OSDN Git Service

* doc/tm.texi.in (Cond. Exec. Macros): Rename node from this ...
[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, 2009 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 Each pass should have a unique name.
170 Each pass may have its own dump file (for GCC debugging purposes).
171 Passes with a name starting with a star do not dump anything.
172 Sometimes passes are supposed to share a dump file / option name.
173 To still give these unique names, you can use a prefix that is delimited
174 by a space from the part that is used for the dump file / option name.
175 E.g. When the pass name is "ud dce", the name used for dump file/options
176 is "dce".
177
178 TODO: describe the global variables set up by the pass manager,
179 and a brief description of how a new pass should use it.
180 I need to look at what info RTL passes use first@enddots{}
181
182 @node Tree SSA passes
183 @section Tree SSA passes
184
185 The following briefly describes the Tree optimization passes that are
186 run after gimplification and what source files they are located in.
187
188 @itemize @bullet
189 @item Remove useless statements
190
191 This pass is an extremely simple sweep across the gimple code in which
192 we identify obviously dead code and remove it.  Here we do things like
193 simplify @code{if} statements with constant conditions, remove
194 exception handling constructs surrounding code that obviously cannot
195 throw, remove lexical bindings that contain no variables, and other
196 assorted simplistic cleanups.  The idea is to get rid of the obvious
197 stuff quickly rather than wait until later when it's more work to get
198 rid of it.  This pass is located in @file{tree-cfg.c} and described by
199 @code{pass_remove_useless_stmts}.
200
201 @item Mudflap declaration registration
202
203 If mudflap (@pxref{Optimize Options,,-fmudflap -fmudflapth
204 -fmudflapir,gcc,Using the GNU Compiler Collection (GCC)}) is
205 enabled, we generate code to register some variable declarations with
206 the mudflap runtime.  Specifically, the runtime tracks the lifetimes of
207 those variable declarations that have their addresses taken, or whose
208 bounds are unknown at compile time (@code{extern}).  This pass generates
209 new exception handling constructs (@code{try}/@code{finally}), and so
210 must run before those are lowered.  In addition, the pass enqueues
211 declarations of static variables whose lifetimes extend to the entire
212 program.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and is described
213 by @code{pass_mudflap_1}.
214
215 @item OpenMP lowering
216
217 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass lowers
218 OpenMP constructs into GIMPLE.
219
220 Lowering of OpenMP constructs involves creating replacement
221 expressions for local variables that have been mapped using data
222 sharing clauses, exposing the control flow of most synchronization
223 directives and adding region markers to facilitate the creation of the
224 control flow graph.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is
225 described by @code{pass_lower_omp}.
226
227 @item OpenMP expansion
228
229 If OpenMP generation (@option{-fopenmp}) is enabled, this pass expands
230 parallel regions into their own functions to be invoked by the thread
231 library.  The pass is located in @file{omp-low.c} and is described by
232 @code{pass_expand_omp}.
233
234 @item Lower control flow
235
236 This pass flattens @code{if} statements (@code{COND_EXPR})
237 and moves lexical bindings (@code{BIND_EXPR}) out of line.  After
238 this pass, all @code{if} statements will have exactly two @code{goto}
239 statements in its @code{then} and @code{else} arms.  Lexical binding
240 information for each statement will be found in @code{TREE_BLOCK} rather
241 than being inferred from its position under a @code{BIND_EXPR}.  This
242 pass is found in @file{gimple-low.c} and is described by
243 @code{pass_lower_cf}.
244
245 @item Lower exception handling control flow
246
247 This pass decomposes high-level exception handling constructs
248 (@code{TRY_FINALLY_EXPR} and @code{TRY_CATCH_EXPR}) into a form
249 that explicitly represents the control flow involved.  After this
250 pass, @code{lookup_stmt_eh_region} will return a non-negative
251 number for any statement that may have EH control flow semantics;
252 examine @code{tree_can_throw_internal} or @code{tree_can_throw_external}
253 for exact semantics.  Exact control flow may be extracted from
254 @code{foreach_reachable_handler}.  The EH region nesting tree is defined
255 in @file{except.h} and built in @file{except.c}.  The lowering pass
256 itself is in @file{tree-eh.c} and is described by @code{pass_lower_eh}.
