OSDN Git Service

* doc/c-tree.texi: Use @dots{} and @enddots{} where appropriate.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / passes.texi
1 @c markers: CROSSREF 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 Free Software
5 @c 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 (CROSSREF), 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 (CROSSREF) on each function,
50 and uses the gimplifier callbacks to convert the language-specific tree
51 nodes directly to GIMPLE (CROSSREF) before passing the function off to
52 be compiled.
53 The Fortran front end converts from a private representation to GENERIC,
54 which is later lowered to GIMPLE when the function is compiled.  Which
55 route to choose probably depends on how well GENERIC (plus extensions)
56 can be made to match up with the source language and necessary parsing
57 data structures.
58
59 BUG: Gimplification must occur before nested function lowering,
60 and nested function lowering must be done by the front end before
61 passing the data off to cgraph.
62
63 TODO: Cgraph should control nested function lowering.  It would
64 only be invoked when it is certain that the outer-most function
65 is used.
66
67 TODO: Cgraph needs a gimplify_function callback.  It should be
68 invoked when (1) it is certain that the function is used, (2)
69 warning flags specified by the user require some amount of
70 compilation in order to honor, (3) the language indicates that
71 semantic analysis is not complete until gimplification occurs.
72 Hum@dots{} this sounds overly complicated.  Perhaps we should just
73 have the front end gimplify always; in most cases it's only one
74 function call.
75
76 The front end needs to pass all function definitions and top level
77 declarations off to the middle-end so that they can be compiled and
78 emitted to the object file.  For a simple procedural language, it is
79 usually most convenient to do this as each top level declaration or
80 definition is seen.  There is also a distinction to be made between
81 generating functional code and generating complete debug information.
82 The only thing that is absolutely required for functional code is that
83 function and data @emph{definitions} be passed to the middle-end.  For
84 complete debug information, function, data and type declarations
85 should all be passed as well.
86
87 @findex rest_of_decl_compilation
88 @findex rest_of_type_compilation
89 @findex cgraph_finalize_function
90 In any case, the front end needs each complete top-level function or
91 data declaration, and each data definition should be passed to
92 @code{rest_of_decl_compilation}.  Each complete type definition should
93 be passed to @code{rest_of_type_compilation}.  Each function definition
94 should be passed to @code{cgraph_finalize_function}.
95
96 TODO: I know rest_of_compilation currently has all sorts of
97 rtl-generation semantics.  I plan to move all code generation
98 bits (both tree and rtl) to compile_function.  Should we hide
99 cgraph from the front ends and move back to rest_of_compilation
100 as the official interface?  Possibly we should rename all three
101 interfaces such that the names match in some meaningful way and
102 that is more descriptive than "rest_of".
103
104 The middle-end will, at its option, emit the function and data
105 definitions immediately or queue them for later processing.
106
107 @node Gimplification pass
108 @section Gimplification pass
109
110 @cindex gimplification
111 @cindex GIMPLE
112 @dfn{Gimplification} is a whimsical term for the process of converting
113 the intermediate representation of a function into the GIMPLE language
114 (CROSSREF).  The term stuck, and so words like ``gimplification'',
115 ``gimplify'', ``gimplifier'' and the like are sprinkled throughout this
116 section of code.
117
118 @cindex GENERIC
119 While a front end may certainly choose to generate GIMPLE directly if
120 it chooses, this can be a moderately complex process unless the
121 intermediate language used by the front end is already fairly simple.
122 Usually it is easier to generate GENERIC trees plus extensions
123 and let the language-independent gimplifier do most of the work.
124
125 @findex gimplify_function_tree
126 @findex gimplify_expr
127 @findex lang_hooks.gimplify_expr
128 The main entry point to this pass is @code{gimplify_function_tree}
129 located in @file{gimplify.c}.  From here we process the entire
130 function gimplifying each statement in turn.  The main workhorse
131 for this pass is @code{gimplify_expr}.  Approximately everything
132 passes through here at least once, and it is from here that we
133 invoke the @code{lang_hooks.gimplify_expr} callback.
134
135 The callback should examine the expression in question and return
136 @code{GS_UNHANDLED} if the expression is not a language specific
137 construct that requires attention.  Otherwise it should alter the
138 expression in some way to such that forward progress is made toward
139 producing valid GIMPLE@.  If the callback is certain that the
140 transformation is complete and the expression is valid GIMPLE, it
141 should return @code{GS_ALL_DONE}.  Otherwise it should return
142 @code{GS_OK}, which will cause the expression to be processed again.
143 If the callback encounters an error during the transformation (because
144 the front end is relying on the gimplification process to finish
145 semantic checks), it should return @code{GS_ERROR}.
