end of the function.  This pass is
546 run last so that we have as much time as possible to prove that the
547 statement is not reachable.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
548 is described by @code{pass_warn_function_return}.
549
550 @item Mudflap statement annotation
551
552 If mudflap is enabled, we rewrite some memory accesses with code to
553 validate that the memory access is correct.  In particular, expressions
554 involving pointer dereferences (@code{INDIRECT_REF}, @code{ARRAY_REF},
555 etc.) are replaced by code that checks the selected address range
556 against the mudflap runtime's database of valid regions.  This check
557 includes an inline lookup into a direct-mapped cache, based on
558 shift/mask operations of the pointer value, with a fallback function
559 call into the runtime.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and
560 is described by @code{pass_mudflap_2}.
561
562 @item Leave static single assignment form
563
564 This pass rewrites the function such that it is in normal form.  At
565 the same time, we eliminate as many single-use temporaries as possible,
566 so the intermediate language is no longer GIMPLE, but GENERIC@.  The
567 pass is located in @file{tree-outof-ssa.c} and is described by
568 @code{pass_del_ssa}.
569
570 @item Merge PHI nodes that feed into one another
571
572 This is part of the CFG cleanup passes.  It attempts to join PHI nodes
573 from a forwarder CFG block into another block with PHI nodes.  The
574 pass is located in @file{tree-cfgcleanup.c} and is described by
575 @code{pass_merge_phi}.
576
577 @item Return value optimization
578
579 If a function always returns the same local variable, and that local
580 variable is an aggregate type, then the variable is replaced with the
581 return value for the function (i.e., the function's DECL_RESULT).  This
582 is equivalent to the C++ named return value optimization applied to
583 GIMPLE@.  The pass is located in @file{tree-nrv.c} and is described by
584 @code{pass_nrv}.
585
586 @item Return slot optimization
587
588 If a function returns a memory object and is called as @code{var =
589 foo()}, this pass tries to change the call so that the address of
590 @code{var} is sent to the caller to avoid an extra memory copy.  This
591 pass is located in @code{tree-nrv.c} and is described by
592 @code{pass_return_slot}.
593
594 @item Optimize calls to @code{__builtin_object_size}
595
596 This is a propagation pass similar to CCP that tries to remove calls
597 to @code{__builtin_object_size} when the size of the object can be
598 computed at compile-time.  This pass is located in
599 @file{tree-object-size.c} and is described by
600 @code{pass_object_sizes}.
601
602 @item Loop invariant motion
603
604 This pass removes expensive loop-invariant computations out of loops.
605 The pass is located in @file{tree-ssa-loop.c} and described by
606 @code{pass_lim}.
607
608 @item Loop nest optimizations
609
610 This is a family of loop transformations that works on loop nests.  It
611 includes loop interchange, scaling, skewing and reversal and they are
612 all geared to the optimization of data locality in array traversals
613 and the removal of dependencies that hamper optimizations such as loop
614 parallelization and vectorization.  The pass is located in
615 @file{tree-loop-linear.c} and described by
616 @code{pass_linear_transform}.
617
618 @item Removal of empty loops
619
620 This pass removes loops with no code in them.  The pass is located in
621 @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
622 @code{pass_empty_loop}.
623
624 @item Unrolling of small loops
625
626 This pass completely unrolls loops with few iterations.  The pass
627 is located in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
628 @code{pass_complete_unroll}.
629
630 @item Predictive commoning
631
632 This pass makes the code reuse the computations from the previous
633 iterations of the loops, especially loads and stores to memory.
634 It does so by storing the values of these computations to a bank
635 of temporary variables that are rotated at the end of loop.  To avoid
636 the need for this rotation, the loop is then unrolled and the copies
637 of the loop body are rewritten to use the appropriate version of
638 the temporary variable.  This pass is located in @file{tree-predcom.c}
639 and described by @code{pass_predcom}.
640
641 @item Array prefetching
642
643 This pass issues prefetch instructions for array references inside
644 loops.  The pass is located in @file{tree-ssa-loop-prefetch.c} and
645 described by @code{pass_loop_prefetch}.