257
258 @item Build the control flow graph
259
260 This pass decomposes a function into basic blocks and creates all of
261 the edges that connect them.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
262 is described by @code{pass_build_cfg}.
263
264 @item Find all referenced variables
265
266 This pass walks the entire function and collects an array of all
267 variables referenced in the function, @code{referenced_vars}.  The
268 index at which a variable is found in the array is used as a UID
269 for the variable within this function.  This data is needed by the
270 SSA rewriting routines.  The pass is located in @file{tree-dfa.c}
271 and is described by @code{pass_referenced_vars}.
272
273 @item Enter static single assignment form
274
275 This pass rewrites the function such that it is in SSA form.  After
276 this pass, all @code{is_gimple_reg} variables will be referenced by
277 @code{SSA_NAME}, and all occurrences of other variables will be
278 annotated with @code{VDEFS} and @code{VUSES}; PHI nodes will have
279 been inserted as necessary for each basic block.  This pass is
280 located in @file{tree-ssa.c} and is described by @code{pass_build_ssa}.
281
282 @item Warn for uninitialized variables
283
284 This pass scans the function for uses of @code{SSA_NAME}s that
285 are fed by default definition.  For non-parameter variables, such
286 uses are uninitialized.  The pass is run twice, before and after
287 optimization (if turned on).  In the first pass we only warn for uses that are
288 positively uninitialized; in the second pass we warn for uses that
289 are possibly uninitialized.  The pass is located in @file{tree-ssa.c}
290 and is defined by @code{pass_early_warn_uninitialized} and
291 @code{pass_late_warn_uninitialized}.
292
293 @item Dead code elimination
294
295 This pass scans the function for statements without side effects whose
296 result is unused.  It does not do memory life analysis, so any value
297 that is stored in memory is considered used.  The pass is run multiple
298 times throughout the optimization process.  It is located in
299 @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_dce}.
300
301 @item Dominator optimizations
302
303 This pass performs trivial dominator-based copy and constant propagation,
304 expression simplification, and jump threading.  It is run multiple times
305 throughout the optimization process.  It is located in @file{tree-ssa-dom.c}
306 and is described by @code{pass_dominator}.
307
308 @item Forward propagation of single-use variables
309
310 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
311 variables that are used once into the expression that uses them and
312 seeing if the result can be simplified.  It is located in
313 @file{tree-ssa-forwprop.c} and is described by @code{pass_forwprop}.
314
315 @item Copy Renaming
316
317 This pass attempts to change the name of compiler temporaries involved in
318 copy operations such that SSA->normal can coalesce the copy away.  When compiler
319 temporaries are copies of user variables, it also renames the compiler
320 temporary to the user variable resulting in better use of user symbols.  It is
321 located in @file{tree-ssa-copyrename.c} and is described by
322 @code{pass_copyrename}.
323
324 @item PHI node optimizations
325
326 This pass recognizes forms of PHI inputs that can be represented as
327 conditional expressions and rewrites them into straight line code.
328 It is located in @file{tree-ssa-phiopt.c} and is described by
329 @code{pass_phiopt}.
330
331 @item May-alias optimization
332
333 This pass performs a flow sensitive SSA-based points-to analysis.
334 The resulting may-alias, must-alias, and escape analysis information
335 is used to promote variables from in-memory addressable objects to
336 non-aliased variables that can be renamed into SSA form.  We also
337 update the @code{VDEF}/@code{VUSE} memory tags for non-renameable
338 aggregates so that we get fewer false kills.  The pass is located
339 in @file{tree-ssa-alias.c} and is described by @code{pass_may_alias}.
340
341 Interprocedural points-to information is located in
342 @file{tree-ssa-structalias.c} and described by @code{pass_ipa_pta}.
343
344 @item Profiling
345
346 This pass rewrites the function in order to collect runtime block
347 and value profiling data.  Such data may be fed back into the compiler
348 on a subsequent run so as to allow optimization based on expected
349 execution frequencies.  The pass is located in @file{predict.c} and
350 is described by @code{pass_profile}.
351
352 @item Lower complex arithmetic
353
354 This pass rewrites complex arithmetic operations into their component
355 scalar arithmetic operations.  The pass is located in @file{tree-complex.c}
356 and is described by @code{pass_lower_complex}.
