(belated 0.6.11.2 checkin notes):
[sbcl.git] / src / compiler / srctran.lisp
1 ;;;; This file contains macro-like source transformations which
2 ;;;; convert uses of certain functions into the canonical form desired
3 ;;;; within the compiler. ### and other IR1 transforms and stuff.
4
5 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
6 ;;;; more information.
7 ;;;;
8 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
9 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
10 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
11 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
12 ;;;; files for more information.
13
14 (in-package "SB!C")
15
16 ;;; Convert into an IF so that IF optimizations will eliminate redundant
17 ;;; negations.
18 (def-source-transform not (x) `(if ,x nil t))
19 (def-source-transform null (x) `(if ,x nil t))
20
21 ;;; ENDP is just NULL with a LIST assertion. The assertion will be
22 ;;; optimized away when SAFETY optimization is low; hopefully that
23 ;;; is consistent with ANSI's "should return an error".
24 (def-source-transform endp (x) `(null (the list ,x)))
25
26 ;;; We turn IDENTITY into PROG1 so that it is obvious that it just
27 ;;; returns the first value of its argument. Ditto for VALUES with one
28 ;;; arg.
29 (def-source-transform identity (x) `(prog1 ,x))
30 (def-source-transform values (x) `(prog1 ,x))
31
32 ;;; Bind the values and make a closure that returns them.
33 (def-source-transform constantly (value)
34   (let ((rest (gensym "CONSTANTLY-REST-")))
35     `(lambda (&rest ,rest)
36        (declare (ignore ,rest))
37        ,value)))
38
39 ;;; If the function has a known number of arguments, then return a
40 ;;; lambda with the appropriate fixed number of args. If the
41 ;;; destination is a FUNCALL, then do the &REST APPLY thing, and let
42 ;;; MV optimization figure things out.
43 (deftransform complement ((fun) * * :node node :when :both)
44   "open code"
45   (multiple-value-bind (min max)
46       (function-type-nargs (continuation-type fun))
47     (cond
48      ((and min (eql min max))
49       (let ((dums (make-gensym-list min)))
50         `#'(lambda ,dums (not (funcall fun ,@dums)))))
51      ((let* ((cont (node-cont node))
52              (dest (continuation-dest cont)))
53         (and (combination-p dest)
54              (eq (combination-fun dest) cont)))
55       '#'(lambda (&rest args)
56            (not (apply fun args))))
57      (t
58       (give-up-ir1-transform
59        "The function doesn't have a fixed argument count.")))))
60 \f
61 ;;;; list hackery
62
63 ;;; Translate CxxR into CAR/CDR combos.
64
65 (defun source-transform-cxr (form)
66   (if (or (byte-compiling) (/= (length form) 2))
67       (values nil t)
68       (let ((name (symbol-name (car form))))
69         (do ((i (- (length name) 2) (1- i))
70              (res (cadr form)
71                   `(,(ecase (char name i)
72                        (#\A 'car)
73                        (#\D 'cdr))
74                     ,res)))
75             ((zerop i) res)))))
76
77 (do ((i 2 (1+ i))
78      (b '(1 0) (cons i b)))
79     ((= i 5))
80   (dotimes (j (ash 1 i))
81     (setf (info :function :source-transform
82                 (intern (format nil "C~{~:[A~;D~]~}R"
83                                 (mapcar #'(lambda (x) (logbitp x j)) b))))
84           #'source-transform-cxr)))
85
86 ;;; Turn FIRST..FOURTH and REST into the obvious synonym, assuming
87 ;;; whatever is right for them is right for us. FIFTH..TENTH turn into
88 ;;; Nth, which can be expanded into a CAR/CDR later on if policy
89 ;;; favors it.
90 (def-source-transform first (x) `(car ,x))
91 (def-source-transform rest (x) `(cdr ,x))
92 (def-source-transform second (x) `(cadr ,x))
93 (def-source-transform third (x) `(caddr ,x))
94 (def-source-transform fourth (x) `(cadddr ,x))
95 (def-source-transform fifth (x) `(nth 4 ,x))
96 (def-source-transform sixth (x) `(nth 5 ,x))
97 (def-source-transform seventh (x) `(nth 6 ,x))
98 (def-source-transform eighth (x) `(nth 7 ,x))
99 (def-source-transform ninth (x) `(nth 8 ,x))
100 (def-source-transform tenth (x) `(nth 9 ,x))
101
102 ;;; Translate RPLACx to LET and SETF.
103 (def-source-transform rplaca (x y)
104   (once-only ((n-x x))
105     `(progn
106        (setf (car ,n-x) ,y)
107        ,n-x)))
108 (def-source-transform rplacd (x y)
109   (once-only ((n-x x))
110     `(progn
111        (setf (cdr ,n-x) ,y)
112        ,n-x)))
113
114 (def-source-transform nth (n l) `(car (nthcdr ,n ,l)))
115
116 (defvar *default-nthcdr-open-code-limit* 6)
117 (defvar *extreme-nthcdr-open-code-limit* 20)
118
119 (deftransform nthcdr ((n l) (unsigned-byte t) * :node node)
120   "convert NTHCDR to CAxxR"
121   (unless (constant-continuation-p n)
122     (give-up-ir1-transform))
123   (let ((n (continuation-value n)))
124     (when (> n
125              (if (policy node (and (= speed 3) (= space 0)))
126                  *extreme-nthcdr-open-code-limit*
127                  *default-nthcdr-open-code-limit*))
128       (give-up-ir1-transform))
129
130     (labels ((frob (n)
131                (if (zerop n)
132                    'l
133                    `(cdr ,(frob (1- n))))))
134       (frob n))))
135 \f
136 ;;;; arithmetic and numerology
137
138 (def-source-transform plusp (x) `(> ,x 0))
139 (def-source-transform minusp (x) `(< ,x 0))
140 (def-source-transform zerop (x) `(= ,x 0))
141
142 (def-source-transform 1+ (x) `(+ ,x 1))
143 (def-source-transform 1- (x) `(- ,x 1))
144
145 (def-source-transform oddp (x) `(not (zerop (logand ,x 1))))
146 (def-source-transform evenp (x) `(zerop (logand ,x 1)))
147
148 ;;; Note that all the integer division functions are available for
149 ;;; inline expansion.
150
151 ;;; FIXME: DEF-FROB instead of FROB
152 (macrolet ((frob (fun)
153              `(def-source-transform ,fun (x &optional (y nil y-p))
154                 (declare (ignore y))
155                 (if y-p
156                     (values nil t)
157                     `(,',fun ,x 1)))))
158   (frob truncate)
159   (frob round)
160   #!+propagate-float-type
161   (frob floor)
162   #!+propagate-float-type
163   (frob ceiling))
164
165 (def-source-transform lognand (x y) `(lognot (logand ,x ,y)))
166 (def-source-transform lognor (x y) `(lognot (logior ,x ,y)))
167 (def-source-transform logandc1 (x y) `(logand (lognot ,x) ,y))
168 (def-source-transform logandc2 (x y) `(logand ,x (lognot ,y)))
169 (def-source-transform logorc1 (x y) `(logior (lognot ,x) ,y))
170 (def-source-transform logorc2 (x y) `(logior ,x (lognot ,y)))
171 (def-source-transform logtest (x y) `(not (zerop (logand ,x ,y))))
172 (def-source-transform logbitp (index integer)
173   `(not (zerop (logand (ash 1 ,index) ,integer))))
174 (def-source-transform byte (size position) `(cons ,size ,position))
175 (def-source-transform byte-size (spec) `(car ,spec))
176 (def-source-transform byte-position (spec) `(cdr ,spec))
177 (def-source-transform ldb-test (bytespec integer)
178   `(not (zerop (mask-field ,bytespec ,integer))))
179
180 ;;; With the ratio and complex accessors, we pick off the "identity"
181 ;;; case, and use a primitive to handle the cell access case.
182 (def-source-transform numerator (num)
183   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
184     `(if (ratiop ,n-num)
185          (%numerator ,n-num)
186          ,n-num)))
187 (def-source-transform denominator (num)
188   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
189     `(if (ratiop ,n-num)
190          (%denominator ,n-num)
191          1)))
192 \f
193 ;;;; Interval arithmetic for computing bounds
194 ;;;; (toy@rtp.ericsson.se)
195 ;;;;
196 ;;;; This is a set of routines for operating on intervals. It
197 ;;;; implements a simple interval arithmetic package. Although SBCL
198 ;;;; has an interval type in numeric-type, we choose to use our own
199 ;;;; for two reasons:
200 ;;;;
201 ;;;;   1. This package is simpler than numeric-type
202 ;;;;
203 ;;;;   2. It makes debugging much easier because you can just strip
204 ;;;;   out these routines and test them independently of SBCL. (a
205 ;;;;   big win!)
206 ;;;;
207 ;;;; One disadvantage is a probable increase in consing because we
208 ;;;; have to create these new interval structures even though
209 ;;;; numeric-type has everything we want to know. Reason 2 wins for
210 ;;;; now.
211
212 #-sb-xc-host ;(CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE, see base-target-features.lisp-expr)
213 (progn
214 #!+propagate-float-type
215 (progn
216
217 ;;; The basic interval type. It can handle open and closed intervals.