646
647 @item Reassociation
648
649 This pass rewrites arithmetic expressions to enable optimizations that
650 operate on them, like redundancy elimination and vectorization.  The
651 pass is located in @file{tree-ssa-reassoc.c} and described by
652 @code{pass_reassoc}.
653
654 @item Optimization of @code{stdarg} functions
655
656 This pass tries to avoid the saving of register arguments into the
657 stack on entry to @code{stdarg} functions.  If the function doesn't
658 use any @code{va_start} macros, no registers need to be saved.  If
659 @code{va_start} macros are used, the @code{va_list} variables don't
660 escape the function, it is only necessary to save registers that will
661 be used in @code{va_arg} macros.  For instance, if @code{va_arg} is
662 only used with integral types in the function, floating point
663 registers don't need to be saved.  This pass is located in
664 @code{tree-stdarg.c} and described by @code{pass_stdarg}.
665
666 @end itemize
667
668 @node RTL passes
669 @section RTL passes
670
671 The following briefly describes the RTL generation and optimization
672 passes that are run after the Tree optimization passes.
673
674 @itemize @bullet
675 @item RTL generation
676
677 @c Avoiding overfull is tricky here.
678 The source files for RTL generation include
679 @file{stmt.c},
680 @file{calls.c},
681 @file{expr.c},
682 @file{explow.c},
683 @file{expmed.c},
684 @file{function.c},
685 @file{optabs.c}
686 and @file{emit-rtl.c}.
687 Also, the file
688 @file{insn-emit.c}, generated from the machine description by the
689 program @code{genemit}, is used in this pass.  The header file
690 @file{expr.h} is used for communication within this pass.
691
692 @findex genflags
693 @findex gencodes
694 The header files @file{insn-flags.h} and @file{insn-codes.h},
695 generated from the machine description by the programs @code{genflags}
696 and @code{gencodes}, tell this pass which standard names are available
697 for use and which patterns correspond to them.
698
699 @item Generation of exception landing pads
700
701 This pass generates the glue that handles communication between the
702 exception handling library routines and the exception handlers within
703 the function.  Entry points in the function that are invoked by the
704 exception handling library are called @dfn{landing pads}.  The code
705 for this pass is located in @file{except.c}.
706
707 @item Control flow graph cleanup
708
709 This pass removes unreachable code, simplifies jumps to next, jumps to
710 jump, jumps across jumps, etc.  The pass is run multiple times.
711 For historical reasons, it is occasionally referred to as the ``jump
712 optimization pass''.  The bulk of the code for this pass is in
713 @file{cfgcleanup.c}, and there are support routines in @file{cfgrtl.c}
714 and @file{jump.c}.
715
716 @item Forward propagation of single-def values
717
718 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
719 variables that come from a single definition, and
720 seeing if the result can be simplified.  It performs copy propagation
721 and addressing mode selection.  The pass is run twice, with values
722 being propagated into loops only on the second run.  The code is
723 located in @file{fwprop.c}.
724
725 @item Common subexpression elimination
726
727 This pass removes redundant computation within basic blocks, and
728 optimizes addressing modes based on cost.  The pass is run twice.
729 The code for this pass is located in @file{cse.c}.
730
731 @item Global common subexpression elimination
732
733 This pass performs two
734 different types of GCSE  depending on whether you are optimizing for
735 size or not (LCM based GCSE tends to increase code size for a gain in
736 speed, while Morel-Renvoise based GCSE does not).
737 When optimizing for size, GCSE is done using Morel-Renvoise Partial
738 Redundancy Elimination, with the exception that it does not try to move
739 invariants out of loops---that is left to  the loop optimization pass.
740 If MR PRE GCSE is done, code hoisting (aka unification) is also done, as
741 well as load motion.
742 If you are optimizing for speed, LCM (lazy code motion) based GCSE is
743 done.  LCM is based on the work of Knoop, Ruthing, and Steffen.  LCM
744 based GCSE also does loop invariant code motion.  We also perform load
745 and store motion when optimizing for speed.
746 Regardless of which type of GCSE is used, the GCSE pass also performs
747 global constant and  copy propagation.