357
358 @item Scalar replacement of aggregates
359
360 This pass rewrites suitable non-aliased local aggregate variables into
361 a set of scalar variables.  The resulting scalar variables are
362 rewritten into SSA form, which allows subsequent optimization passes
363 to do a significantly better job with them.  The pass is located in
364 @file{tree-sra.c} and is described by @code{pass_sra}.
365
366 @item Dead store elimination
367
368 This pass eliminates stores to memory that are subsequently overwritten
369 by another store, without any intervening loads.  The pass is located
370 in @file{tree-ssa-dse.c} and is described by @code{pass_dse}.
371
372 @item Tail recursion elimination
373
374 This pass transforms tail recursion into a loop.  It is located in
375 @file{tree-tailcall.c} and is described by @code{pass_tail_recursion}.
376
377 @item Forward store motion
378
379 This pass sinks stores and assignments down the flowgraph closer to their
380 use point.  The pass is located in @file{tree-ssa-sink.c} and is
381 described by @code{pass_sink_code}.
382
383 @item Partial redundancy elimination
384
385 This pass eliminates partially redundant computations, as well as
386 performing load motion.  The pass is located in @file{tree-ssa-pre.c}
387 and is described by @code{pass_pre}.
388
389 Just before partial redundancy elimination, if
390 @option{-funsafe-math-optimizations} is on, GCC tries to convert
391 divisions to multiplications by the reciprocal.  The pass is located
392 in @file{tree-ssa-math-opts.c} and is described by
393 @code{pass_cse_reciprocal}.
394
395 @item Full redundancy elimination
396
397 This is a simpler form of PRE that only eliminates redundancies that
398 occur an all paths.  It is located in @file{tree-ssa-pre.c} and
399 described by @code{pass_fre}.
400
401 @item Loop optimization
402
403 The main driver of the pass is placed in @file{tree-ssa-loop.c}
404 and described by @code{pass_loop}.
405
406 The optimizations performed by this pass are:
407
408 Loop invariant motion.  This pass moves only invariants that
409 would be hard to handle on RTL level (function calls, operations that expand to
410 nontrivial sequences of insns).  With @option{-funswitch-loops} it also moves
411 operands of conditions that are invariant out of the loop, so that we can use
412 just trivial invariantness analysis in loop unswitching.  The pass also includes
413 store motion.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-im.c}.
414
415 Canonical induction variable creation.  This pass creates a simple counter
416 for number of iterations of the loop and replaces the exit condition of the
417 loop using it, in case when a complicated analysis is necessary to determine
418 the number of iterations.  Later optimizations then may determine the number
419 easily.  The pass is implemented in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c}.
420
421 Induction variable optimizations.  This pass performs standard induction
422 variable optimizations, including strength reduction, induction variable
423 merging and induction variable elimination.  The pass is implemented in
424 @file{tree-ssa-loop-ivopts.c}.
425
426 Loop unswitching.  This pass moves the conditional jumps that are invariant
427 out of the loops.  To achieve this, a duplicate of the loop is created for
428 each possible outcome of conditional jump(s).  The pass is implemented in
429 @file{tree-ssa-loop-unswitch.c}.  This pass should eventually replace the
430 RTL level loop unswitching in @file{loop-unswitch.c}, but currently
431 the RTL level pass is not completely redundant yet due to deficiencies
432 in tree level alias analysis.
433
434 The optimizations also use various utility functions contained in
435 @file{tree-ssa-loop-manip.c}, @file{cfgloop.c}, @file{cfgloopanal.c} and
436 @file{cfgloopmanip.c}.
437
438 Vectorization.  This pass transforms loops to operate on vector types
439 instead of scalar types.  Data parallelism across loop iterations is exploited
440 to group data elements from consecutive iterations into a vector and operate 
441 on them in parallel.  Depending on available target support the loop is 
442 conceptually unrolled by a factor @code{VF} (vectorization factor), which is
443 the number of elements operated upon in parallel in each iteration, and the 
444 @code{VF} copies of each scalar operation are fused to form a vector operation.
445 Additional loop transformations such as peeling and versioning may take place
446 to align the number of iterations, and to align the memory accesses in the 
447 loop.