218 ;;; A bound is open if it is a list containing a number, just like
219 ;;; Lisp says. NIL means unbounded.
220 (defstruct (interval
221              (:constructor %make-interval))
222   low high)
223
224 (defun make-interval (&key low high)
225   (labels ((normalize-bound (val)
226              (cond ((and (floatp val)
227                          (float-infinity-p val))
228                     ;; Handle infinities
229                     nil)
230                    ((or (numberp val)
231                         (eq val nil))
232                     ;; Handle any closed bounds
233                     val)
234                    ((listp val)
235                     ;; We have an open bound. Normalize the numeric
236                     ;; bound. If the normalized bound is still a number
237                     ;; (not nil), keep the bound open. Otherwise, the
238                     ;; bound is really unbounded, so drop the openness.
239                     (let ((new-val (normalize-bound (first val))))
240                       (when new-val
241                         ;; Bound exists, so keep it open still
242                         (list new-val))))
243                    (t
244                     (error "Unknown bound type in make-interval!")))))
245     (%make-interval :low (normalize-bound low)
246                     :high (normalize-bound high))))
247
248 #!-sb-fluid (declaim (inline bound-value set-bound))
249
250 ;;; Extract the numeric value of a bound. Return NIL, if X is NIL.
251 (defun bound-value (x)
252   (if (consp x) (car x) x))
253
254 ;;; Given a number X, create a form suitable as a bound for an
255 ;;; interval. Make the bound open if OPEN-P is T. NIL remains NIL.
256 (defun set-bound (x open-p)
257   (if (and x open-p) (list x) x))
258
259 ;;; Apply the function F to a bound X. If X is an open bound, then
260 ;;; the result will be open. IF X is NIL, the result is NIL.
261 (defun bound-func (f x)
262   (and x
263        (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
264          ;; With these traps masked, we might get things like infinity
265          ;; or negative infinity returned. Check for this and return
266          ;; NIL to indicate unbounded.
267          (let ((y (funcall f (bound-value x))))
268            (if (and (floatp y)
269                     (float-infinity-p y))
270                nil
271                (set-bound (funcall f (bound-value x)) (consp x)))))))
272
273 ;;; Apply a binary operator OP to two bounds X and Y. The result is
274 ;;; NIL if either is NIL. Otherwise bound is computed and the result
275 ;;; is open if either X or Y is open.
276 ;;;
277 ;;; FIXME: only used in this file, not needed in target runtime
278 (defmacro bound-binop (op x y)
279   `(and ,x ,y
280        (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
281          (set-bound (,op (bound-value ,x)
282                          (bound-value ,y))
283                     (or (consp ,x) (consp ,y))))))
284
285 ;;; NUMERIC-TYPE->INTERVAL
286 ;;;
287 ;;; Convert a numeric-type object to an interval object.
288
289 (defun numeric-type->interval (x)
290   (declare (type numeric-type x))
291   (make-interval :low (numeric-type-low x)
292                  :high (numeric-type-high x)))
293
294 (defun copy-interval-limit (limit)
295   (if (numberp limit)
296       limit
297       (copy-list limit)))
298
299 (defun copy-interval (x)
300   (declare (type interval x))
301   (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
302                  :high (copy-interval-limit (interval-high x))))
303
304 ;;; INTERVAL-SPLIT
305 ;;;
306 ;;; Given a point P contained in the interval X, split X into two
307 ;;; interval at the point P. If CLOSE-LOWER is T, then the left
308 ;;; interval contains P. If CLOSE-UPPER is T, the right interval
309 ;;; contains P. You can specify both to be T or NIL.
310 (defun interval-split (p x &optional close-lower close-upper)
311   (declare (type number p)
312            (type interval x))
313   (list (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
314                        :high (if close-lower p (list p)))
315         (make-interval :low (if close-upper (list p) p)
316                        :high (copy-interval-limit (interval-high x)))))
317
318 ;;; INTERVAL-CLOSURE
319 ;;;
320 ;;; Return the closure of the interval. That is, convert open bounds
321 ;;; to closed bounds.
322 (defun interval-closure (x)
323   (declare (type interval x))
324   (make-interval :low (bound-value (interval-low x))
325                  :high (bound-value (interval-high x))))
326
327 (defun signed-zero->= (x y)
328   (declare (real x y))
329   (or (> x y)
330       (and (= x y)
331            (>= (float-sign (float x))
332                (float-sign (float y))))))
333
334 ;;; INTERVAL-RANGE-INFO
335 ;;;
336 ;;; For an interval X, if X >= POINT, return '+. If X <= POINT, return
337 ;;; '-. Otherwise return NIL.
338 #+nil
339 (defun interval-range-info (x &optional (point 0))
340   (declare (type interval x))
341   (let ((lo (interval-low x))
342         (hi (interval-high x)))
343     (cond ((and lo (signed-zero->= (bound-value lo) point))
344            '+)
345           ((and hi (signed-zero->= point (bound-value hi)))
346            '-)
347           (t
348            nil))))
349 (defun interval-range-info (x &optional (point 0))
350   (declare (type interval x))
351   (labels ((signed->= (x y)
352              (if (and (zerop x) (zerop y) (floatp x) (floatp y))
353                  (>= (float-sign x) (float-sign y))
354                  (>= x y))))
355     (let ((lo (interval-low x))
356           (hi (interval-high x)))
357       (cond ((and lo (signed->= (bound-value lo) point))
358              '+)
359             ((and hi (signed->= point (bound-value hi)))
360              '-)
361             (t
362              nil)))))
363
364 ;;; INTERVAL-BOUNDED-P
365 ;;;
366 ;;; Test to see whether the interval X is bounded. HOW determines the
367 ;;; test, and should be either ABOVE, BELOW, or BOTH.
368 (defun interval-bounded-p (x how)
369   (declare (type interval x))
370   (ecase how
371     ('above
372      (interval-high x))
373     ('below
374      (interval-low x))
375     ('both
376      (and (interval-low x) (interval-high x)))))
377
378 ;;; Signed zero comparison functions. Use these functions if we need
379 ;;; to distinguish between signed zeroes.
380
381 (defun signed-zero-< (x y)
382   (declare (real x y))
383   (or (< x y)
384       (and (= x y)
385            (< (float-sign (float x))
386               (float-sign (float y))))))
387 (defun signed-zero-> (x y)
388   (declare (real x y))
389   (or (> x y)
390       (and (= x y)
391            (> (float-sign (float x))
392               (float-sign (float y))))))
393
394 (defun signed-zero-= (x y)
395   (declare (real x y))
396   (and (= x y)
397        (= (float-sign (float x))
398           (float-sign (float y)))))
399
400 (defun signed-zero-<= (x y)
401   (declare (real x y))
402   (or (< x y)
403       (and (= x y)
404            (<= (float-sign (float x))
405                (float-sign (float y))))))
406
407 ;;; INTERVAL-CONTAINS-P
408 ;;;
409 ;;; See whether the interval X contains the number P, taking into account
410 ;;; that the interval might not be closed.
411 (defun interval-contains-p (p x)
412   (declare (type number p)
413            (type interval x))
414   ;; Does the interval X contain the number P?  This would be a lot
415   ;; easier if all intervals were closed!
416   (let ((lo (interval-low x))
417         (hi (interval-high x)))
418     (cond ((and lo hi)
419            ;; The interval is bounded
420            (if (and (signed-zero-<= (bound-value lo) p)
421                     (signed-zero-<= p (bound-value hi)))
422                ;; P is definitely in the closure of the interval.
423                ;; We just need to check the end points now.
424                (cond ((signed-zero-= p (bound-value lo))
425                       (numberp lo))
426                      ((signed-zero-= p (bound-value hi))
427                       (numberp hi))
428                      (t t))
429                nil))
430           (hi
431            ;; Interval with upper bound
432            (if (signed-zero-< p (bound-value hi))
433                t
434                (and (numberp hi) (signed-zero-= p hi))))
435           (lo
436            ;; Interval with lower bound
437            (if (signed-zero-> p (bound-value lo))
438                t
439                (and (numberp lo) (signed-zero-= p lo))))
440           (t
441            ;; Interval with no bounds
442            t))))
443
444 ;;; INTERVAL-INTERSECT-P
445 ;;;
446 ;;; Determine if two intervals X and Y intersect. Return T if so. If
447 ;;; CLOSED-INTERVALS-P is T, the treat the intervals as if they were
448 ;;; closed. Otherwise the intervals are treated as they are.
449 ;;;
450 ;;; Thus if X = [0, 1) and Y = (1, 2), then they do not intersect
451 ;;; because no element in X is in Y. However, if CLOSED-INTERVALS-P
452 ;;; is T, then they do intersect because we use the closure of X = [0,
453 ;;; 1] and Y = [1, 2] to determine intersection.
454 (defun interval-intersect-p (x y &optional closed-intervals-p)
455   (declare (type interval x y))
456   (multiple-value-bind (intersect diff)
457       (interval-intersection/difference (if closed-intervals-p
458                                             (interval-closure x)
459                                             x)
460                                         (if closed-intervals-p
461                                             (interval-closure y)
462                                             y))
463     (declare (ignore diff))
464     intersect))
465
466 ;;; Are the two intervals adjacent?  That is, is there a number
467 ;;; between the two intervals that is not an element of either
468 ;;; interval?  If so, they are not adjacent. For example [0, 1) and
469 ;;; [1, 2] are adjacent but [0, 1) and (1, 2] are not because 1 lies
470 ;;; between both intervals.
