0.6.8.17:
[sbcl.git] / src / compiler / checkgen.lisp
1 ;;;; This file implements type check generation. This is a phase that
2 ;;;; runs at the very end of IR1. If a type check is too complex for
3 ;;;; the back end to directly emit in-line, then we transform the check
4 ;;;; into an explicit conditional using TYPEP.
5
6 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
7 ;;;; more information.
8 ;;;;
9 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
10 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
11 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
12 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
13 ;;;; files for more information.
14
15 (in-package "SB!C")
16 \f
17 ;;;; cost estimation
18
19 ;;; Return some sort of guess about the cost of a call to a function.
20 ;;; If the function has some templates, we return the cost of the
21 ;;; cheapest one, otherwise we return the cost of CALL-NAMED. Calling
22 ;;; this with functions that have transforms can result in relatively
23 ;;; meaningless results (exaggerated costs.)
24 ;;;
25 ;;; We special-case NULL, since it does have a source tranform and is
26 ;;; interesting to us.
27 (defun function-cost (name)
28   (declare (symbol name))
29   (let ((info (info :function :info name))
30         (call-cost (template-cost (template-or-lose 'call-named))))
31     (if info
32         (let ((templates (function-info-templates info)))
33           (if templates
34               (template-cost (first templates))
35               (case name
36                 (null (template-cost (template-or-lose 'if-eq)))
37                 (t call-cost))))
38         call-cost)))
39
40 ;;; Return some sort of guess for the cost of doing a test against
41 ;;; TYPE. The result need not be precise as long as it isn't way out
42 ;;; in space. The units are based on the costs specified for various
43 ;;; templates in the VM definition.
44 (defun type-test-cost (type)
45   (declare (type ctype type))
46   (or (let ((check (type-check-template type)))
47         (if check
48             (template-cost check)
49             (let ((found (cdr (assoc type *backend-type-predicates*
50                                      :test #'type=))))
51               (if found
52                   (+ (function-cost found) (function-cost 'eq))
53                   nil))))
54       (typecase type
55         (union-type
56          (collect ((res 0 +))
57            (dolist (mem (union-type-types type))
58              (res (type-test-cost mem)))
59            (res)))
60         (member-type
61          (* (length (member-type-members type))
62             (function-cost 'eq)))
63         (numeric-type
64          (* (if (numeric-type-complexp type) 2 1)
65             (function-cost
66              (if (csubtypep type (specifier-type 'fixnum)) 'fixnump 'numberp))
67             (+ 1
68                (if (numeric-type-low type) 1 0)
69                (if (numeric-type-high type) 1 0))))
70         (cons-type
71          (+ (type-test-cost (specifier-type 'cons))
72             (function-cost 'car)
73             (type-test-cost (cons-type-car-type type))
74             (function-cost 'cdr)
75             (type-test-cost (cons-type-cdr-type type))))
76         (t
77          (function-cost 'typep)))))
78 \f
79 ;;;; checking strategy determination
80
81 ;;; Return the type we should test for when we really want to check
82 ;;; for TYPE. If speed, space or compilation speed is more important
83 ;;; than safety, then we return a weaker type if it is easier to
84 ;;; check. First we try the defined type weakenings, then look for any
85 ;;; predicate that is cheaper.
86 ;;;
87 ;;; If the supertype is equal in cost to the type, we prefer the
88 ;;; supertype. This produces a closer approximation of the right thing
89 ;;; in the presence of poor cost info.
90 (defun maybe-weaken-check (type cont)
91   (declare (type ctype type) (type continuation cont))
92   (cond ((policy (continuation-dest cont)
93                  (<= speed safety) (<= space safety) (<= cspeed safety))
94          type)
95         (t
96          (let ((min-cost (type-test-cost type))
97                (min-type type)
98                (found-super nil))
99            (dolist (x *backend-type-predicates*)
100              (let ((stype (car x)))
101                (when (and (csubtypep type stype)
102                           (not (union-type-p stype)))
103                  (let ((stype-cost (type-test-cost stype)))
104                    (when (or (< stype-cost min-cost)
105                              (type= stype type))
106                      (setq found-super t
107                            min-type stype
108                            min-cost stype-cost))))))
109            (if found-super
110                min-type
111                *universal-type*)))))
112
113 ;;; Like VALUES-TYPES, only mash any complex function types to FUNCTION.
114 (defun no-function-values-types (type)
115   (declare (type ctype type))
116   (multiple-value-bind (res count) (values-types type)
117     (values (mapcar #'(lambda (type)
118                         (if (function-type-p type)
119                             (specifier-type 'function)
120                             type))
121                     res)
122             count)))
123
124 ;;; Switch to disable check complementing, for evaluation.