448 The pass is implemented in @file{tree-vectorizer.c} (the main driver),
449 @file{tree-vect-loop.c} and @file{tree-vect-loop-manip.c} (loop specific parts 
450 and general loop utilities), @file{tree-vect-slp} (loop-aware SLP 
451 functionality), @file{tree-vect-stmts.c} and @file{tree-vect-data-refs.c}.
452 Analysis of data references is in @file{tree-data-ref.c}.
453
454 SLP Vectorization.  This pass performs vectorization of straight-line code. The
455 pass is implemented in @file{tree-vectorizer.c} (the main driver),
456 @file{tree-vect-slp.c}, @file{tree-vect-stmts.c} and 
457 @file{tree-vect-data-refs.c}.
458
459 Autoparallelization.  This pass splits the loop iteration space to run
460 into several threads.  The pass is implemented in @file{tree-parloops.c}.
461
462 Graphite is a loop transformation framework based on the polyhedral
463 model.  Graphite stands for Gimple Represented as Polyhedra.  The
464 internals of this infrastructure are documented in
465 @w{@uref{http://gcc.gnu.org/wiki/Graphite}}.  The passes working on
466 this representation are implemented in the various @file{graphite-*}
467 files.
468
469 @item Tree level if-conversion for vectorizer
470
471 This pass applies if-conversion to simple loops to help vectorizer.
472 We identify if convertible loops, if-convert statements and merge
473 basic blocks in one big block.  The idea is to present loop in such
474 form so that vectorizer can have one to one mapping between statements
475 and available vector operations.  This pass is located in 
476 @file{tree-if-conv.c} and is described by @code{pass_if_conversion}.
477
478 @item Conditional constant propagation
479
480 This pass relaxes a lattice of values in order to identify those
481 that must be constant even in the presence of conditional branches.
482 The pass is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and is described
483 by @code{pass_ccp}.
484
485 A related pass that works on memory loads and stores, and not just
486 register values, is located in @file{tree-ssa-ccp.c} and described by
487 @code{pass_store_ccp}.
488
489 @item Conditional copy propagation
490
491 This is similar to constant propagation but the lattice of values is
492 the ``copy-of'' relation.  It eliminates redundant copies from the
493 code.  The pass is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
494 @code{pass_copy_prop}.
495
496 A related pass that works on memory copies, and not just register
497 copies, is located in @file{tree-ssa-copy.c} and described by
498 @code{pass_store_copy_prop}.
499
500 @item Value range propagation
501
502 This transformation is similar to constant propagation but
503 instead of propagating single constant values, it propagates
504 known value ranges.  The implementation is based on Patterson's
505 range propagation algorithm (Accurate Static Branch Prediction by
506 Value Range Propagation, J. R. C. Patterson, PLDI '95).  In
507 contrast to Patterson's algorithm, this implementation does not
508 propagate branch probabilities nor it uses more than a single
509 range per SSA name. This means that the current implementation
510 cannot be used for branch prediction (though adapting it would
511 not be difficult).  The pass is located in @file{tree-vrp.c} and is
512 described by @code{pass_vrp}.
513
514 @item Folding built-in functions
515
516 This pass simplifies built-in functions, as applicable, with constant
517 arguments or with inferable string lengths.  It is located in
518 @file{tree-ssa-ccp.c} and is described by @code{pass_fold_builtins}.
519
520 @item Split critical edges
521
522 This pass identifies critical edges and inserts empty basic blocks
523 such that the edge is no longer critical.  The pass is located in
524 @file{tree-cfg.c} and is described by @code{pass_split_crit_edges}.
525
526 @item Control dependence dead code elimination
527
528 This pass is a stronger form of dead code elimination that can
529 eliminate unnecessary control flow statements.   It is located
530 in @file{tree-ssa-dce.c} and is described by @code{pass_cd_dce}.
531
532 @item Tail call elimination
533
534 This pass identifies function calls that may be rewritten into
535 jumps.  No code transformation is actually applied here, but the
536 data and control flow problem is solved.  The code transformation
537 requires target support, and so is delayed until RTL@.  In the
538 meantime @code{CALL_EXPR_TAILCALL} is set indicating the possibility.