471 (defun interval-adjacent-p (x y)
472   (declare (type interval x y))
473   (flet ((adjacent (lo hi)
474            ;; Check to see whether lo and hi are adjacent. If either is
475            ;; nil, they can't be adjacent.
476            (when (and lo hi (= (bound-value lo) (bound-value hi)))
477              ;; The bounds are equal. They are adjacent if one of
478              ;; them is closed (a number). If both are open (consp),
479              ;; then there is a number that lies between them.
480              (or (numberp lo) (numberp hi)))))
481     (or (adjacent (interval-low y) (interval-high x))
482         (adjacent (interval-low x) (interval-high y)))))
483
484 ;;; INTERVAL-INTERSECTION/DIFFERENCE
485 ;;;
486 ;;; Compute the intersection and difference between two intervals.
487 ;;; Two values are returned: the intersection and the difference.
488 ;;;
489 ;;; Let the two intervals be X and Y, and let I and D be the two
490 ;;; values returned by this function. Then I = X intersect Y. If I
491 ;;; is NIL (the empty set), then D is X union Y, represented as the
492 ;;; list of X and Y. If I is not the empty set, then D is (X union Y)
493 ;;; - I, which is a list of two intervals.
494 ;;;
495 ;;; For example, let X = [1,5] and Y = [-1,3). Then I = [1,3) and D =
496 ;;; [-1,1) union [3,5], which is returned as a list of two intervals.
497 (defun interval-intersection/difference (x y)
498   (declare (type interval x y))
499   (let ((x-lo (interval-low x))
500         (x-hi (interval-high x))
501         (y-lo (interval-low y))
502         (y-hi (interval-high y)))
503     (labels
504         ((opposite-bound (p)
505            ;; If p is an open bound, make it closed. If p is a closed
506            ;; bound, make it open.
507            (if (listp p)
508                (first p)
509                (list p)))
510          (test-number (p int)
511            ;; Test whether P is in the interval.
512            (when (interval-contains-p (bound-value p)
513                                       (interval-closure int))
514              (let ((lo (interval-low int))
515                    (hi (interval-high int)))
516                ;; Check for endpoints
517                (cond ((and lo (= (bound-value p) (bound-value lo)))
518                       (not (and (consp p) (numberp lo))))
519                      ((and hi (= (bound-value p) (bound-value hi)))
520                       (not (and (numberp p) (consp hi))))
521                      (t t)))))
522          (test-lower-bound (p int)
523            ;; P is a lower bound of an interval.
524            (if p
525                (test-number p int)
526                (not (interval-bounded-p int 'below))))
527          (test-upper-bound (p int)
528            ;; P is an upper bound of an interval
529            (if p
530                (test-number p int)
531                (not (interval-bounded-p int 'above)))))
532       (let ((x-lo-in-y (test-lower-bound x-lo y))
533             (x-hi-in-y (test-upper-bound x-hi y))
534             (y-lo-in-x (test-lower-bound y-lo x))
535             (y-hi-in-x (test-upper-bound y-hi x)))
536         (cond ((or x-lo-in-y x-hi-in-y y-lo-in-x y-hi-in-x)
537                ;; Intervals intersect. Let's compute the intersection
538                ;; and the difference.
539                (multiple-value-bind (lo left-lo left-hi)
540                    (cond (x-lo-in-y (values x-lo y-lo (opposite-bound x-lo)))
541                          (y-lo-in-x (values y-lo x-lo (opposite-bound y-lo))))
542                  (multiple-value-bind (hi right-lo right-hi)
543                      (cond (x-hi-in-y
544                             (values x-hi (opposite-bound x-hi) y-hi))
545                            (y-hi-in-x
546                             (values y-hi (opposite-bound y-hi) x-hi)))
547                    (values (make-interval :low lo :high hi)
548                            (list (make-interval :low left-lo :high left-hi)
549                                  (make-interval :low right-lo :high right-hi))))))
550               (t
551                (values nil (list x y))))))))
552
553 ;;; INTERVAL-MERGE-PAIR
554 ;;;
555 ;;; If intervals X and Y intersect, return a new interval that is the
556 ;;; union of the two. If they do not intersect, return NIL.
557 (defun interval-merge-pair (x y)
558   (declare (type interval x y))
559   ;; If x and y intersect or are adjacent, create the union.
560   ;; Otherwise return nil
561   (when (or (interval-intersect-p x y)
562             (interval-adjacent-p x y))
563     (flet ((select-bound (x1 x2 min-op max-op)
564              (let ((x1-val (bound-value x1))
565                    (x2-val (bound-value x2)))
566                (cond ((and x1 x2)
567                       ;; Both bounds are finite. Select the right one.
568                       (cond ((funcall min-op x1-val x2-val)
569                              ;; x1 definitely better
570                              x1)
571                             ((funcall max-op x1-val x2-val)
572                              ;; x2 definitely better
573                              x2)
574                             (t
575                              ;; Bounds are equal. Select either
576                              ;; value and make it open only if
577                              ;; both were open.
578                              (set-bound x1-val (and (consp x1) (consp x2))))))
579                      (t
580                       ;; At least one bound is not finite. The
581                       ;; non-finite bound always wins.
582                       nil)))))
583       (let* ((x-lo (copy-interval-limit (interval-low x)))
584              (x-hi (copy-interval-limit (interval-high x)))
585              (y-lo (copy-interval-limit (interval-low y)))
586              (y-hi (copy-interval-limit (interval-high y))))
587         (make-interval :low (select-bound x-lo y-lo #'< #'>)
588                        :high (select-bound x-hi y-hi #'> #'<))))))
589
590 ;;; Basic arithmetic operations on intervals. We probably should do
591 ;;; true interval arithmetic here, but it's complicated because we
592 ;;; have float and integer types and bounds can be open or closed.
593
594 ;;; INTERVAL-NEG
595 ;;;
596 ;;; The negative of an interval
597 (defun interval-neg (x)
598   (declare (type interval x))
599   (make-interval :low (bound-func #'- (interval-high x))
600                  :high (bound-func #'- (interval-low x))))
601
602 ;;; INTERVAL-ADD
603 ;;;
604 ;;; Add two intervals
605 (defun interval-add (x y)
606   (declare (type interval x y))
607   (make-interval :low (bound-binop + (interval-low x) (interval-low y))
608                  :high (bound-binop + (interval-high x) (interval-high y))))
609
610 ;;; INTERVAL-SUB
611 ;;;
612 ;;; Subtract two intervals
613 (defun interval-sub (x y)
614   (declare (type interval x y))
615   (make-interval :low (bound-binop - (interval-low x) (interval-high y))
616                  :high (bound-binop - (interval-high x) (interval-low y))))
617
618 ;;; INTERVAL-MUL
619 ;;;
620 ;;; Multiply two intervals
621 (defun interval-mul (x y)
622   (declare (type interval x y))
623   (flet ((bound-mul (x y)
624            (cond ((or (null x) (null y))
625                   ;; Multiply by infinity is infinity
626                   nil)
627                  ((or (and (numberp x) (zerop x))
628                       (and (numberp y) (zerop y)))
629                   ;; Multiply by closed zero is special. The result
630                   ;; is always a closed bound. But don't replace this
631                   ;; with zero; we want the multiplication to produce
632                   ;; the correct signed zero, if needed.
633                   (* (bound-value x) (bound-value y)))
634                  ((or (and (floatp x) (float-infinity-p x))
635                       (and (floatp y) (float-infinity-p y)))
636                   ;; Infinity times anything is infinity
637                   nil)
638                  (t
639                   ;; General multiply. The result is open if either is open.
640                   (bound-binop * x y)))))
641     (let ((x-range (interval-range-info x))
642           (y-range (interval-range-info y)))
643       (cond ((null x-range)
644              ;; Split x into two and multiply each separately
645              (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
646                (interval-merge-pair (interval-mul x- y)
647                                     (interval-mul x+ y))))
648             ((null y-range)
649              ;; Split y into two and multiply each separately
650              (destructuring-bind (y- y+) (interval-split 0 y t t)
651                (interval-merge-pair (interval-mul x y-)
652                                     (interval-mul x y+))))
653             ((eq x-range '-)
654              (interval-neg (interval-mul (interval-neg x) y)))
655             ((eq y-range '-)
656              (interval-neg (interval-mul x (interval-neg y))))
657             ((and (eq x-range '+) (eq y-range '+))
658              ;; If we are here, X and Y are both positive
659              (make-interval :low (bound-mul (interval-low x) (interval-low y))
660                             :high (bound-mul (interval-high x) (interval-high y))))
661             (t
662              (error "This shouldn't happen!"))))))
663
664 ;;; INTERVAL-DIV
665 ;;;
666 ;;; Divide two intervals.
667 (defun interval-div (top bot)
668   (declare (type interval top bot))
669   (flet ((bound-div (x y y-low-p)
670            ;; Compute x/y
671            (cond ((null y)
672                   ;; Divide by infinity means result is 0. However,
673                   ;; we need to watch out for the sign of the result,
674                   ;; to correctly handle signed zeros. We also need
675                   ;; to watch out for positive or negative infinity.