125 (defvar *complement-type-checks* t)
126
127 ;;; CONT is a continuation we are doing a type check on and TYPES is a
128 ;;; list of types that we are checking its values against. If we have
129 ;;; proven that CONT generates a fixed number of values, then for each
130 ;;; value, we check whether it is cheaper to then difference between
131 ;;; the proven type and the corresponding type in TYPES. If so, we opt
132 ;;; for a :HAIRY check with that test negated. Otherwise, we try to do
133 ;;; a simple test, and if that is impossible, we do a hairy test with
134 ;;; non-negated types. If true, Force-Hairy forces a hairy type check.
135 ;;;
136 ;;; When doing a non-negated check, we call MAYBE-WEAKEN-CHECK to
137 ;;; weaken the test to a convenient supertype (conditional on policy.)
138 ;;; If SPEED is 3, or DEBUG-INFO is not particularly important (DEBUG
139 ;;; <= 1), then we allow weakened checks to be simple, resulting in
140 ;;; less informative error messages, but saving space and possibly
141 ;;; time.
142 ;;;
143 ;;; FIXME: I don't quite understand this, but it looks as though
144 ;;; that means type checks are weakened when SPEED=3 regardless of
145 ;;; the SAFETY level, which is not the right thing to do.
146 (defun maybe-negate-check (cont types force-hairy)
147   (declare (type continuation cont) (list types))
148   (multiple-value-bind (ptypes count)
149       (no-function-values-types (continuation-proven-type cont))
150     (if (eq count :unknown)
151         (if (and (every #'type-check-template types) (not force-hairy))
152             (values :simple types)
153             (values :hairy
154                     (mapcar #'(lambda (x)
155                                 (list nil (maybe-weaken-check x cont) x))
156                             types)))
157         (let ((res (mapcar #'(lambda (p c)
158                                (let ((diff (type-difference p c))
159                                      (weak (maybe-weaken-check c cont)))
160                                  (if (and diff
161                                           (< (type-test-cost diff)
162                                              (type-test-cost weak))
163                                           *complement-type-checks*)
164                                      (list t diff c)
165                                      (list nil weak c))))
166                            ptypes types)))
167           (cond ((or force-hairy (find-if #'first res))
168                  (values :hairy res))
169                 ((every #'type-check-template types)
170                  (values :simple types))
171                 ((policy (continuation-dest cont)
172                          (or (<= debug 1) (and (= speed 3) (/= debug 3))))
173                  (let ((weakened (mapcar #'second res)))
174                    (if (every #'type-check-template weakened)
175                        (values :simple weakened)
176                        (values :hairy res))))
177                 (t
178                  (values :hairy res)))))))
179
180 ;;; Determines whether CONT's assertion is:
181 ;;;  -- checkable by the back end (:SIMPLE), or
182 ;;;  -- not checkable by the back end, but checkable via an explicit 
183 ;;;     test in type check conversion (:HAIRY), or
184 ;;;  -- not reasonably checkable at all (:TOO-HAIRY).
185 ;;;
186 ;;; A type is checkable if it either represents a fixed number of
187 ;;; values (as determined by VALUES-TYPES), or it is the assertion for
188 ;;; an MV-Bind. A type is simply checkable if all the type assertions
189 ;;; have a TYPE-CHECK-TEMPLATE. In this :SIMPLE case, the second value
190 ;;; is a list of the type restrictions specified for the leading
191 ;;; positional values.
192 ;;;
193 ;;; We force a check to be hairy even when there are fixed values if
194 ;;; we are in a context where we may be forced to use the unknown
195 ;;; values convention anyway. This is because IR2tran can't generate
196 ;;; type checks for unknown values continuations but people could
197 ;;; still be depending on the check being done. We only care about
198 ;;; EXIT and RETURN (not MV-COMBINATION) since these are the only
199 ;;; contexts where the ultimate values receiver
200 ;;;
201 ;;; In the :HAIRY case, the second value is a list of triples of
202 ;;; the form:
203 ;;;    (NOT-P TYPE ORIGINAL-TYPE)
204 ;;;
205 ;;; If true, the NOT-P flag indicates a test that the corresponding
206 ;;; value is *not* of the specified TYPE. ORIGINAL-TYPE is the type
207 ;;; asserted on this value in the continuation, for use in error
208 ;;; messages. When NOT-P is true, this will be different from TYPE.
209 ;;;
210 ;;; This allows us to take what has been proven about CONT's type into
211 ;;; consideration. If it is cheaper to test for the difference between
212 ;;; the derived type and the asserted type, then we check for the
213 ;;; negation of this type instead.