146
147 @node Pass manager
148 @section Pass manager
149
150 The pass manager is located in @file{passes.c}, @file{tree-optimize.c}
151 and @file{tree-pass.h}.
152 Its job is to run all of the individual passes in the correct order,
153 and take care of standard bookkeeping that applies to every pass.
154
155 The theory of operation is that each pass defines a structure that
156 represents everything we need to know about that pass---when it
157 should be run, how it should be run, what intermediate language
158 form or on-the-side data structures it needs.  We register the pass
159 to be run in some particular order, and the pass manager arranges
160 for everything to happen in the correct order.
161
162 The actuality doesn't completely live up to the theory at present.
163 Command-line switches and @code{timevar_id_t} enumerations must still
164 be defined elsewhere.  The pass manager validates constraints but does
165 not attempt to (re-)generate data structures or lower intermediate
166 language form based on the requirements of the next pass.  Nevertheless,
167 what is present is useful, and a far sight better than nothing at all.
168
169 TODO: describe the global variables set up by the pass manager,
170 and a brief description of how a new pass should use it.
171 I need to look at what info rtl passes use first@enddots{}
172
173 @node Tree-SSA passes
174 @section Tree-SSA passes
175
176 The following briefly describes the tree optimization passes that are
177 run after gimplification and what source files they are located in.
178
179 @itemize @bullet
180 @item Remove useless statements
181
182 This pass is an extremely simple sweep across the gimple code in which
183 we identify obviously dead code and remove it.  Here we do things like
184 simplify @code{if} statements with constant conditions, remove
185 exception handling constructs surrounding code that obviously cannot
186 throw, remove lexical bindings that contain no variables, and other
187 assorted simplistic cleanups.  The idea is to get rid of the obvious
188 stuff quickly rather than wait until later when it's more work to get
189 rid of it.  This pass is located in @file{tree-cfg.c} and described by
190 @code{pass_remove_useless_stmts}.
191
192 @item Mudflap declaration registration
193
194 If mudflap (@pxref{Optimize Options,,-fmudflap -fmudflapth
195 -fmudflapir,gcc,Using the GNU Compiler Collection (GCC)}) is
196 enabled, we generate code to register some variable declarations with
197 the mudflap runtime.  Specifically, the runtime tracks the lifetimes of
198 those variable declarations that have their addresses taken, or whose
199 bounds are unknown at compile time (@code{extern}).  This pass generates
200 new exception handling constructs (@code{try}/@code{finally}), and so
201 must run before those are lowered.  In addition, the pass enqueues
202 declarations of static variables whose lifetimes extend to the entire
203 program.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and is described
204 by @code{pass_mudflap_1}.
205
206 @item OpenMP lowering
207
208 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass lowers
209 OpenMP constructs into GIMPLE.
210
211 Lowering of OpenMP constructs involves creating replacement
212 expressions for local variables that have been mapped using data
213 sharing clauses, exposing the control flow of most synchronization
214 directives and adding region markers to facilitate the creation of the
215 control flow graph.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is
216 described by @code{pass_lower_omp}.
217
218 @item OpenMP expansion
219
220 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass expands
221 parallel regions into their own functions to be invoked by the thread
222 library.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is described by
223 @code{pass_expand_omp}.
224
225 @item Lower control flow
226
227 This pass flattens @code{if} statements (@code{COND_EXPR})
228 and moves lexical bindings (@code{BIND_EXPR}) out of line.  After
229 this pass, all @code{if} statements will have exactly two @code{goto}
230 statements in its @code{then} and @code{else} arms.  Lexical binding
231 information for each statement will be found in @code{TREE_BLOCK} rather
232 than being inferred from its position under a @code{BIND_EXPR}.  This
233 pass is found in @file{gimple-low.c} and is described by
234 @code{pass_lower_cf}.
235
236 @item Lower exception handling control flow
237
238 This pass decomposes high-level exception handling constructs
239 (@code{TRY_FINALLY_EXPR} and @code{TRY_CATCH_EXPR}) into a form
240 that explicitly represents the control flow involved.  After this
241 pass, @code{lookup_stmt_eh_region} will return a non-negative
242 number for any statement that may have EH control flow semantics;
243 examine @code{tree_can_throw_internal} or @code{tree_can_throw_external}
244 for exact semantics.  Exact control flow may be extracted from
245 @code{foreach_reachable_handler}.  The EH region nesting tree is defined
246 in @file{except.h} and built in @file{except.c}.  The lowering pass
247 itself is in @file{tree-eh.c} and is described by @code{pass_lower_eh}.