676                   (if (floatp (bound-value x))
677                       (if y-low-p
678                           (- (float-sign (bound-value x) 0.0))
679                           (float-sign (bound-value x) 0.0))
680                       0))
681                  ((zerop (bound-value y))
682                   ;; Divide by zero means result is infinity
683                   nil)
684                  ((and (numberp x) (zerop x))
685                   ;; Zero divided by anything is zero.
686                   x)
687                  (t
688                   (bound-binop / x y)))))
689     (let ((top-range (interval-range-info top))
690           (bot-range (interval-range-info bot)))
691       (cond ((null bot-range)
692              ;; The denominator contains zero, so anything goes!
693              (make-interval :low nil :high nil))
694             ((eq bot-range '-)
695              ;; Denominator is negative so flip the sign, compute the
696              ;; result, and flip it back.
697              (interval-neg (interval-div top (interval-neg bot))))
698             ((null top-range)
699              ;; Split top into two positive and negative parts, and
700              ;; divide each separately
701              (destructuring-bind (top- top+) (interval-split 0 top t t)
702                (interval-merge-pair (interval-div top- bot)
703                                     (interval-div top+ bot))))
704             ((eq top-range '-)
705              ;; Top is negative so flip the sign, divide, and flip the
706              ;; sign of the result.
707              (interval-neg (interval-div (interval-neg top) bot)))
708             ((and (eq top-range '+) (eq bot-range '+))
709              ;; The easy case
710              (make-interval :low (bound-div (interval-low top) (interval-high bot) t)
711                             :high (bound-div (interval-high top) (interval-low bot) nil)))
712             (t
713              (error "This shouldn't happen!"))))))
714
715 ;;; INTERVAL-FUNC
716 ;;;
717 ;;; Apply the function F to the interval X. If X = [a, b], then the
718 ;;; result is [f(a), f(b)]. It is up to the user to make sure the
719 ;;; result makes sense. It will if F is monotonic increasing (or
720 ;;; non-decreasing).
721 (defun interval-func (f x)
722   (declare (type interval x))
723   (let ((lo (bound-func f (interval-low x)))
724         (hi (bound-func f (interval-high x))))
725     (make-interval :low lo :high hi)))
726
727 ;;; INTERVAL-<
728 ;;;
729 ;;; Return T if X < Y. That is every number in the interval X is
730 ;;; always less than any number in the interval Y.
731 (defun interval-< (x y)
732   (declare (type interval x y))
733   ;; X < Y only if X is bounded above, Y is bounded below, and they
734   ;; don't overlap.
735   (when (and (interval-bounded-p x 'above)
736              (interval-bounded-p y 'below))
737     ;; Intervals are bounded in the appropriate way. Make sure they
738     ;; don't overlap.
739     (let ((left (interval-high x))
740           (right (interval-low y)))
741       (cond ((> (bound-value left)
742                 (bound-value right))
743              ;; Definitely overlap so result is NIL
744              nil)
745             ((< (bound-value left)
746                 (bound-value right))
747              ;; Definitely don't touch, so result is T
748              t)
749             (t
750              ;; Limits are equal. Check for open or closed bounds.
751              ;; Don't overlap if one or the other are open.
752              (or (consp left) (consp right)))))))
753
754 ;;; INVTERVAL->=
755 ;;;
756 ;;; Return T if X >= Y. That is, every number in the interval X is
757 ;;; always greater than any number in the interval Y.
758 (defun interval->= (x y)
759   (declare (type interval x y))
760   ;; X >= Y if lower bound of X >= upper bound of Y
761   (when (and (interval-bounded-p x 'below)
762              (interval-bounded-p y 'above))
763     (>= (bound-value (interval-low x)) (bound-value (interval-high y)))))
764
765 ;;; INTERVAL-ABS
766 ;;;
767 ;;; Return an interval that is the absolute value of X. Thus, if X =
768 ;;; [-1 10], the result is [0, 10].
769 (defun interval-abs (x)
770   (declare (type interval x))
771   (case (interval-range-info x)
772     ('+
773      (copy-interval x))
774     ('-
775      (interval-neg x))
776     (t
777      (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
778        (interval-merge-pair (interval-neg x-) x+)))))
779
780 ;;; INTERVAL-SQR
781 ;;;
782 ;;; Compute the square of an interval.
783 (defun interval-sqr (x)
784   (declare (type interval x))
785   (interval-func #'(lambda (x) (* x x))
786                  (interval-abs x)))
787 )) ; end PROGN's
788 \f
789 ;;;; numeric derive-type methods
790
791 ;;; Utility for defining derive-type methods of integer operations. If the
792 ;;; types of both X and Y are integer types, then we compute a new integer type
793 ;;; with bounds determined Fun when applied to X and Y. Otherwise, we use
794 ;;; Numeric-Contagion.
795 (defun derive-integer-type (x y fun)
796   (declare (type continuation x y) (type function fun))
797   (let ((x (continuation-type x))
798         (y (continuation-type y)))
799     (if (and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y)
800              (eq (numeric-type-class x) 'integer)
801              (eq (numeric-type-class y) 'integer)
802              (eq (numeric-type-complexp x) :real)
803              (eq (numeric-type-complexp y) :real))
804         (multiple-value-bind (low high) (funcall fun x y)
805           (make-numeric-type :class 'integer
806                              :complexp :real
807                              :low low
808                              :high high))
809         (numeric-contagion x y))))
810
811 #!+(or propagate-float-type propagate-fun-type)
812 (progn
813
814 ;; Simple utility to flatten a list
815 (defun flatten-list (x)
816   (labels ((flatten-helper (x r);; 'r' is the stuff to the 'right'.
817              (cond ((null x) r)
818                    ((atom x)
819                     (cons x r))
820                    (t (flatten-helper (car x)
821                                       (flatten-helper (cdr x) r))))))
822     (flatten-helper x nil)))
823
824 ;;; Take some type of continuation and massage it so that we get a
825 ;;; list of the constituent types. If ARG is *EMPTY-TYPE*, return NIL
826 ;;; to indicate failure.
827 (defun prepare-arg-for-derive-type (arg)
828   (flet ((listify (arg)
829            (typecase arg
830              (numeric-type
831               (list arg))
832              (union-type
833               (union-type-types arg))
834              (t
835               (list arg)))))
836     (unless (eq arg *empty-type*)
837       ;; Make sure all args are some type of numeric-type. For member
838       ;; types, convert the list of members into a union of equivalent
839       ;; single-element member-type's.
840       (let ((new-args nil))
841         (dolist (arg (listify arg))
842           (if (member-type-p arg)
843               ;; Run down the list of members and convert to a list of
844               ;; member types.
845               (dolist (member (member-type-members arg))
846                 (push (if (numberp member)
847                           (make-member-type :members (list member))
848                           *empty-type*)
849                       new-args))
850               (push arg new-args)))
851         (unless (member *empty-type* new-args)
852           new-args)))))
853
854 ;;; Convert from the standard type convention for which -0.0 and 0.0
855 ;;; and equal to an intermediate convention for which they are
856 ;;; considered different which is more natural for some of the
857 ;;; optimisers.
858 #!-negative-zero-is-not-zero
859 (defun convert-numeric-type (type)
860   (declare (type numeric-type type))
861   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
862   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
863       (let* ((lo (numeric-type-low type))
864              (lo-val (bound-value lo))
865              (lo-float-zero-p (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)))
866              (hi (numeric-type-high type))
867              (hi-val (bound-value hi))
868              (hi-float-zero-p (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0))))
869         (if (or lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
870             (make-numeric-type
871              :class (numeric-type-class type)
872              :format (numeric-type-format type)
873              :complexp :real
874              :low (if lo-float-zero-p
875                       (if (consp lo)
876                           (list (float 0.0 lo-val))
877                           (float -0.0 lo-val))
878                       lo)
879              :high (if hi-float-zero-p
880                        (if (consp hi)
881                            (list (float -0.0 hi-val))
882                            (float 0.0 hi-val))
883                        hi))
884             type))
885       ;; Not real float.
886       type))
887
888 ;;; Convert back from the intermediate convention for which -0.0 and
889 ;;; 0.0 are considered different to the standard type convention for
890 ;;; which and equal.
891 #!-negative-zero-is-not-zero
892 (defun convert-back-numeric-type (type)
893   (declare (type numeric-type type))
894   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
895   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
896       (let* ((lo (numeric-type-low type))
897              (lo-val (bound-value lo))
898              (lo-float-zero-p
899               (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)
900                    (float-sign lo-val)))
901              (hi (numeric-type-high type))
902              (hi-val (bound-value hi))
903              (hi-float-zero-p
904               (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0)
905                    (float-sign hi-val))))
906         (cond
907           ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
908           ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
909           ((and lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
910            ;; Shouldn't have exclusive bounds here.