214 (defun continuation-check-types (cont)
215   (declare (type continuation cont))
216   (let ((type (continuation-asserted-type cont))
217         (dest (continuation-dest cont)))
218     (assert (not (eq type *wild-type*)))
219     (multiple-value-bind (types count) (no-function-values-types type)
220       (cond ((not (eq count :unknown))
221              (if (or (exit-p dest)
222                      (and (return-p dest)
223                           (multiple-value-bind (ignore count)
224                               (values-types (return-result-type dest))
225                             (declare (ignore ignore))
226                             (eq count :unknown))))
227                  (maybe-negate-check cont types t)
228                  (maybe-negate-check cont types nil)))
229             ((and (mv-combination-p dest)
230                   (eq (basic-combination-kind dest) :local))
231              (assert (values-type-p type))
232              (maybe-negate-check cont (args-type-optional type) nil))
233             (t
234              (values :too-hairy nil))))))
235
236 ;;; Return true if CONT is a continuation whose type the back end is
237 ;;; likely to want to check. Since we don't know what template the
238 ;;; back end is going to choose to implement the continuation's DEST,
239 ;;; we use a heuristic. We always return T unless:
240 ;;;  -- nobody uses the value, or
241 ;;;  -- safety is totally unimportant, or
242 ;;;  -- the continuation is an argument to an unknown function, or
243 ;;;  -- the continuation is an argument to a known function that has 
244 ;;;     no IR2-Convert method or :FAST-SAFE templates that are
245 ;;;     compatible with the call's type.
246 ;;;
247 ;;; We must only return NIL when it is *certain* that a check will not
248 ;;; be done, since if we pass up this chance to do the check, it will
249 ;;; be too late. The penalty for being too conservative is duplicated
250 ;;; type checks.
251 ;;;
252 ;;; If there is a compile-time type error, then we always return true
253 ;;; unless the DEST is a full call. With a full call, the theory is
254 ;;; that the type error is probably from a declaration in (or on) the
255 ;;; callee, so the callee should be able to do the check. We want to
256 ;;; let the callee do the check, because it is possible that the error
257 ;;; is really in the callee, not the caller. We don't want to make
258 ;;; people recompile all calls to a function when they were originally
259 ;;; compiled with a bad declaration (or an old type assertion derived
260 ;;; from a definition appearing after the call.)
261 (defun probable-type-check-p (cont)
262   (declare (type continuation cont))
263   (let ((dest (continuation-dest cont)))
264     (cond ((eq (continuation-type-check cont) :error)
265            (if (and (combination-p dest) (eq (combination-kind dest) :error))
266                nil
267                t))
268           ((or (not dest)
269                (policy dest (zerop safety)))
270            nil)
271           ((basic-combination-p dest)
272            (let ((kind (basic-combination-kind dest)))
273              (cond ((eq cont (basic-combination-fun dest)) t)
274                    ((eq kind :local) t)
275                    ((member kind '(:full :error)) nil)
276                    ((function-info-ir2-convert kind) t)
277                    (t
278                     (dolist (template (function-info-templates kind) nil)
279                       (when (eq (template-policy template) :fast-safe)
280                         (multiple-value-bind (val win)
281                             (valid-function-use dest (template-type template))
282                           (when (or val (not win)) (return t)))))))))
283           (t t))))
284
285 ;;; Return a form that we can convert to do a hairy type check of the
286 ;;; specified TYPES. TYPES is a list of the format returned by
287 ;;; CONTINUATION-CHECK-TYPES in the :HAIRY case. In place of the
288 ;;; actual value(s) we are to check, we use 'DUMMY. This constant
289 ;;; reference is later replaced with the actual values continuation.
290 ;;;
291 ;;; Note that we don't attempt to check for required values being
292 ;;; unsupplied. Such checking is impossible to efficiently do at the
293 ;;; source level because our fixed-values conventions are optimized
294 ;;; for the common MV-BIND case.
295 ;;;
296 ;;; We can always use MULTIPLE-VALUE-BIND, since the macro is clever
297 ;;; about binding a single variable.
298 (defun make-type-check-form (types)
299   (let ((temps (make-gensym-list (length types))))
300     `(multiple-value-bind ,temps 'dummy
301        ,@(mapcar #'(lambda (temp type)
302                      (let* ((spec
303                              (let ((*unparse-function-type-simplify* t))
304                                (type-specifier (second type))))
305                             (test (if (first type) `(not ,spec) spec)))
306                        `(unless (typep ,temp ',test)
307                           (%type-check-error
308                            ,temp
309                            ',(type-specifier (third type))))))
310                  temps
311                  types)
312        (values ,@temps))))
313
314 ;;; Splice in explicit type check code immediately before the node
315 ;;; which is CONT's DEST. This code receives the value(s) that were
316 ;;; being passed to CONT, checks the type(s) of the value(s), then
317 ;;; passes them on to CONT.