539 The pass is located in @file{tree-tailcall.c} and is described by
540 @code{pass_tail_calls}.  The RTL transformation is handled by
541 @code{fixup_tail_calls} in @file{calls.c}.
542
543 @item Warn for function return without value
544
545 For non-void functions, this pass locates return statements that do
546 not specify a value and issues a warning.  Such a statement may have
547 been injected by falling off the end of the function.  This pass is
548 run last so that we have as much time as possible to prove that the
549 statement is not reachable.  It is located in @file{tree-cfg.c} and
550 is described by @code{pass_warn_function_return}.
551
552 @item Mudflap statement annotation
553
554 If mudflap is enabled, we rewrite some memory accesses with code to
555 validate that the memory access is correct.  In particular, expressions
556 involving pointer dereferences (@code{INDIRECT_REF}, @code{ARRAY_REF},
557 etc.) are replaced by code that checks the selected address range
558 against the mudflap runtime's database of valid regions.  This check
559 includes an inline lookup into a direct-mapped cache, based on
560 shift/mask operations of the pointer value, with a fallback function
561 call into the runtime.  The pass is located in @file{tree-mudflap.c} and
562 is described by @code{pass_mudflap_2}.
563
564 @item Leave static single assignment form
565
566 This pass rewrites the function such that it is in normal form.  At
567 the same time, we eliminate as many single-use temporaries as possible,
568 so the intermediate language is no longer GIMPLE, but GENERIC@.  The
569 pass is located in @file{tree-outof-ssa.c} and is described by
570 @code{pass_del_ssa}.
571
572 @item Merge PHI nodes that feed into one another
573
574 This is part of the CFG cleanup passes.  It attempts to join PHI nodes
575 from a forwarder CFG block into another block with PHI nodes.  The
576 pass is located in @file{tree-cfgcleanup.c} and is described by
577 @code{pass_merge_phi}.
578
579 @item Return value optimization
580
581 If a function always returns the same local variable, and that local
582 variable is an aggregate type, then the variable is replaced with the
583 return value for the function (i.e., the function's DECL_RESULT).  This
584 is equivalent to the C++ named return value optimization applied to
585 GIMPLE@.  The pass is located in @file{tree-nrv.c} and is described by
586 @code{pass_nrv}.
587
588 @item Return slot optimization
589
590 If a function returns a memory object and is called as @code{var =
591 foo()}, this pass tries to change the call so that the address of
592 @code{var} is sent to the caller to avoid an extra memory copy.  This
593 pass is located in @code{tree-nrv.c} and is described by
594 @code{pass_return_slot}.
595
596 @item Optimize calls to @code{__builtin_object_size}
597
598 This is a propagation pass similar to CCP that tries to remove calls
599 to @code{__builtin_object_size} when the size of the object can be
600 computed at compile-time.  This pass is located in
601 @file{tree-object-size.c} and is described by
602 @code{pass_object_sizes}.
603
604 @item Loop invariant motion
605
606 This pass removes expensive loop-invariant computations out of loops.
607 The pass is located in @file{tree-ssa-loop.c} and described by
608 @code{pass_lim}.
609
610 @item Loop nest optimizations
611
612 This is a family of loop transformations that works on loop nests.  It
613 includes loop interchange, scaling, skewing and reversal and they are
614 all geared to the optimization of data locality in array traversals
615 and the removal of dependencies that hamper optimizations such as loop
616 parallelization and vectorization.  The pass is located in
617 @file{tree-loop-linear.c} and described by
618 @code{pass_linear_transform}.
619
620 @item Removal of empty loops
621
622 This pass removes loops with no code in them.  The pass is located in
623 @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
624 @code{pass_empty_loop}.
625
626 @item Unrolling of small loops
627
628 This pass completely unrolls loops with few iterations.  The pass
629 is located in @file{tree-ssa-loop-ivcanon.c} and described by
630 @code{pass_complete_unroll}.
631
632 @item Predictive commoning
633
634 This pass makes the code reuse the computations from the previous
635 iterations of the loops, especially loads and stores to memory.
636 It does so by storing the values of these computations to a bank
637 of temporary variables that are rotated at the end of loop.  To avoid
638 the need for this rotation, the loop is then unrolled and the copies
639 of the loop body are rewritten to use the appropriate version of
640 the temporary variable.  This pass is located in @file{tree-predcom.c}
641 and described by @code{pass_predcom}.