248
249 @item Build the control flow graph
250
251 This pass decomposes a function into basic blocks and creates all of
252 the edges that connect them.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
253 is described by @code{pass_build_cfg}.
254
255 @item Find all referenced variables
256
257 This pass walks the entire function and collects an array of all
258 variables referenced in the function, @code{referenced_vars}.  The
259 index at which a variable is found in the array is used as a UID
260 for the variable within this function.  This data is needed by the
261 SSA rewriting routines.  The pass is located in @file{tree-dfa.c}
262 and is described by @code{pass_referenced_vars}.
263
264 @item Enter static single assignment form
265
266 This pass rewrites the function such that it is in SSA form.  After
267 this pass, all @code{is_gimple_reg} variables will be referenced by
268 @code{SSA_NAME}, and all occurrences of other variables will be
269 annotated with @code{VDEFS} and @code{VUSES}; PHI nodes will have
270 been inserted as necessary for each basic block.  This pass is
271 located in @file{tree-ssa.c} and is described by @code{pass_build_ssa}.
272
273 @item Warn for uninitialized variables
274
275 This pass scans the function for uses of @code{SSA_NAME}s that
276 are fed by default definition.  For non-parameter variables, such
277 uses are uninitialized.  The pass is run twice, before and after
278 optimization.  In the first pass we only warn for uses that are
279 positively uninitialized; in the second pass we warn for uses that
280 are possibly uninitialized.  The pass is located in @file{tree-ssa.c}
281 and is defined by @code{pass_early_warn_uninitialized} and
282 @code{pass_late_warn_uninitialized}.
283
284 @item Dead code elimination
285
286 This pass scans the function for statements without side effects whose
287 result is unused.  It does not do memory life analysis, so any value
288 that is stored in memory is considered used.  The pass is run multiple
289 times throughout the optimization process.  It is located in
290 @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_dce}.
291
292 @item Dominator optimizations
293
294 This pass performs trivial dominator-based copy and constant propagation,
295 expression simplification, and jump threading.  It is run multiple times
296 throughout the optimization process.  It it located in @file{tree-ssa-dom.c}
297 and is described by @code{pass_dominator}.
298
299 @item Forward propagation of single-use variables
300
301 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
302 variables that are used once into the expression that uses them and
303 seeing if the result can be simplified.  It is located in
304 @file{tree-ssa-forwprop.c} and is described by @code{pass_forwprop}.
305
306 @item Copy Renaming
307
308 This pass attempts to change the name of compiler temporaries involved in
309 copy operations such that SSA->normal can coalesce the copy away.  When compiler
310 temporaries are copies of user variables, it also renames the compiler
311 temporary to the user variable resulting in better use of user symbols.  It is
312 located in @file{tree-ssa-copyrename.c} and is described by
313 @code{pass_copyrename}.
314
315 @item PHI node optimizations
316
317 This pass recognizes forms of PHI inputs that can be represented as
318 conditional expressions and rewrites them into straight line code.
319 It is located in @file{tree-ssa-phiopt.c} and is described by
320 @code{pass_phiopt}.
321
322 @item May-alias optimization
323
324 This pass performs a flow sensitive SSA-based points-to analysis.
325 The resulting may-alias, must-alias, and escape analysis information
326 is used to promote variables from in-memory addressable objects to
327 non-aliased variables that can be renamed into SSA form.  We also
328 update the @code{VDEF}/@code{VUSE} memory tags for non-renameable
329 aggregates so that we get fewer false kills.  The pass is located
330 in @file{tree-ssa-alias.c} and is described by @code{pass_may_alias}.
331
332 Interprocedural points-to information is located in
333 @file{tree-ssa-structalias.c} and described by @code{pass_ipa_pta}.
334
335 @item Profiling
336
337 This pass rewrites the function in order to collect runtime block
338 and value profiling data.  Such data may be fed back into the compiler
339 on a subsequent run so as to allow optimization based on expected
340 execution frequencies.  The pass is located in @file{predict.c} and
341 is described by @code{pass_profile}.
342
343 @item Lower complex arithmetic
344
345 This pass rewrites complex arithmetic operations into their component
346 scalar arithmetic operations.  The pass is located in @file{tree-complex.c}
347 and is described by @code{pass_lower_complex}.
348
349 @item Scalar replacement of aggregates
350
351 This pass rewrites suitable non-aliased local aggregate variables into
352 a set of scalar variables.  The resulting scalar variables are
353 rewritten into SSA form, which allows subsequent optimization passes
354 to do a significantly better job with them.  The pass is located in
355 @file{tree-sra.c} and is described by @code{pass_sra}.