318 (defun convert-type-check (cont types)
319   (declare (type continuation cont) (type list types))
320   (with-ir1-environment (continuation-dest cont)
321
322     ;; Ensuring that CONT starts a block lets us freely manipulate its uses.
323     (ensure-block-start cont)
324
325     ;; Make a new continuation and move CONT's uses to it.
326     (let* ((new-start (make-continuation))
327            (dest (continuation-dest cont))
328            (prev (node-prev dest)))
329       (continuation-starts-block new-start)
330       (substitute-continuation-uses new-start cont)
331
332       ;; Setting TYPE-CHECK in CONT to :DELETED indicates that the
333       ;; check has been done.
334       (setf (continuation-%type-check cont) :deleted)
335
336       ;; Make the DEST node start its block so that we can splice in
337       ;; the type check code.
338       (when (continuation-use prev)
339         (node-ends-block (continuation-use prev)))
340
341       (let* ((prev-block (continuation-block prev))
342              (new-block (continuation-block new-start))
343              (dummy (make-continuation)))
344
345         ;; Splice in the new block before DEST, giving the new block
346         ;; all of DEST's predecessors.
347         (dolist (block (block-pred prev-block))
348           (change-block-successor block prev-block new-block))
349
350         ;; Convert the check form, using the new block start as START
351         ;; and a dummy continuation as CONT.
352         (ir1-convert new-start dummy (make-type-check-form types))
353
354         ;; TO DO: Why should this be true? -- WHN 19990601
355         (assert (eq (continuation-block dummy) new-block))
356
357         ;; KLUDGE: Comments at the head of this function in CMU CL
358         ;; said that somewhere in here we
359         ;;   Set the new block's start and end cleanups to the *start*
360         ;;   cleanup of PREV's block. This overrides the incorrect
361         ;;   default from WITH-IR1-ENVIRONMENT.
362         ;; Unfortunately I can't find any code which corresponds to this.
363         ;; Perhaps it was a stale comment? Or perhaps I just don't
364         ;; understand.. -- WHN 19990521
365
366         (let ((node (continuation-use dummy)))
367           (setf (block-last new-block) node)
368           ;; Change the use to a use of CONT. (We need to use the
369           ;; dummy continuation to get the control transfer right,
370           ;; because we want to go to PREV's block, not CONT's.)
371           (delete-continuation-use node)
372           (add-continuation-use node cont))
373         ;; Link the new block to PREV's block.
374         (link-blocks new-block prev-block))
375
376       ;; MAKE-TYPE-CHECK-FORM generated a form which checked the type
377       ;; of 'DUMMY, not a real form. At this point we convert to the
378       ;; real form by finding 'DUMMY and overwriting it with the new
379       ;; continuation. (We can find 'DUMMY because no LET conversion
380       ;; has been done yet.) The [mv-]combination code from the
381       ;; mv-bind in the check form will be the use of the new check
382       ;; continuation. We substitute for the first argument of this
383       ;; node.
384       (let* ((node (continuation-use cont))
385              (args (basic-combination-args node))
386              (victim (first args)))
387         (assert (and (= (length args) 1)
388                      (eq (constant-value
389                           (ref-leaf
390                            (continuation-use victim)))
391                          'dummy)))
392         (substitute-continuation new-start victim)))
393
394     ;; Invoking local call analysis converts this call to a LET.
395     (local-call-analyze *current-component*))
396
397   (values))
398
399 ;;; Emit a type warning for NODE. If the value of NODE is being used
400 ;;; for a variable binding, we figure out which one for source
401 ;;; context. If the value is a constant, we print it specially. We
402 ;;; ignore nodes whose type is NIL, since they are supposed to never
403 ;;; return.