642
643 @item Array prefetching
644
645 This pass issues prefetch instructions for array references inside
646 loops.  The pass is located in @file{tree-ssa-loop-prefetch.c} and
647 described by @code{pass_loop_prefetch}.
648
649 @item Reassociation
650
651 This pass rewrites arithmetic expressions to enable optimizations that
652 operate on them, like redundancy elimination and vectorization.  The
653 pass is located in @file{tree-ssa-reassoc.c} and described by
654 @code{pass_reassoc}.
655
656 @item Optimization of @code{stdarg} functions
657
658 This pass tries to avoid the saving of register arguments into the
659 stack on entry to @code{stdarg} functions.  If the function doesn't
660 use any @code{va_start} macros, no registers need to be saved.  If
661 @code{va_start} macros are used, the @code{va_list} variables don't
662 escape the function, it is only necessary to save registers that will
663 be used in @code{va_arg} macros.  For instance, if @code{va_arg} is
664 only used with integral types in the function, floating point
665 registers don't need to be saved.  This pass is located in
666 @code{tree-stdarg.c} and described by @code{pass_stdarg}.
667
668 @end itemize
669
670 @node RTL passes
671 @section RTL passes
672
673 The following briefly describes the RTL generation and optimization
674 passes that are run after the Tree optimization passes.
675
676 @itemize @bullet
677 @item RTL generation
678
679 @c Avoiding overfull is tricky here.
680 The source files for RTL generation include
681 @file{stmt.c},
682 @file{calls.c},
683 @file{expr.c},
684 @file{explow.c},
685 @file{expmed.c},
686 @file{function.c},
687 @file{optabs.c}
688 and @file{emit-rtl.c}.
689 Also, the file
690 @file{insn-emit.c}, generated from the machine description by the
691 program @code{genemit}, is used in this pass.  The header file
692 @file{expr.h} is used for communication within this pass.
693
694 @findex genflags
695 @findex gencodes
696 The header files @file{insn-flags.h} and @file{insn-codes.h},
697 generated from the machine description by the programs @code{genflags}
698 and @code{gencodes}, tell this pass which standard names are available
699 for use and which patterns correspond to them.
700
701 @item Generation of exception landing pads
702
703 This pass generates the glue that handles communication between the
704 exception handling library routines and the exception handlers within
705 the function.  Entry points in the function that are invoked by the
706 exception handling library are called @dfn{landing pads}.  The code
707 for this pass is located in @file{except.c}.
708
709 @item Control flow graph cleanup
710
711 This pass removes unreachable code, simplifies jumps to next, jumps to
712 jump, jumps across jumps, etc.  The pass is run multiple times.
713 For historical reasons, it is occasionally referred to as the ``jump
714 optimization pass''.  The bulk of the code for this pass is in
715 @file{cfgcleanup.c}, and there are support routines in @file{cfgrtl.c}
716 and @file{jump.c}.
717
718 @item Forward propagation of single-def values
719
720 This pass attempts to remove redundant computation by substituting
721 variables that come from a single definition, and
722 seeing if the result can be simplified.  It performs copy propagation
723 and addressing mode selection.  The pass is run twice, with values
724 being propagated into loops only on the second run.  The code is
725 located in @file{fwprop.c}.
726
727 @item Common subexpression elimination
728
729 This pass removes redundant computation within basic blocks, and
730 optimizes addressing modes based on cost.  The pass is run twice.
731 The code for this pass is located in @file{cse.c}.
732
733 @item Global common subexpression elimination
734
735 This pass performs two
736 different types of GCSE  depending on whether you are optimizing for
737 size or not (LCM based GCSE tends to increase code size for a gain in
738 speed, while Morel-Renvoise based GCSE does not).
739 When optimizing for size, GCSE is done using Morel-Renvoise Partial
740 Redundancy Elimination, with the exception that it does not try to move
741 invariants out of loops---that is left to  the loop optimization pass.
742 If MR PRE GCSE is done, code hoisting (aka unification) is also done, as
743 well as load motion.
744 If you are optimizing for speed, LCM (lazy code motion) based GCSE is
745 done.  LCM is based on the work of Knoop, Ruthing, and Steffen.  LCM
746 based GCSE also does loop invariant code motion.  We also perform load
747 and store motion when optimizing for speed.