356
357 @item Dead store elimination
358
359 This pass eliminates stores to memory that are subsequently overwritten
360 by another store, without any intervening loads.  The pass is located
361 in @file{tree-ssa-dse.c} and is described by @code{pass_dse}.
362
363 @item Tail recursion elimination
364
365 This pass transforms tail recursion into a loop.  It is located in
366 @file{tree-tailcall.c} and is described by @code{pass_tail_recursion}.
367
368 @item Forward store motion
369
370 This pass sinks stores and assignments down the flowgraph closer to their
371 use point.  The pass is located in @file{tree-ssa-sink.c} and is
372 described by @code{pass_sink_code}.
373
374 @item Partial redundancy elimination
375
376 This pass eliminates partially redundant computations, as well as
377 performing load motion.  The pass is located in @file{tree-ssa-pre.c}
378 and is described by @code{pass_pre}.
379
380 Just before partial redundancy elimination, if
381 @option{-funsafe-math-optimizations} is on, GCC tries to convert
382 divisions to multiplications by the reciprocal.  The pass is located
383 in @file{tree-ssa-math-opts.c} and is described by
384 @code{pass_cse_reciprocal}.
385
386 @item Full redundancy elimination
387
388 This is a simpler form of PRE that only eliminates redundancies that
389 occur an all paths.  It is located in @file{tree-ssa-pre.c} and
390 described by @code{pass_fre}.
391
392 @item Loop optimization
393
394 The main driver of the pass is placed in @file{tree-ssa-loop.c}
395 and described by @code{pass_loop}.
396
397 The optimizations performed by this pass are:
398
399 Loop invariant motion.  This pass moves only invariants that
400 would be hard to handle on rtl level (function calls, operations that expand to
401 nontrivial sequences of insns).  With @option{-funswitch-loops} it also moves
402 operands of conditions that are invariant out of the loop, so that we can use
403 just trivial invariantness analysis in loop unswitching.  The pass also includes
404 store motion.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-im.c}.
405
406 Canonical induction variable creation.  This pass creates a simple counter
407 for number of iterations of the loop and replaces the exit condition of the
408 loop using it, in case when a complicated analysis is necessary to determine
409 the number of iterations.  Later optimizations then may determine the number
410 easily.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c}.
411
412 Induction variable optimizations.  This pass performs standard induction
413 variable optimizations, including strength reduction, induction variable
414 merging and induction variable elimination.  The pass is implemented in
415 @file{tree-ssa-loop-ivopts.c}.
416
417 Loop unswitching.  This pass moves the conditional jumps that are invariant
418 out of the loops.  To achieve this, a duplicate of the loop is created for
419 each possible outcome of conditional jump(s).  The pass is implemented in
420 @file{tree-ssa-loop-unswitch.c}.  This pass should eventually replace the
421 rtl-level loop unswitching in @file{loop-unswitch.c}, but currently
422 the rtl-level pass is not completely redundant yet due to deficiencies
423 in tree level alias analysis.
424
425 The optimizations also use various utility functions contained in
426 @file{tree-ssa-loop-manip.c}, @file{cfgloop.c}, @file{cfgloopanal.c} and
427 @file{cfgloopmanip.c}.
428
429 Vectorization.  This pass transforms loops to operate on vector types
430 instead of scalar types.  Data parallelism across loop iterations is exploited
431 to group data elements from consecutive iterations into a vector and operate 
432 on them in parallel.  Depending on available target support the loop is 
433 conceptually unrolled by a factor @code{VF} (vectorization factor), which is
434 the number of elements operated upon in parallel in each iteration, and the 
435 @code{VF} copies of each scalar operation are fused to form a vector operation.
436 Additional loop transformations such as peeling and versioning may take place
437 to align the number of iterations, and to align the memory accesses in the loop.
438 The pass is implemented in @file{tree-vectorizer.c} (the main driver and general
439 utilities), @file{tree-vect-analyze.c} and @file{tree-vect-transform.c}.
440 Analysis of data references is in @file{tree-data-ref.c}.
441
442 Autoparallelization.  This pass splits the loop iteration space to run
443 into several threads.  The pass is implemented in @file{tree-parloops.c}.
444
445 @item Tree level if-conversion for vectorizer
446
447 This pass applies if-conversion to simple loops to help vectorizer.
448 We identify if convertible loops, if-convert statements and merge
449 basic blocks in one big block.  The idea is to present loop in such
450 form so that vectorizer can have one to one mapping between statements
451 and available vector operations.  This patch re-introduces COND_EXPR
452 at GIMPLE level.  This pass is located in @file{tree-if-conv.c} and is
453 described by @code{pass_if_conversion}.
454
455 @item Conditional constant propagation
456
457 This pass relaxes a lattice of values in order to identify those
458 that must be constant even in the presence of conditional branches.