748 The source file for this pass is @file{gcse.c}, and the LCM routines
749 are in @file{lcm.c}.
750
751 @item Loop optimization
752
753 This pass performs several loop related optimizations.
754 The source files @file{cfgloopanal.c} and @file{cfgloopmanip.c} contain
755 generic loop analysis and manipulation code.  Initialization and finalization
756 of loop structures is handled by @file{loop-init.c}.
757 A loop invariant motion pass is implemented in @file{loop-invariant.c}.
758 Basic block level optimizations---unrolling, peeling and unswitching loops---
759 are implemented in @file{loop-unswitch.c} and @file{loop-unroll.c}.
760 Replacing of the exit condition of loops by special machine-dependent
761 instructions is handled by @file{loop-doloop.c}.
762
763 @item Jump bypassing
764
765 This pass is an aggressive form of GCSE that transforms the control
766 flow graph of a function by propagating constants into conditional
767 branch instructions.  The source file for this pass is @file{gcse.c}.
768
769 @item If conversion
770
771 This pass attempts to replace conditional branches and surrounding
772 assignments with arithmetic, boolean value producing comparison
773 instructions, and conditional move instructions.  In the very last
774 invocation after reload, it will generate predicated instructions
775 when supported by the target.  The code is located in @file{ifcvt.c}.
776
777 @item Web construction
778
779 This pass splits independent uses of each pseudo-register.  This can
780 improve effect of the other transformation, such as CSE or register
781 allocation.  The code for this pass is located in @file{web.c}.
782
783 @item Instruction combination
784
785 This pass attempts to combine groups of two or three instructions that
786 are related by data flow into single instructions.  It combines the
787 RTL expressions for the instructions by substitution, simplifies the
788 result using algebra, and then attempts to match the result against
789 the machine description.  The code is located in @file{combine.c}.
790
791 @item Register movement
792
793 This pass looks for cases where matching constraints would force an
794 instruction to need a reload, and this reload would be a
795 register-to-register move.  It then attempts to change the registers
796 used by the instruction to avoid the move instruction.  The code is
797 located in @file{regmove.c}.
798
799 @item Mode switching optimization
800
801 This pass looks for instructions that require the processor to be in a
802 specific ``mode'' and minimizes the number of mode changes required to
803 satisfy all users.  What these modes are, and what they apply to are
804 completely target-specific.  The code for this pass is located in
805 @file{mode-switching.c}.
806
807 @cindex modulo scheduling
808 @cindex sms, swing, software pipelining
809 @item Modulo scheduling
810
811 This pass looks at innermost loops and reorders their instructions
812 by overlapping different iterations.  Modulo scheduling is performed
813 immediately before instruction scheduling.  The code for this pass is
814 located in @file{modulo-sched.c}.
815
816 @item Instruction scheduling
817
818 This pass looks for instructions whose output will not be available by
819 the time that it is used in subsequent instructions.  Memory loads and
820 floating point instructions often have this behavior on RISC machines.
821 It re-orders instructions within a basic block to try to separate the
822 definition and use of items that otherwise would cause pipeline
823 stalls.  This pass is performed twice, before and after register
824 allocation.  The code for this pass is located in @file{haifa-sched.c},
825 @file{sched-deps.c}, @file{sched-ebb.c}, @file{sched-rgn.c} and
826 @file{sched-vis.c}.
827
828 @item Register allocation
829
830 These passes make sure that all occurrences of pseudo registers are
831 eliminated, either by allocating them to a hard register, replacing
832 them by an equivalent expression (e.g.@: a constant) or by placing
833 them on the stack.  This is done in several subpasses:
834
835 @itemize @bullet
836 @item
837 Register move optimizations.  This pass makes some simple RTL code
838 transformations which improve the subsequent register allocation.  The
839 source file is @file{regmove.c}.