911            (assert (and (not (consp lo)) (not (consp hi))))
912            (if (= lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
913                ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
914                ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
915                (specifier-type `(member ,lo-val))
916                ;; (float -0.0 +0.0) => (float 0.0 0.0)
917                ;; (float +0.0 -0.0) => (float 0.0 0.0)
918                (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
919                                   :format (numeric-type-format type)
920                                   :complexp :real
921                                   :low hi-val
922                                   :high hi-val)))
923           (lo-float-zero-p
924            (cond
925              ;; (float -0.0 x) => (float 0.0 x)
926              ((and (not (consp lo)) (minusp lo-float-zero-p))
927               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
928                                  :format (numeric-type-format type)
929                                  :complexp :real
930                                  :low (float 0.0 lo-val)
931                                  :high hi))
932              ;; (float (+0.0) x) => (float (0.0) x)
933              ((and (consp lo) (plusp lo-float-zero-p))
934               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
935                                  :format (numeric-type-format type)
936                                  :complexp :real
937                                  :low (list (float 0.0 lo-val))
938                                  :high hi))
939              (t
940               ;; (float +0.0 x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
941               ;; (float (-0.0) x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
942               (list (make-member-type :members (list (float 0.0 lo-val)))
943                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
944                                        :format (numeric-type-format type)
945                                        :complexp :real
946                                        :low (list (float 0.0 lo-val))
947                                        :high hi)))))
948           (hi-float-zero-p
949            (cond
950              ;; (float x +0.0) => (float x 0.0)
951              ((and (not (consp hi)) (plusp hi-float-zero-p))
952               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
953                                  :format (numeric-type-format type)
954                                  :complexp :real
955                                  :low lo
956                                  :high (float 0.0 hi-val)))
957              ;; (float x (-0.0)) => (float x (0.0))
958              ((and (consp hi) (minusp hi-float-zero-p))
959               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
960                                  :format (numeric-type-format type)
961                                  :complexp :real
962                                  :low lo
963                                  :high (list (float 0.0 hi-val))))
964              (t
965               ;; (float x (+0.0)) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
966               ;; (float x -0.0) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
967               (list (make-member-type :members (list (float -0.0 hi-val)))
968                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
969                                        :format (numeric-type-format type)
970                                        :complexp :real
971                                        :low lo
972                                        :high (list (float 0.0 hi-val)))))))
973           (t
974            type)))
975       ;; Not real float.
976       type))
977
978 ;;; Convert back a possible list of numeric types.
979 #!-negative-zero-is-not-zero
980 (defun convert-back-numeric-type-list (type-list)
981   (typecase type-list
982     (list
983      (let ((results '()))
984        (dolist (type type-list)
985          (if (numeric-type-p type)
986              (let ((result (convert-back-numeric-type type)))
987                (if (listp result)
988                    (setf results (append results result))
989                    (push result results)))
990              (push type results)))
991        results))
992     (numeric-type
993      (convert-back-numeric-type type-list))
994     (union-type
995      (convert-back-numeric-type-list (union-type-types type-list)))
996     (t
997      type-list)))
998
999 ;;; Make-Canonical-Union-Type
1000 ;;;
1001 ;;; Take a list of types and return a canonical type specifier,
1002 ;;; combining any members types together. If both positive and
1003 ;;; negative members types are present they are converted to a float
1004 ;;; type. X This would be far simpler if the type-union methods could
1005 ;;; handle member/number unions.
1006 (defun make-canonical-union-type (type-list)
1007   (let ((members '())
1008         (misc-types '()))
1009     (dolist (type type-list)
1010       (if (member-type-p type)
1011           (setf members (union members (member-type-members type)))
1012           (push type misc-types)))
1013     #!+long-float
1014     (when (null (set-difference '(-0l0 0l0) members))
1015       #!-negative-zero-is-not-zero
1016       (push (specifier-type '(long-float 0l0 0l0)) misc-types)
1017       #!+negative-zero-is-not-zero
1018       (push (specifier-type '(long-float -0l0 0l0)) misc-types)
1019       (setf members (set-difference members '(-0l0 0l0))))
1020     (when (null (set-difference '(-0d0 0d0) members))
1021       #!-negative-zero-is-not-zero
1022       (push (specifier-type '(double-float 0d0 0d0)) misc-types)
1023       #!+negative-zero-is-not-zero
1024       (push (specifier-type '(double-float -0d0 0d0)) misc-types)
1025       (setf members (set-difference members '(-0d0 0d0))))
1026     (when (null (set-difference '(-0f0 0f0) members))
1027       #!-negative-zero-is-not-zero
1028       (push (specifier-type '(single-float 0f0 0f0)) misc-types)
1029       #!+negative-zero-is-not-zero
1030       (push (specifier-type '(single-float -0f0 0f0)) misc-types)
1031       (setf members (set-difference members '(-0f0 0f0))))
1032     (cond ((null members)
1033            (let ((res (first misc-types)))
1034              (dolist (type (rest misc-types))
1035                (setq res (type-union res type)))
1036              res))
1037           ((null misc-types)
1038            (make-member-type :members members))
1039           (t
1040            (let ((res (first misc-types)))
1041              (dolist (type (rest misc-types))
1042                (setq res (type-union res type)))
1043              (dolist (type members)
1044                (setq res (type-union
1045                           res (make-member-type :members (list type)))))
1046              res)))))
1047
1048 ;;; Convert-Member-Type
1049 ;;;
1050 ;;; Convert a member type with a single member to a numeric type.
1051 (defun convert-member-type (arg)
1052   (let* ((members (member-type-members arg))
1053          (member (first members))
1054          (member-type (type-of member)))
1055     (assert (not (rest members)))
1056     (specifier-type `(,(if (subtypep member-type 'integer)
1057                            'integer
1058                            member-type)
1059                       ,member ,member))))
1060
1061 ;;; ONE-ARG-DERIVE-TYPE
1062 ;;;
1063 ;;; This is used in defoptimizers for computing the resulting type of
1064 ;;; a function.
1065 ;;;
1066 ;;; Given the continuation ARG, derive the resulting type using the
1067 ;;; DERIVE-FCN. DERIVE-FCN takes exactly one argument which is some
1068 ;;; "atomic" continuation type like numeric-type or member-type
1069 ;;; (containing just one element). It should return the resulting
1070 ;;; type, which can be a list of types.
1071 ;;;
1072 ;;; For the case of member types, if a member-fcn is given it is
1073 ;;; called to compute the result otherwise the member type is first
1074 ;;; converted to a numeric type and the derive-fcn is call.
1075 (defun one-arg-derive-type (arg derive-fcn member-fcn
1076                                 &optional (convert-type t))
1077   (declare (type function derive-fcn)
1078            (type (or null function) member-fcn)
1079            #!+negative-zero-is-not-zero (ignore convert-type))
1080   (let ((arg-list (prepare-arg-for-derive-type (continuation-type arg))))
1081     (when arg-list
1082       (flet ((deriver (x)
1083                (typecase x
1084                  (member-type
1085                   (if member-fcn
1086                       (with-float-traps-masked
1087                           (:underflow :overflow :divide-by-zero)
1088                         (make-member-type
1089                          :members (list
1090                                    (funcall member-fcn
1091                                             (first (member-type-members x))))))
1092                       ;; Otherwise convert to a numeric type.
1093                       (let ((result-type-list
1094                              (funcall derive-fcn (convert-member-type x))))
1095                         #!-negative-zero-is-not-zero
1096                         (if convert-type
1097                             (convert-back-numeric-type-list result-type-list)
1098                             result-type-list)
1099                         #!+negative-zero-is-not-zero
1100                         result-type-list)))
1101                  (numeric-type
1102                   #!-negative-zero-is-not-zero
1103                   (if convert-type
1104                       (convert-back-numeric-type-list
1105                        (funcall derive-fcn (convert-numeric-type x)))
1106                       (funcall derive-fcn x))
1107                   #!+negative-zero-is-not-zero
1108                   (funcall derive-fcn x))
1109                  (t
1110                   *universal-type*))))
1111         ;; Run down the list of args and derive the type of each one,
1112         ;; saving all of the results in a list.
1113         (let ((results nil))
1114           (dolist (arg arg-list)
1115             (let ((result (deriver arg)))
1116               (if (listp result)
1117                   (setf results (append results result))
1118                   (push result results))))
1119           (if (rest results)
1120               (make-canonical-union-type results)
1121               (first results)))))))
1122
1123 ;;; TWO-ARG-DERIVE-TYPE
1124 ;;;
1125 ;;; Same as ONE-ARG-DERIVE-TYPE, except we assume the function takes
1126 ;;; two arguments. DERIVE-FCN takes 3 args in this case: the two
1127 ;;; original args and a third which is T to indicate if the two args
1128 ;;; really represent the same continuation. This is useful for
1129 ;;; deriving the type of things like (* x x), which should always be
1130 ;;; positive. If we didn't do this, we wouldn't be able to tell.