459 The pass is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and is described
460 by @code{pass_ccp}.
461
462 A related pass that works on memory loads and stores, and not just
463 register values, is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and described by
464 @code{pass_store_ccp}.
465
466 @item Conditional copy propagation
467
468 This is similar to constant propagation but the lattice of values is
469 the ``copy-of'' relation.  It eliminates redundant copies from the
470 code.  The pass is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
471 @code{pass_copy_prop}.
472
473 A related pass that works on memory copies, and not just register
474 copies, is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
475 @code{pass_store_copy_prop}.
476
477 @item Value range propagation
478
479 This transformation is similar to constant propagation but
480 instead of propagating single constant values, it propagates
481 known value ranges.  The implementation is based on Patterson's
482 range propagation algorithm (Accurate Static Branch Prediction by
483 Value Range Propagation, J. R. C. Patterson, PLDI '95).  In
484 contrast to Patterson's algorithm, this implementation does not
485 propagate branch probabilities nor it uses more than a single
486 range per SSA name. This means that the current implementation
487 cannot be used for branch prediction (though adapting it would
488 not be difficult).  The pass is located in @file{tree-vrp.c} and is
489 described by @code{pass_vrp}.
490
491 @item Folding built-in functions
492
493 This pass simplifies built-in functions, as applicable, with constant
494 arguments or with inferable string lengths.  It is located in
495 @file{tree-ssa-ccp.c} and is described by @code{pass_fold_builtins}.
496
497 @item Split critical edges
498
499 This pass identifies critical edges and inserts empty basic blocks
500 such that the edge is no longer critical.  The pass is located in
501 @file{tree-cfg.c} and is described by @code{pass_split_crit_edges}.
502
503 @item Control dependence dead code elimination
504
505 This pass is a stronger form of dead code elimination that can
506 eliminate unnecessary control flow statements.   It is located
507 in @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_cd_dce}.
508
509 @item Tail call elimination
510
511 This pass identifies function calls that may be rewritten into
512 jumps.  No code transformation is actually applied here, but the
513 data and control flow problem is solved.  The code transformation
514 requires target support, and so is delayed until RTL@.  In the
515 meantime @code{CALL_EXPR_TAILCALL} is set indicating the possibility.
516 The pass is located in @file{tree-tailcall.c} and is described by
517 @code{pass_tail_calls}.  The RTL transformation is handled by
518 @code{fixup_tail_calls} in @file{calls.c}.
519
520 @item Warn for function return without value
521
522 For non-void functions, this pass locates return statements that do
523 not specify a value and issues a warning.  Such a statement may have
524 been injected by falling off the end of the function.  This pass is
525 run last so that we have as much time as possible to prove that the
526 statement is not reachable.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
527 is described by @code{pass_warn_function_return}.
528
529 @item Mudflap statement annotation
530
531 If mudflap is enabled, we rewrite some memory accesses with code to
532 validate that the memory access is correct.  In particular, expressions
533 involving pointer dereferences (@code{INDIRECT_REF}, @code{ARRAY_REF},
534 etc.) are replaced by code that checks the selected address range
535 against the mudflap runtime's database of valid regions.  This check
536 includes an inline lookup into a direct-mapped cache, based on
537 shift/mask operations of the pointer value, with a fallback function
538 call into the runtime.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and
539 is described by @code{pass_mudflap_2}.
540
541 @item Leave static single assignment form
542
543 This pass rewrites the function such that it is in normal form.  At
544 the same time, we eliminate as many single-use temporaries as possible,
545 so the intermediate language is no longer GIMPLE, but GENERIC@.  The
546 pass is located in @file{tree-outof-ssa.c} and is described by
547 @code{pass_del_ssa}.
548
549 @item Merge PHI nodes that feed into one another
550
551 This is part of the CFG cleanup passes.  It attempts to join PHI nodes
552 from a forwarder CFG block into another block with PHI nodes.  The
553 pass is located in @file{tree-cfgcleanup.c} and is described by
554 @code{pass_merge_phi}.
555
556 @item Return value optimization
557
558 If a function always returns the same local variable, and that local
559 variable is an aggregate type, then the variable is replaced with the
560 return value for the function (i.e., the function's DECL_RESULT).  This
561 is equivalent to the C++ named return value optimization applied to
562 GIMPLE@.  The pass is located in @file{tree-nrv.c} and is described by
563 @code{pass_nrv}.
564
565 @item Return slot optimization
566
567 If a function returns a memory object and is called as @code{var =
568 foo()}, this pass tries to change the call so that the address of
569 @code{var} is sent to the caller to avoid an extra memory copy.  This
570 pass is located in @code{tree-nrv.c} and is described by
571 @code{pass_return_slot}.