840
841 @item
842 The integrated register allocator (@acronym{IRA}).  It is called
843 integrated because coalescing, register live range splitting, and hard
844 register preferencing are done on-the-fly during coloring.  It also
845 has better integration with the reload pass.  Pseudo-registers spilled
846 by the allocator or the reload have still a chance to get
847 hard-registers if the reload evicts some pseudo-registers from
848 hard-registers.  The allocator helps to choose better pseudos for
849 spilling based on their live ranges and to coalesce stack slots
850 allocated for the spilled pseudo-registers.  IRA is a regional
851 register allocator which is transformed into Chaitin-Briggs allocator
852 if there is one region.  By default, IRA chooses regions using
853 register pressure but the user can force it to use one region or
854 regions corresponding to all loops.
855
856 Source files of the allocator are @file{ira.c}, @file{ira-build.c},
857 @file{ira-costs.c}, @file{ira-conflicts.c}, @file{ira-color.c},
858 @file{ira-emit.c}, @file{ira-lives}, plus header files @file{ira.h}
859 and @file{ira-int.h} used for the communication between the allocator
860 and the rest of the compiler and between the IRA files.
861
862 @cindex reloading
863 @item
864 Reloading.  This pass renumbers pseudo registers with the hardware
865 registers numbers they were allocated.  Pseudo registers that did not
866 get hard registers are replaced with stack slots.  Then it finds
867 instructions that are invalid because a value has failed to end up in
868 a register, or has ended up in a register of the wrong kind.  It fixes
869 up these instructions by reloading the problematical values
870 temporarily into registers.  Additional instructions are generated to
871 do the copying.
872
873 The reload pass also optionally eliminates the frame pointer and inserts
874 instructions to save and restore call-clobbered registers around calls.
875
876 Source files are @file{reload.c} and @file{reload1.c}, plus the header
877 @file{reload.h} used for communication between them.
878 @end itemize
879
880 @item Basic block reordering
881
882 This pass implements profile guided code positioning.  If profile
883 information is not available, various types of static analysis are
884 performed to make the predictions normally coming from the profile
885 feedback (IE execution frequency, branch probability, etc).  It is
886 implemented in the file @file{bb-reorder.c}, and the various
887 prediction routines are in @file{predict.c}.
888
889 @item Variable tracking
890
891 This pass computes where the variables are stored at each
892 position in code and generates notes describing the variable locations
893 to RTL code.  The location lists are then generated according to these
894 notes to debug information if the debugging information format supports
895 location lists.  The code is located in @file{var-tracking.c}.
896
897 @item Delayed branch scheduling
898
899 This optional pass attempts to find instructions that can go into the
900 delay slots of other instructions, usually jumps and calls.  The code
901 for this pass is located in @file{reorg.c}.
902
903 @item Branch shortening
904
905 On many RISC machines, branch instructions have a limited range.
906 Thus, longer sequences of instructions must be used for long branches.
907 In this pass, the compiler figures out what how far each instruction
908 will be from each other instruction, and therefore whether the usual
909 instructions, or the longer sequences, must be used for each branch.
910 The code for this pass is located in @file{final.c}.
911
912 @item Register-to-stack conversion
913
914 Conversion from usage of some hard registers to usage of a register
915 stack may be done at this point.  Currently, this is supported only
916 for the floating-point registers of the Intel 80387 coprocessor.  The
917 code for this pass is located in @file{reg-stack.c}.
918
919 @item Final
920
921 This pass outputs the assembler code for the function.  The source files
922 are @file{final.c} plus @file{insn-output.c}; the latter is generated
923 automatically from the machine description by the tool @file{genoutput}.
924 The header file @file{conditions.h} is used for communication between
925 these files.  If mudflap is enabled, the queue of deferred declarations
926 and any addressed constants (e.g., string literals) is processed by
927 @code{mudflap_finish_file} into a synthetic constructor function
928 containing calls into the mudflap runtime.
929
930 @item Debugging information output
931
932 This is run after final because it must output the stack slot offsets
933 for pseudo registers that did not get hard registers.  Source files
934 are @file{dbxout.c} for DBX symbol table format, @file{sdbout.c} for
935 SDB symbol table format, @file{dwarfout.c} for DWARF symbol table
936 format, files @file{dwarf2out.c} and @file{dwarf2asm.c} for DWARF2
937 symbol table format, and @file{vmsdbgout.c} for VMS debug symbol table
938 format.
939
940 @end itemize