748 Regardless of which type of GCSE is used, the GCSE pass also performs
749 global constant and  copy propagation.
750 The source file for this pass is @file{gcse.c}, and the LCM routines
751 are in @file{lcm.c}.
752
753 @item Loop optimization
754
755 This pass performs several loop related optimizations.
756 The source files @file{cfgloopanal.c} and @file{cfgloopmanip.c} contain
757 generic loop analysis and manipulation code.  Initialization and finalization
758 of loop structures is handled by @file{loop-init.c}.
759 A loop invariant motion pass is implemented in @file{loop-invariant.c}.
760 Basic block level optimizations---unrolling, peeling and unswitching loops---
761 are implemented in @file{loop-unswitch.c} and @file{loop-unroll.c}.
762 Replacing of the exit condition of loops by special machine-dependent
763 instructions is handled by @file{loop-doloop.c}.
764
765 @item Jump bypassing
766
767 This pass is an aggressive form of GCSE that transforms the control
768 flow graph of a function by propagating constants into conditional
769 branch instructions.  The source file for this pass is @file{gcse.c}.
770
771 @item If conversion
772
773 This pass attempts to replace conditional branches and surrounding
774 assignments with arithmetic, boolean value producing comparison
775 instructions, and conditional move instructions.  In the very last
776 invocation after reload, it will generate predicated instructions
777 when supported by the target.  The code is located in @file{ifcvt.c}.
778
779 @item Web construction
780
781 This pass splits independent uses of each pseudo-register.  This can
782 improve effect of the other transformation, such as CSE or register
783 allocation.  The code for this pass is located in @file{web.c}.
784
785 @item Instruction combination
786
787 This pass attempts to combine groups of two or three instructions that
788 are related by data flow into single instructions.  It combines the
789 RTL expressions for the instructions by substitution, simplifies the
790 result using algebra, and then attempts to match the result against
791 the machine description.  The code is located in @file{combine.c}.
792
793 @item Register movement
794
795 This pass looks for cases where matching constraints would force an
796 instruction to need a reload, and this reload would be a
797 register-to-register move.  It then attempts to change the registers
798 used by the instruction to avoid the move instruction.  The code is
799 located in @file{regmove.c}.
800
801 @item Mode switching optimization
802
803 This pass looks for instructions that require the processor to be in a
804 specific ``mode'' and minimizes the number of mode changes required to
805 satisfy all users.  What these modes are, and what they apply to are
806 completely target-specific.  The code for this pass is located in
807 @file{mode-switching.c}.
808
809 @cindex modulo scheduling
810 @cindex sms, swing, software pipelining
811 @item Modulo scheduling
812
813 This pass looks at innermost loops and reorders their instructions
814 by overlapping different iterations.  Modulo scheduling is performed
815 immediately before instruction scheduling.  The code for this pass is
816 located in @file{modulo-sched.c}.
817
818 @item Instruction scheduling
819
820 This pass looks for instructions whose output will not be available by
821 the time that it is used in subsequent instructions.  Memory loads and
822 floating point instructions often have this behavior on RISC machines.
823 It re-orders instructions within a basic block to try to separate the
824 definition and use of items that otherwise would cause pipeline
825 stalls.  This pass is performed twice, before and after register
826 allocation.  The code for this pass is located in @file{haifa-sched.c},
827 @file{sched-deps.c}, @file{sched-ebb.c}, @file{sched-rgn.c} and
828 @file{sched-vis.c}.
829
830 @item Register allocation
831
832 These passes make sure that all occurrences of pseudo registers are
833 eliminated, either by allocating them to a hard register, replacing
834 them by an equivalent expression (e.g.@: a constant) or by placing
835 them on the stack.  This is done in several subpasses:
836
837 @itemize @bullet
838 @item
839 Register move optimizations.  This pass makes some simple RTL code
840 transformations which improve the subsequent register allocation.  The
841 source file is @file{regmove.c}.