572
573 @item Optimize calls to @code{__builtin_object_size}
574
575 This is a propagation pass similar to CCP that tries to remove calls
576 to @code{__builtin_object_size} when the size of the object can be
577 computed at compile-time.  This pass is located in
578 @file{tree-object-size.c} and is described by
579 @code{pass_object_sizes}.
580
581 @item Loop invariant motion
582
583 This pass removes expensive loop-invariant computations out of loops.
584 The pass is located in @file{tree-ssa-loop.c} and described by
585 @code{pass_lim}.
586
587 @item Loop nest optimizations
588
589 This is a family of loop transformations that works on loop nests.  It
590 includes loop interchange, scaling, skewing and reversal and they are
591 all geared to the optimization of data locality in array traversals
592 and the removal of dependencies that hamper optimizations such as loop
593 parallelization and vectorization.  The pass is located in
594 @file{tree-loop-linear.c} and described by
595 @code{pass_linear_transform}.
596
597 @item Removal of empty loops
598
599 This pass removes loops with no code in them.  The pass is located in
600 @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
601 @code{pass_empty_loop}.
602
603 @item Unrolling of small loops
604
605 This pass completely unrolls loops with few iterations.  The pass
606 is located in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
607 @code{pass_complete_unroll}.
608
609 @item Predictive commoning
610
611 This pass makes the code reuse the computations from the previous
612 iterations of the loops, especially loads and stores to memory.
613 It does so by storing the values of these computations to a bank
614 of temporary variables that are rotated at the end of loop.  To avoid
615 the need for this rotation, the loop is then unrolled and the copies
616 of the loop body are rewritten to use the appropriate version of
617 the temporary variable.  This pass is located in @file{tree-predcom.c}
618 and described by @code{pass_predcom}.
619
620 @item Array prefetching
621
622 This pass issues prefetch instructions for array references inside
623 loops.  The pass is located in @file{tree-ssa-loop-prefetch.c} and
624 described by @code{pass_loop_prefetch}.
625
626 @item Reassociation
627
628 This pass rewrites arithmetic expressions to enable optimizations that
629 operate on them, like redundancy elimination and vectorization.  The
630 pass is located in @file{tree-ssa-reassoc.c} and described by
631 @code{pass_reassoc}.
632
633 @item Optimization of @code{stdarg} functions
634
635 This pass tries to avoid the saving of register arguments into the
636 stack on entry to @code{stdarg} functions.  If the function doesn't
637 use any @code{va_start} macros, no registers need to be saved.  If
638 @code{va_start} macros are used, the @code{va_list} variables don't
639 escape the function, it is only necessary to save registers that will
640 be used in @code{va_arg} macros.  For instance, if @code{va_arg} is
641 only used with integral types in the function, floating point
642 registers don't need to be saved.  This pass is located in
643 @code{tree-stdarg.c} and described by @code{pass_stdarg}.
644
645 @end itemize
646
647 @node RTL passes
648 @section RTL passes
649
650 The following briefly describes the rtl generation and optimization
651 passes that are run after tree optimization.
652
653 @itemize @bullet
654 @item RTL generation
655
656 @c Avoiding overfull is tricky here.
657 The source files for RTL generation include
658 @file{stmt.c},
659 @file{calls.c},
660 @file{expr.c},
661 @file{explow.c},
662 @file{expmed.c},
663 @file{function.c},
664 @file{optabs.c}
665 and @file{emit-rtl.c}.
666 Also, the file
667 @file{insn-emit.c}, generated from the machine description by the
668 program @code{genemit}, is used in this pass.  The header file
669 @file{expr.h} is used for communication within this pass.
670
671 @findex genflags
672 @findex gencodes
673 The header files @file{insn-flags.h} and @file{insn-codes.h},
674 generated from the machine description by the programs @code{genflags}
675 and @code{gencodes}, tell this pass which standard names are available
676 for use and which patterns correspond to them.
677
678 @item Generate exception handling landing pads
679
680 This pass generates the glue that handles communication between the
681 exception handling library routines and the exception handlers within
682 the function.  Entry points in the function that are invoked by the
683 exception handling library are called @dfn{landing pads}.  The code
684 for this pass is located within @file{except.c}.
685
686 @item Cleanup control flow graph
687
688 This pass removes unreachable code, simplifies jumps to next, jumps to
689 jump, jumps across jumps, etc.  The pass is run multiple times.
690 For historical reasons, it is occasionally referred to as the ``jump
691 optimization pass''.  The bulk of the code for this pass is in
692 @file{cfgcleanup.c}, and there are support routines in @file{cfgrtl.c}
693 and @file{jump.c}.