1131 (defun two-arg-derive-type (arg1 arg2 derive-fcn fcn
1132                                  &optional (convert-type t))
1133   #!+negative-zero-is-not-zero
1134   (declare (ignore convert-type))
1135   (flet (#!-negative-zero-is-not-zero
1136          (deriver (x y same-arg)
1137            (cond ((and (member-type-p x) (member-type-p y))
1138                   (let* ((x (first (member-type-members x)))
1139                          (y (first (member-type-members y)))
1140                          (result (with-float-traps-masked
1141                                      (:underflow :overflow :divide-by-zero
1142                                       :invalid)
1143                                    (funcall fcn x y))))
1144                     (cond ((null result))
1145                           ((and (floatp result) (float-nan-p result))
1146                            (make-numeric-type
1147                             :class 'float
1148                             :format (type-of result)
1149                             :complexp :real))
1150                           (t
1151                            (make-member-type :members (list result))))))
1152                  ((and (member-type-p x) (numeric-type-p y))
1153                   (let* ((x (convert-member-type x))
1154                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1155                          (result (funcall derive-fcn x y same-arg)))
1156                     (if convert-type
1157                         (convert-back-numeric-type-list result)
1158                         result)))
1159                  ((and (numeric-type-p x) (member-type-p y))
1160                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1161                          (y (convert-member-type y))
1162                          (result (funcall derive-fcn x y same-arg)))
1163                     (if convert-type
1164                         (convert-back-numeric-type-list result)
1165                         result)))
1166                  ((and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y))
1167                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1168                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1169                          (result (funcall derive-fcn x y same-arg)))
1170                     (if convert-type
1171                         (convert-back-numeric-type-list result)
1172                         result)))
1173                  (t
1174                   *universal-type*)))
1175          #!+negative-zero-is-not-zero
1176          (deriver (x y same-arg)
1177            (cond ((and (member-type-p x) (member-type-p y))
1178                   (let* ((x (first (member-type-members x)))
1179                          (y (first (member-type-members y)))
1180                          (result (with-float-traps-masked
1181                                      (:underflow :overflow :divide-by-zero)
1182                                    (funcall fcn x y))))
1183                     (if result
1184                         (make-member-type :members (list result)))))
1185                  ((and (member-type-p x) (numeric-type-p y))
1186                   (let ((x (convert-member-type x)))
1187                     (funcall derive-fcn x y same-arg)))
1188                  ((and (numeric-type-p x) (member-type-p y))
1189                   (let ((y (convert-member-type y)))
1190                     (funcall derive-fcn x y same-arg)))
1191                  ((and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y))
1192                   (funcall derive-fcn x y same-arg))
1193                  (t
1194                   *universal-type*))))
1195     (let ((same-arg (same-leaf-ref-p arg1 arg2))
1196           (a1 (prepare-arg-for-derive-type (continuation-type arg1)))
1197           (a2 (prepare-arg-for-derive-type (continuation-type arg2))))
1198       (when (and a1 a2)
1199         (let ((results nil))
1200           (if same-arg
1201               ;; Since the args are the same continuation, just run
1202               ;; down the lists.
1203               (dolist (x a1)
1204                 (let ((result (deriver x x same-arg)))
1205                   (if (listp result)
1206                       (setf results (append results result))
1207                       (push result results))))
1208               ;; Try all pairwise combinations.
1209               (dolist (x a1)
1210                 (dolist (y a2)
1211                   (let ((result (or (deriver x y same-arg)
1212                                     (numeric-contagion x y))))
1213                     (if (listp result)
1214                         (setf results (append results result))
1215                         (push result results))))))
1216           (if (rest results)
1217               (make-canonical-union-type results)
1218               (first results)))))))
1219
1220 ) ; PROGN
1221 \f
1222 #!-propagate-float-type
1223 (progn
1224 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1225   (derive-integer-type
1226    x y
1227    #'(lambda (x y)
1228        (flet ((frob (x y)
1229                 (if (and x y)
1230                     (+ x y)
1231                     nil)))
1232          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-low y))
1233                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-high y)))))))
1234
1235 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1236   (derive-integer-type
1237    x y
1238    #'(lambda (x y)
1239        (flet ((frob (x y)
1240                 (if (and x y)
1241                     (- x y)
1242                     nil)))
1243          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-high y))
1244                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-low y)))))))
1245
1246 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1247   (derive-integer-type
1248    x y
1249    #'(lambda (x y)
1250        (let ((x-low (numeric-type-low x))
1251              (x-high (numeric-type-high x))
1252              (y-low (numeric-type-low y))
1253              (y-high (numeric-type-high y)))
1254          (cond ((not (and x-low y-low))
1255                 (values nil nil))
1256                ((or (minusp x-low) (minusp y-low))
1257                 (if (and x-high y-high)
1258                     (let ((max (* (max (abs x-low) (abs x-high))
1259                                   (max (abs y-low) (abs y-high)))))
1260                       (values (- max) max))
1261                     (values nil nil)))
1262                (t
1263                 (values (* x-low y-low)
1264                         (if (and x-high y-high)
1265                             (* x-high y-high)
1266                             nil))))))))
1267
1268 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1269   (numeric-contagion (continuation-type x) (continuation-type y)))
1270
1271 ) ; PROGN
1272
1273 #!+propagate-float-type
1274 (progn
1275 (defun +-derive-type-aux (x y same-arg)
1276   (if (and (numeric-type-real-p x)
1277            (numeric-type-real-p y))
1278       (let ((result
1279              (if same-arg
1280                  (let ((x-int (numeric-type->interval x)))
1281                    (interval-add x-int x-int))
1282                  (interval-add (numeric-type->interval x)
1283                                (numeric-type->interval y))))
1284             (result-type (numeric-contagion x y)))
1285         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1286         ;; the bounds into the correct type.
1287         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1288           (setf result (interval-func
1289                         #'(lambda (x)
1290                             (coerce x (or (numeric-type-format result-type)
1291                                           'float)))
1292                         result)))
1293         (make-numeric-type
1294          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1295                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1296                     ;; The sum of integers is always an integer
1297                     'integer
1298                     (numeric-type-class result-type))
1299          :format (numeric-type-format result-type)
1300          :low (interval-low result)
1301          :high (interval-high result)))
1302       ;; General contagion
1303       (numeric-contagion x y)))
1304
1305 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1306   (two-arg-derive-type x y #'+-derive-type-aux #'+))
1307
1308 (defun --derive-type-aux (x y same-arg)
1309   (if (and (numeric-type-real-p x)
1310            (numeric-type-real-p y))
1311       (let ((result
1312              ;; (- x x) is always 0.
1313              (if same-arg
1314                  (make-interval :low 0 :high 0)
1315                  (interval-sub (numeric-type->interval x)
1316                                (numeric-type->interval y))))
1317             (result-type (numeric-contagion x y)))
1318         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1319         ;; the bounds into the correct type.
1320         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1321           (setf result (interval-func
1322                         #'(lambda (x)
1323                             (coerce x (or (numeric-type-format result-type)
1324                                           'float)))
1325                         result)))
1326         (make-numeric-type
1327          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1328                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1329                     ;; The difference of integers is always an integer
1330                     'integer
1331                     (numeric-type-class result-type))
1332          :format (numeric-type-format result-type)
1333          :low (interval-low result)
1334          :high (interval-high result)))
1335       ;; General contagion
1336       (numeric-contagion x y)))
1337
1338 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1339   (two-arg-derive-type x y #'--derive-type-aux #'-))
1340
1341 (defun *-derive-type-aux (x y same-arg)
1342   (if (and (numeric-type-real-p x)
1343            (numeric-type-real-p y))
1344       (let ((result
1345              ;; (* x x) is always positive, so take care to do it
1346              ;; right.
1347              (if same-arg
1348                  (interval-sqr (numeric-type->interval x))
1349                  (interval-mul (numeric-type->interval x)
1350                                (numeric-type->interval y))))
1351             (result-type (numeric-contagion x y)))
1352         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1353         ;; the bounds into the correct type.
1354         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1355           (setf result (interval-func
1356                         #'(lambda (x)
1357                             (coerce x (or (numeric-type-format result-type)
1358                                           'float)))
1359                         result)))
1360         (make-numeric-type
1361          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1362                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1363                     ;; The product of integers is always an integer
1364                     'integer
1365                     (numeric-type-class result-type))
1366          :format (numeric-type-format result-type)
1367          :low (interval-low result)
1368          :high (interval-high result)))
1369       (numeric-contagion x y)))
1370
1371 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1372   (two-arg-derive-type x y #'*-derive-type-aux #'*))
1373
1374 (defun /-derive-type-aux (x y same-arg)
1375   (if (and (numeric-type-real-p x)
1376            (numeric-type-real-p y))
1377       (let ((result
1378              ;; (/ x x) is always 1, except if x can contain 0. In
1379              ;; that case, we shouldn't optimize the division away
1380              ;; because we want 0/0 to signal an error.
1381              (if (and same-arg
1382                       (not (interval-contains-p
1383                             0 (interval-closure (numeric-type->interval y)))))
1384                  (make-interval :low 1 :high 1)
1385                  (interval-div (numeric-type->interval x)
1386                                (numeric-type->interval y))))
1387             (result-type (numeric-contagion x y)))
1388         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1389         ;; the bounds into the correct type.
1390         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1391           (setf result (interval-func
1392                         #'(lambda (x)
1393                             (coerce x (or (numeric-type-format result-type)
1394                                           'float)))
1395                         result)))
1396         (make-numeric-type :class (numeric-type-class result-type)
1397                            :format (numeric-type-format result-type)
1398                            :low (interval-low result)
1399                            :high (interval-high result)))
1400       (numeric-contagion x y)))
1401
1402 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1403   (two-arg-derive-type x y #'/-derive-type-aux #'/))
1404
1405 ) ; PROGN
1406
1407 ;;; KLUDGE: All this ASH optimization is suppressed under CMU CL
1408 ;;; because as of version 2.4.6 for Debian, CMU CL blows up on (ASH
1409 ;;; 1000000000 -100000000000) (i.e. ASH of two bignums yielding zero)
1410 ;;; and it's hard to avoid that calculation in here.