842
843 @item
844 The integrated register allocator (@acronym{IRA}).  It is called
845 integrated because coalescing, register live range splitting, and hard
846 register preferencing are done on-the-fly during coloring.  It also
847 has better integration with the reload pass.  Pseudo-registers spilled
848 by the allocator or the reload have still a chance to get
849 hard-registers if the reload evicts some pseudo-registers from
850 hard-registers.  The allocator helps to choose better pseudos for
851 spilling based on their live ranges and to coalesce stack slots
852 allocated for the spilled pseudo-registers.  IRA is a regional
853 register allocator which is transformed into Chaitin-Briggs allocator
854 if there is one region.  By default, IRA chooses regions using
855 register pressure but the user can force it to use one region or
856 regions corresponding to all loops.
857
858 Source files of the allocator are @file{ira.c}, @file{ira-build.c},
859 @file{ira-costs.c}, @file{ira-conflicts.c}, @file{ira-color.c},
860 @file{ira-emit.c}, @file{ira-lives}, plus header files @file{ira.h}
861 and @file{ira-int.h} used for the communication between the allocator
862 and the rest of the compiler and between the IRA files.
863
864 @cindex reloading
865 @item
866 Reloading.  This pass renumbers pseudo registers with the hardware
867 registers numbers they were allocated.  Pseudo registers that did not
868 get hard registers are replaced with stack slots.  Then it finds
869 instructions that are invalid because a value has failed to end up in
870 a register, or has ended up in a register of the wrong kind.  It fixes
871 up these instructions by reloading the problematical values
872 temporarily into registers.  Additional instructions are generated to
873 do the copying.
874
875 The reload pass also optionally eliminates the frame pointer and inserts
876 instructions to save and restore call-clobbered registers around calls.
877
878 Source files are @file{reload.c} and @file{reload1.c}, plus the header
879 @file{reload.h} used for communication between them.
880 @end itemize
881
882 @item Basic block reordering
883
884 This pass implements profile guided code positioning.  If profile
885 information is not available, various types of static analysis are
886 performed to make the predictions normally coming from the profile
887 feedback (IE execution frequency, branch probability, etc).  It is
888 implemented in the file @file{bb-reorder.c}, and the various
889 prediction routines are in @file{predict.c}.
890
891 @item Variable tracking
892
893 This pass computes where the variables are stored at each
894 position in code and generates notes describing the variable locations
895 to RTL code.  The location lists are then generated according to these
896 notes to debug information if the debugging information format supports
897 location lists.  The code is located in @file{var-tracking.c}.
898
899 @item Delayed branch scheduling
900
901 This optional pass attempts to find instructions that can go into the
902 delay slots of other instructions, usually jumps and calls.  The code
903 for this pass is located in @file{reorg.c}.
904
905 @item Branch shortening
906
907 On many RISC machines, branch instructions have a limited range.
908 Thus, longer sequences of instructions must be used for long branches.
909 In this pass, the compiler figures out what how far each instruction
910 will be from each other instruction, and therefore whether the usual
911 instructions, or the longer sequences, must be used for each branch.
912 The code for this pass is located in @file{final.c}.
913
914 @item Register-to-stack conversion
915
916 Conversion from usage of some hard registers to usage of a register
917 stack may be done at this point.  Currently, this is supported only
918 for the floating-point registers of the Intel 80387 coprocessor.  The
919 code for this pass is located in @file{reg-stack.c}.
920
921 @item Final
922
923 This pass outputs the assembler code for the function.  The source files
924 are @file{final.c} plus @file{insn-output.c}; the latter is generated
925 automatically from the machine description by the tool @file{genoutput}.
926 The header file @file{conditions.h} is used for communication between
927 these files.  If mudflap is enabled, the queue of deferred declarations
928 and any addressed constants (e.g., string literals) is processed by
929 @code{mudflap_finish_file} into a synthetic constructor function
930 containing calls into the mudflap runtime.
931
932 @item Debugging information output
933
934 This is run after final because it must output the stack slot offsets
935 for pseudo registers that did not get hard registers.  Source files
936 are @file{dbxout.c} for DBX symbol table format, @file{sdbout.c} for
937 SDB symbol table format, @file{dwarfout.c} for DWARF symbol table
938 format, files @file{dwarf2out.c} and @file{dwarf2asm.c} for DWARF2
939 symbol table format, and @file{vmsdbgout.c} for VMS debug symbol table
940 format.
941
942 @end itemize