694
695 @item Forward propagation of single-def values
696
697 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
698 variables that come from a single definition, and
699 seeing if the result can be simplified.  It performs copy propagation
700 and addressing mode selection.  The pass is run twice, with values
701 being propagated into loops only on the second run.  It is located in
702 @file{fwprop.c}.
703
704 @item Common subexpression elimination
705
706 This pass removes redundant computation within basic blocks, and
707 optimizes addressing modes based on cost.  The pass is run twice.
708 The source is located in @file{cse.c}.
709
710 @item Global common subexpression elimination.
711
712 This pass performs two
713 different types of GCSE  depending on whether you are optimizing for
714 size or not (LCM based GCSE tends to increase code size for a gain in
715 speed, while Morel-Renvoise based GCSE does not).
716 When optimizing for size, GCSE is done using Morel-Renvoise Partial
717 Redundancy Elimination, with the exception that it does not try to move
718 invariants out of loops---that is left to  the loop optimization pass.
719 If MR PRE GCSE is done, code hoisting (aka unification) is also done, as
720 well as load motion.
721 If you are optimizing for speed, LCM (lazy code motion) based GCSE is
722 done.  LCM is based on the work of Knoop, Ruthing, and Steffen.  LCM
723 based GCSE also does loop invariant code motion.  We also perform load
724 and store motion when optimizing for speed.
725 Regardless of which type of GCSE is used, the GCSE pass also performs
726 global constant and  copy propagation.
727 The source file for this pass is @file{gcse.c}, and the LCM routines
728 are in @file{lcm.c}.
729
730 @item Loop optimization
731
732 This pass performs several loop related optimizations.
733 The source files @file{cfgloopanal.c} and @file{cfgloopmanip.c} contain
734 generic loop analysis and manipulation code.  Initialization and finalization
735 of loop structures is handled by @file{loop-init.c}.
736 A loop invariant motion pass is implemented in @file{loop-invariant.c}.
737 Basic block level optimizations---unrolling, peeling and unswitching loops---
738 are implemented in @file{loop-unswitch.c} and @file{loop-unroll.c}.
739 Replacing of the exit condition of loops by special machine-dependent
740 instructions is handled by @file{loop-doloop.c}.
741
742 @item Jump bypassing
743
744 This pass is an aggressive form of GCSE that transforms the control
745 flow graph of a function by propagating constants into conditional
746 branch instructions.  The source file for this pass is @file{gcse.c}.
747
748 @item If conversion
749
750 This pass attempts to replace conditional branches and surrounding
751 assignments with arithmetic, boolean value producing comparison
752 instructions, and conditional move instructions.  In the very last
753 invocation after reload, it will generate predicated instructions
754 when supported by the target.  The pass is located in @file{ifcvt.c}.
755
756 @item Web construction
757
758 This pass splits independent uses of each pseudo-register.  This can
759 improve effect of the other transformation, such as CSE or register
760 allocation.  Its source files are @file{web.c}.
761
762 @item Life analysis
763
764 This pass computes which pseudo-registers are live at each point in
765 the program, and makes the first instruction that uses a value point
766 at the instruction that computed the value.  It then deletes
767 computations whose results are never used, and combines memory
768 references with add or subtract instructions to make autoincrement or
769 autodecrement addressing.  The pass is located in @file{flow.c}.
770
771 @item Instruction combination
772
773 This pass attempts to combine groups of two or three instructions that
774 are related by data flow into single instructions.  It combines the
775 RTL expressions for the instructions by substitution, simplifies the
776 result using algebra, and then attempts to match the result against
777 the machine description.  The pass is located in @file{combine.c}.
778
779 @item Register movement
780
781 This pass looks for cases where matching constraints would force an
782 instruction to need a reload, and this reload would be a
783 register-to-register move.  It then attempts to change the registers
784 used by the instruction to avoid the move instruction.
785 The pass is located in @file{regmove.c}.
786
787 @item Optimize mode switching
788
789 This pass looks for instructions that require the processor to be in a
790 specific ``mode'' and minimizes the number of mode changes required to
791 satisfy all users.  What these modes are, and what they apply to are
792 completely target-specific.
793 The source is located in @file{mode-switching.c}.
794
795 @cindex modulo scheduling
796 @cindex sms, swing, software pipelining
797 @item Modulo scheduling
798
799 This pass looks at innermost loops and reorders their instructions
800 by overlapping different iterations.  Modulo scheduling is performed
801 immediately before instruction scheduling.
