OSDN Git Service

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