1411 #-(and cmu sb-xc-host)
1412 (progn
1413 #!-propagate-fun-type
1414 (defoptimizer (ash derive-type) ((n shift))
1415   (or (let ((n-type (continuation-type n)))
1416         (when (numeric-type-p n-type)
1417           (let ((n-low (numeric-type-low n-type))
1418                 (n-high (numeric-type-high n-type)))
1419             (if (constant-continuation-p shift)
1420                 (let ((shift (continuation-value shift)))
1421                   (make-numeric-type :class 'integer
1422                                      :complexp :real
1423                                      :low (when n-low (ash n-low shift))
1424                                      :high (when n-high (ash n-high shift))))
1425                 (let ((s-type (continuation-type shift)))
1426                   (when (numeric-type-p s-type)
1427                     (let ((s-low (numeric-type-low s-type))
1428                           (s-high (numeric-type-high s-type)))
1429                       (if (and s-low s-high (<= s-low 64) (<= s-high 64))
1430                           (make-numeric-type :class 'integer
1431                                              :complexp :real
1432                                              :low (when n-low
1433                                                     (min (ash n-low s-high)
1434                                                          (ash n-low s-low)))
1435                                              :high (when n-high
1436                                                      (max (ash n-high s-high)
1437                                                           (ash n-high s-low))))
1438                           (make-numeric-type :class 'integer
1439                                              :complexp :real)))))))))
1440       *universal-type*))
1441 #!+propagate-fun-type
1442 (defun ash-derive-type-aux (n-type shift same-arg)
1443   (declare (ignore same-arg))
1444   (or (and (csubtypep n-type (specifier-type 'integer))
1445            (csubtypep shift (specifier-type 'integer))
1446            (let ((n-low (numeric-type-low n-type))
1447                  (n-high (numeric-type-high n-type))
1448                  (s-low (numeric-type-low shift))
1449                  (s-high (numeric-type-high shift)))
1450              ;; KLUDGE: The bare 64's here should be related to
1451              ;; symbolic machine word size values somehow.
1452              (if (and s-low s-high (<= s-low 64) (<= s-high 64))
1453                  (make-numeric-type :class 'integer :complexp :real
1454                                     :low (when n-low
1455                                            (min (ash n-low s-high)
1456                                                 (ash n-low s-low)))
1457                                     :high (when n-high
1458                                             (max (ash n-high s-high)
1459                                                  (ash n-high s-low))))
1460                  (make-numeric-type :class 'integer
1461                                     :complexp :real))))
1462       *universal-type*))
1463 #!+propagate-fun-type
1464 (defoptimizer (ash derive-type) ((n shift))
1465   (two-arg-derive-type n shift #'ash-derive-type-aux #'ash))
1466 ) ; PROGN
1467
1468 #!-propagate-float-type
1469 (macrolet ((frob (fun)
1470              `#'(lambda (type type2)
1471                   (declare (ignore type2))
1472                   (let ((lo (numeric-type-low type))
1473                         (hi (numeric-type-high type)))
1474                     (values (if hi (,fun hi) nil) (if lo (,fun lo) nil))))))
1475
1476   (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1477     (derive-integer-type num num (frob -)))
1478
1479   (defoptimizer (lognot derive-type) ((int))
1480     (derive-integer-type int int (frob lognot))))
1481
1482 #!+propagate-float-type
1483 (defoptimizer (lognot derive-type) ((int))
1484   (derive-integer-type int int
1485                        #'(lambda (type type2)
1486                            (declare (ignore type2))
1487                            (let ((lo (numeric-type-low type))
1488                                  (hi (numeric-type-high type)))
1489                              (values (if hi (lognot hi) nil)
1490                                      (if lo (lognot lo) nil)
1491                                      (numeric-type-class type)
1492                                      (numeric-type-format type))))))
1493
1494 #!+propagate-float-type
1495 (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1496   (flet ((negate-bound (b)
1497            (set-bound (- (bound-value b)) (consp b))))
1498     (one-arg-derive-type num
1499                          #'(lambda (type)
1500                              (let ((lo (numeric-type-low type))
1501                                    (hi (numeric-type-high type))
1502                                    (result (copy-numeric-type type)))
1503                                (setf (numeric-type-low result)
1504                                       (if hi (negate-bound hi) nil))
1505                                (setf (numeric-type-high result)
1506                                      (if lo (negate-bound lo) nil))
1507                                result))
1508                          #'-)))
1509
1510 #!-propagate-float-type
1511 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1512   (let ((type (continuation-type num)))
1513     (if (and (numeric-type-p type)
1514              (eq (numeric-type-class type) 'integer)
1515              (eq (numeric-type-complexp type) :real))
1516         (let ((lo (numeric-type-low type))
1517               (hi (numeric-type-high type)))
1518           (make-numeric-type :class 'integer :complexp :real
1519                              :low (cond ((and hi (minusp hi))
1520                                          (abs hi))
1521                                         (lo
1522                                          (max 0 lo))
1523                                         (t
1524                                          0))
1525                              :high (if (and hi lo)
1526                                        (max (abs hi) (abs lo))
1527                                        nil)))
1528         (numeric-contagion type type))))
1529
1530 #!+propagate-float-type
1531 (defun abs-derive-type-aux (type)
1532   (cond ((eq (numeric-type-complexp type) :complex)
1533          ;; The absolute value of a complex number is always a
1534          ;; non-negative float.
1535          (let* ((format (case (numeric-type-class type)
1536                           ((integer rational) 'single-float)
1537                           (t (numeric-type-format type))))
1538                 (bound-format (or format 'float)))
1539            (make-numeric-type :class 'float
1540                               :format format
1541                               :complexp :real
1542                               :low (coerce 0 bound-format)
1543                               :high nil)))
1544         (t
1545          ;; The absolute value of a real number is a non-negative real
1546          ;; of the same type.
1547          (let* ((abs-bnd (interval-abs (numeric-type->interval type)))
1548                 (class (numeric-type-class type))
1549                 (format (numeric-type-format type))
1550                 (bound-type (or format class 'real)))
1551            (make-numeric-type
1552             :class class
1553             :format format
1554             :complexp :real
1555             :low (coerce-numeric-bound (interval-low abs-bnd) bound-type)
1556             :high (coerce-numeric-bound
1557                    (interval-high abs-bnd) bound-type))))))
1558
1559 #!+propagate-float-type
1560 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1561   (one-arg-derive-type num #'abs-derive-type-aux #'abs))
1562
1563 #!-propagate-float-type
1564 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1565   (let ((number-type (continuation-type number))
1566         (divisor-type (continuation-type divisor))
1567         (integer-type (specifier-type 'integer)))
1568     (if (and (numeric-type-p number-type)
1569              (csubtypep number-type integer-type)
1570              (numeric-type-p divisor-type)
1571              (csubtypep divisor-type integer-type))
1572         (let ((number-low (numeric-type-low number-type))
1573               (number-high (numeric-type-high number-type))
1574               (divisor-low (numeric-type-low divisor-type))
1575               (divisor-high (numeric-type-high divisor-type)))
1576           (values-specifier-type
1577            `(values ,(integer-truncate-derive-type number-low number-high
1578                                                    divisor-low divisor-high)
1579                     ,(integer-rem-derive-type number-low number-high
1580                                               divisor-low divisor-high))))
1581         *universal-type*)))
1582
1583 #-sb-xc-host ;(CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE, see base-target-features.lisp-expr)
1584 (progn
1585 #!+propagate-float-type
1586 (progn
1587
1588 (defun rem-result-type (number-type divisor-type)
1589   ;; Figure out what the remainder type is. The remainder is an
1590   ;; integer if both args are integers; a rational if both args are
1591   ;; rational; and a float otherwise.
1592   (cond ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'integer))
1593               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'integer)))
1594          'integer)
1595         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'rational))
1596               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1597          'rational)
1598         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1599               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float)))
1600          ;; Both are floats so the result is also a float, of
1601          ;; the largest type.
1602          (or (float-format-max (numeric-type-format number-type)
1603                                (numeric-type-format divisor-type))
1604              'float))
1605         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1606               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1607          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1608          ;; rational. The remainder is a float of the same
1609          ;; type.
1610          (or (numeric-type-format number-type) 'float))
1611         ((and (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float))
1612               (csubtypep number-type (specifier-type 'rational)))
1613          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1614          ;; rational. The remainder is a float of the same
1615          ;; type.
1616          (or (numeric-type-format divisor-type) 'float))
1617         (t
1618          ;; Some unhandled combination. This usually means both args
1619          ;; are REAL so the result is a REAL.
1620          'real)))
1621
1622 (defun truncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1623   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1624          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1625          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type)))
1626     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1627     ;; We have real numbers now.
1628     (cond ((eq rem-type 'integer)
1629            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1630            ;; INTEGERs.