802 The pass is located in (@file{modulo-sched.c}).
803
804 @item Instruction scheduling
805
806 This pass looks for instructions whose output will not be available by
807 the time that it is used in subsequent instructions.  Memory loads and
808 floating point instructions often have this behavior on RISC machines.
809 It re-orders instructions within a basic block to try to separate the
810 definition and use of items that otherwise would cause pipeline
811 stalls.  This pass is performed twice, before and after register
812 allocation.  The pass is located in @file{haifa-sched.c},
813 @file{sched-deps.c}, @file{sched-ebb.c}, @file{sched-rgn.c} and
814 @file{sched-vis.c}.
815
816 @item Register allocation
817
818 These passes make sure that all occurrences of pseudo registers are
819 eliminated, either by allocating them to a hard register, replacing
820 them by an equivalent expression (e.g.@: a constant) or by placing
821 them on the stack.  This is done in several subpasses:
822
823 @itemize @bullet
824 @item
825 Register class preferencing.  The RTL code is scanned to find out
826 which register class is best for each pseudo register.  The source
827 file is @file{regclass.c}.
828
829 @item
830 Local register allocation.  This pass allocates hard registers to
831 pseudo registers that are used only within one basic block.  Because
832 the basic block is linear, it can use fast and powerful techniques to
833 do a decent job.  The source is located in @file{local-alloc.c}.
834
835 @item
836 Global register allocation.  This pass allocates hard registers for
837 the remaining pseudo registers (those whose life spans are not
838 contained in one basic block).  The pass is located in @file{global.c}.
839
840 @cindex reloading
841 @item
842 Reloading.  This pass renumbers pseudo registers with the hardware
843 registers numbers they were allocated.  Pseudo registers that did not
844 get hard registers are replaced with stack slots.  Then it finds
845 instructions that are invalid because a value has failed to end up in
846 a register, or has ended up in a register of the wrong kind.  It fixes
847 up these instructions by reloading the problematical values
848 temporarily into registers.  Additional instructions are generated to
849 do the copying.
850
851 The reload pass also optionally eliminates the frame pointer and inserts
852 instructions to save and restore call-clobbered registers around calls.
853
854 Source files are @file{reload.c} and @file{reload1.c}, plus the header
855 @file{reload.h} used for communication between them.
856 @end itemize
857
858 @item Basic block reordering
859
860 This pass implements profile guided code positioning.  If profile
861 information is not available, various types of static analysis are
862 performed to make the predictions normally coming from the profile
863 feedback (IE execution frequency, branch probability, etc).  It is
864 implemented in the file @file{bb-reorder.c}, and the various
865 prediction routines are in @file{predict.c}.
866
867 @item Variable tracking
868
869 This pass computes where the variables are stored at each
870 position in code and generates notes describing the variable locations
871 to RTL code.  The location lists are then generated according to these
872 notes to debug information if the debugging information format supports
873 location lists.
874
875 @item Delayed branch scheduling
876
877 This optional pass attempts to find instructions that can go into the
878 delay slots of other instructions, usually jumps and calls.  The
879 source file name is @file{reorg.c}.
880
881 @item Branch shortening
882
883 On many RISC machines, branch instructions have a limited range.
884 Thus, longer sequences of instructions must be used for long branches.
885 In this pass, the compiler figures out what how far each instruction
886 will be from each other instruction, and therefore whether the usual
887 instructions, or the longer sequences, must be used for each branch.
888
889 @item Register-to-stack conversion
890
891 Conversion from usage of some hard registers to usage of a register
892 stack may be done at this point.  Currently, this is supported only
893 for the floating-point registers of the Intel 80387 coprocessor.   The
894 source file name is @file{reg-stack.c}.
895
896 @item Final
897
898 This pass outputs the assembler code for the function.  The source files
899 are @file{final.c} plus @file{insn-output.c}; the latter is generated
900 automatically from the machine description by the tool @file{genoutput}.
901 The header file @file{conditions.h} is used for communication between
902 these files.  If mudflap is enabled, the queue of deferred declarations
903 and any addressed constants (e.g., string literals) is processed by
904 @code{mudflap_finish_file} into a synthetic constructor function
905 containing calls into the mudflap runtime.
906
907 @item Debugging information output
908
909 This is run after final because it must output the stack slot offsets
910 for pseudo registers that did not get hard registers.  Source files
911 are @file{dbxout.c} for DBX symbol table format, @file{sdbout.c} for
912 SDB symbol table format, @file{dwarfout.c} for DWARF symbol table
913 format, files @file{dwarf2out.c} and @file{dwarf2asm.c} for DWARF2
914 symbol table format, and @file{vmsdbgout.c} for VMS debug symbol table
915 format.
916
917 @end itemize