404 (defun do-type-warning (node)
405   (declare (type node node))
406   (let* ((*compiler-error-context* node)
407          (cont (node-cont node))
408          (atype-spec (type-specifier (continuation-asserted-type cont)))
409          (dtype (node-derived-type node))
410          (dest (continuation-dest cont))
411          (what (when (and (combination-p dest)
412                           (eq (combination-kind dest) :local))
413                  (let ((lambda (combination-lambda dest))
414                        (pos (position-or-lose cont (combination-args dest))))
415                    (format nil "~:[A possible~;The~] binding of ~S"
416                            (and (continuation-use cont)
417                                 (eq (functional-kind lambda) :let))
418                            (leaf-name (elt (lambda-vars lambda) pos)))))))
419     (cond ((eq dtype *empty-type*))
420           ((and (ref-p node) (constant-p (ref-leaf node)))
421            (compiler-warning "~:[This~;~:*~A~] is not a ~<~%~9T~:;~S:~>~%  ~S"
422                              what atype-spec (constant-value (ref-leaf node))))
423           (t
424            (compiler-warning
425             "~:[Result~;~:*~A~] is a ~S, ~<~%~9T~:;not a ~S.~>"
426             what (type-specifier dtype) atype-spec))))
427   (values))
428
429 ;;; Mark CONT as being a continuation with a manifest type error. We
430 ;;; set the kind to :ERROR, and clear any FUNCTION-INFO if the
431 ;;; continuation is an argument to a known call. The last is done so
432 ;;; that the back end doesn't have to worry about type errors in
433 ;;; arguments to known functions. This clearing is inhibited for
434 ;;; things with IR2-CONVERT methods, since we can't do a full call to
435 ;;; funny functions.
436 (defun mark-error-continuation (cont)
437   (declare (type continuation cont))
438   (setf (continuation-%type-check cont) :error)
439   (let ((dest (continuation-dest cont)))
440     (when (and (combination-p dest)
441                (let ((kind (basic-combination-kind dest)))
442                  (or (eq kind :full)
443                      (and (function-info-p kind)
444                           (not (function-info-ir2-convert kind))))))
445       (setf (basic-combination-kind dest) :error)))
446   (values))
447
448 ;;; Loop over all blocks in Component that have TYPE-CHECK set,
449 ;;; looking for continuations with TYPE-CHECK T. We do two mostly
450 ;;; unrelated things: detect compile-time type errors and determine if
451 ;;; and how to do run-time type checks.
452 ;;;
453 ;;; If there is a compile-time type error, then we mark the
454 ;;; continuation and emit a warning if appropriate. This part loops
455 ;;; over all the uses of the continuation, since after we convert the
456 ;;; check, the :DELETED kind will inhibit warnings about the types of
457 ;;; other uses.
458 ;;;
459 ;;; If a continuation is too complex to be checked by the back end, or
460 ;;; is better checked with explicit code, then convert to an explicit
461 ;;; test. Assertions that can checked by the back end are passed
462 ;;; through. Assertions that can't be tested are flamed about and
463 ;;; marked as not needing to be checked.
464 ;;;
465 ;;; If we determine that a type check won't be done, then we set
466 ;;; TYPE-CHECK to :NO-CHECK. In the non-hairy cases, this is just to
467 ;;; prevent us from wasting time coming to the same conclusion again
468 ;;; on a later iteration. In the hairy case, we must indicate to LTN
469 ;;; that it must choose a safe implementation, since IR2 conversion
470 ;;; will choke on the check.
471 ;;;
472 ;;; The generation of the type checks is delayed until all the type
473 ;;; check decisions have been made because the generation of the type
474 ;;; checks creates new nodes whose derived types aren't always updated
475 ;;; which may lead to inappropriate template choices due to the
476 ;;; modification of argument types.
477 (defun generate-type-checks (component)
478   (collect ((conts))
479     (do-blocks (block component)
480       (when (block-type-check block)
481         (do-nodes (node cont block)
482           (let ((type-check (continuation-type-check cont)))
483             (unless (member type-check '(nil :error :deleted))
484               (let ((atype (continuation-asserted-type cont)))
485                 (do-uses (use cont)
486                   (unless (values-types-intersect (node-derived-type use)
487                                                   atype)
488                     (mark-error-continuation cont)
489                     (unless (policy node (= brevity 3))
490                       (do-type-warning use))))))
491             (when (and (eq type-check t)
492                        (not *byte-compiling*))
493               (cond ((probable-type-check-p cont)
494                      (conts cont))
495                     (t
496                      (setf (continuation-%type-check cont) :no-check))))))
497         (setf (block-type-check block) nil)))
498     (dolist (cont (conts))
499       (multiple-value-bind (check types) (continuation-check-types cont)
500         (ecase check
501           (:simple)
502           (:hairy
503            (convert-type-check cont types))
504           (:too-hairy
505            (let* ((context (continuation-dest cont))
506                   (*compiler-error-context* context))
507              (when (policy context (>= safety brevity))
508                (compiler-note
509                 "type assertion too complex to check:~% ~S."
510                 (type-specifier (continuation-asserted-type cont)))))
511            (setf (continuation-%type-check cont) :deleted))))))
512   (values))