1631            (let* ((res (integer-truncate-derive-type
1632                         (interval-low number-interval)
1633                         (interval-high number-interval)
1634                         (interval-low divisor-interval)
1635                         (interval-high divisor-interval))))
1636              (specifier-type (if (listp res) res 'integer))))
1637           (t
1638            (let ((quot (truncate-quotient-bound
1639                         (interval-div number-interval
1640                                       divisor-interval))))
1641              (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1642                                        ,(or (interval-high quot) '*))))))))
1643
1644 (defun truncate-derive-type-rem (number-type divisor-type)
1645   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1646          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1647          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type))
1648          (rem (truncate-rem-bound number-interval divisor-interval)))
1649     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1650     ;; We have real numbers now.
1651     (cond ((eq rem-type 'integer)
1652            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1653            ;; INTEGERs.
1654            (specifier-type `(,rem-type ,(or (interval-low rem) '*)
1655                                        ,(or (interval-high rem) '*))))
1656           (t
1657            (multiple-value-bind (class format)
1658                (ecase rem-type
1659                  (integer
1660                   (values 'integer nil))
1661                  (rational
1662                   (values 'rational nil))
1663                  ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1664                   (values 'float rem-type))
1665                  (float
1666                   (values 'float nil))
1667                  (real
1668                   (values nil nil)))
1669              (when (member rem-type '(float single-float double-float
1670                                             #!+long-float long-float))
1671                (setf rem (interval-func #'(lambda (x)
1672                                             (coerce x rem-type))
1673                                         rem)))
1674              (make-numeric-type :class class
1675                                 :format format
1676                                 :low (interval-low rem)
1677                                 :high (interval-high rem)))))))
1678
1679 (defun truncate-derive-type-quot-aux (num div same-arg)
1680   (declare (ignore same-arg))
1681   (if (and (numeric-type-real-p num)
1682            (numeric-type-real-p div))
1683       (truncate-derive-type-quot num div)
1684       *empty-type*))
1685
1686 (defun truncate-derive-type-rem-aux (num div same-arg)
1687   (declare (ignore same-arg))
1688   (if (and (numeric-type-real-p num)
1689            (numeric-type-real-p div))
1690       (truncate-derive-type-rem num div)
1691       *empty-type*))
1692
1693 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1694   (let ((quot (two-arg-derive-type number divisor
1695                                    #'truncate-derive-type-quot-aux #'truncate))
1696         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1697                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1698     (when (and quot rem)
1699       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1700
1701 (defun ftruncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1702   ;; The bounds are the same as for truncate. However, the first
1703   ;; result is a float of some type. We need to determine what that
1704   ;; type is. Basically it's the more contagious of the two types.
1705   (let ((q-type (truncate-derive-type-quot number-type divisor-type))
1706         (res-type (numeric-contagion number-type divisor-type)))
1707     (make-numeric-type :class 'float
1708                        :format (numeric-type-format res-type)
1709                        :low (numeric-type-low q-type)
1710                        :high (numeric-type-high q-type))))
1711
1712 (defun ftruncate-derive-type-quot-aux (n d same-arg)
1713   (declare (ignore same-arg))
1714   (if (and (numeric-type-real-p n)
1715            (numeric-type-real-p d))
1716       (ftruncate-derive-type-quot n d)
1717       *empty-type*))
1718
1719 (defoptimizer (ftruncate derive-type) ((number divisor))
1720   (let ((quot
1721          (two-arg-derive-type number divisor
1722                               #'ftruncate-derive-type-quot-aux #'ftruncate))
1723         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1724                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1725     (when (and quot rem)
1726       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1727
1728 (defun %unary-truncate-derive-type-aux (number)
1729   (truncate-derive-type-quot number (specifier-type '(integer 1 1))))
1730
1731 (defoptimizer (%unary-truncate derive-type) ((number))
1732   (one-arg-derive-type number
1733                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1734                        #'%unary-truncate))
1735
1736 ;;; Define optimizers for FLOOR and CEILING.
1737 (macrolet
1738     ((frob-opt (name q-name r-name)
1739        (let ((q-aux (symbolicate q-name "-AUX"))
1740              (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1741          `(progn
1742            ;; Compute type of quotient (first) result
1743            (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1744              (let* ((number-interval
1745                      (numeric-type->interval number-type))
1746                     (divisor-interval
1747                      (numeric-type->interval divisor-type))
1748                     (quot (,q-name (interval-div number-interval
1749                                                  divisor-interval))))
1750                (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1751                                          ,(or (interval-high quot) '*)))))
1752            ;; Compute type of remainder
1753            (defun ,r-aux (number-type divisor-type)
1754              (let* ((divisor-interval
1755                      (numeric-type->interval divisor-type))
1756                     (rem (,r-name divisor-interval))
1757                     (result-type (rem-result-type number-type divisor-type)))
1758                (multiple-value-bind (class format)
1759                    (ecase result-type
1760                      (integer
1761                       (values 'integer nil))
1762                      (rational
1763                       (values 'rational nil))
1764                      ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1765                       (values 'float result-type))
1766                      (float
1767                       (values 'float nil))
1768                      (real
1769                       (values nil nil)))
1770                  (when (member result-type '(float single-float double-float
1771                                              #!+long-float long-float))
1772                    ;; Make sure the limits on the interval have
1773                    ;; the right type.
1774                    (setf rem (interval-func #'(lambda (x)
1775                                                 (coerce x result-type))
1776                                             rem)))
1777                  (make-numeric-type :class class
1778                                     :format format
1779                                     :low (interval-low rem)
1780                                     :high (interval-high rem)))))
1781            ;; The optimizer itself
1782            (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1783              (flet ((derive-q (n d same-arg)
1784                       (declare (ignore same-arg))
1785                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1786                                (numeric-type-real-p d))
1787                           (,q-aux n d)
1788                           *empty-type*))
1789                     (derive-r (n d same-arg)
1790                       (declare (ignore same-arg))
1791                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1792                                (numeric-type-real-p d))
1793                           (,r-aux n d)
1794                           *empty-type*)))
1795                (let ((quot (two-arg-derive-type
1796                             number divisor #'derive-q #',name))
1797                      (rem (two-arg-derive-type
1798                            number divisor #'derive-r #'mod)))
1799                  (when (and quot rem)
1800                    (make-values-type :required (list quot rem))))))
1801            ))))
1802
1803   ;; FIXME: DEF-FROB-OPT, not just FROB-OPT
1804   (frob-opt floor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1805   (frob-opt ceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1806
1807 ;;; Define optimizers for FFLOOR and FCEILING
1808 (macrolet
1809     ((frob-opt (name q-name r-name)
1810        (let ((q-aux (symbolicate "F" q-name "-AUX"))
1811              (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1812          `(progn
1813            ;; Compute type of quotient (first) result
1814            (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1815              (let* ((number-interval
1816                      (numeric-type->interval number-type))
1817                     (divisor-interval
1818                      (numeric-type->interval divisor-type))
1819                     (quot (,q-name (interval-div number-interval
1820                                                  divisor-interval)))
1821                     (res-type (numeric-contagion number-type divisor-type)))
1822                (make-numeric-type
1823                 :class (numeric-type-class res-type)
1824                 :format (numeric-type-format res-type)
1825                 :low  (interval-low quot)
1826                 :high (interval-high quot))))
1827
1828            (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1829              (flet ((derive-q (n d same-arg)
1830                       (declare (ignore same-arg))
1831                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1832                                (numeric-type-real-p d))
1833                           (,q-aux n d)
1834                           *empty-type*))
1835                     (derive-r (n d same-arg)
1836                       (declare (ignore same-arg))
1837                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1838                                (numeric-type-real-p d))
1839                           (,r-aux n d)
1840                           *empty-type*)))
1841                (let ((quot (two-arg-derive-type
1842                             number divisor #'derive-q #',name))
1843                      (rem (two-arg-derive-type
1844                            number divisor #'derive-r #'mod)))
1845                  (when (and quot rem)
1846                    (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1847
1848   ;; FIXME: DEF-FROB-OPT, not just FROB-OPT
1849   (frob-opt ffloor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1850   (frob-opt fceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1851
1852 ;;; Functions to compute the bounds on the quotient and remainder for
1853 ;;; the FLOOR function.
1854 (defun floor-quotient-bound (quot)
1855   ;; Take the floor of the quotient and then massage it into what we
1856   ;; need.
1857   (let ((lo (interval-low quot))
1858         (hi (interval-high quot)))
1859     ;; Take the floor of the lower bound. The result is always a
1860     ;; closed lower bound.
1861     (setf lo (if lo
1862                  (floor (bound-value lo))
1863                  nil))
1864     ;; For the upper bound, we need to be careful
1865     (setf hi
1866           (cond ((consp hi)
1867                  ;; An open bound. We need to be careful here because
1868                  ;; the floor of '(10.0) is 9, but the floor of
1869                  ;; 10.0 is 10.
1870                  (multiple-value-bind (q r) (floor (first hi))
1871                    (if (zerop r)
1872                        (1- q)
1873                        q)))
1874                 (hi
1875                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
1876                  (floor hi))
1877                 (t
1878                  hi)))
1879     (make-interval :low lo :high hi)))
1880 (defun floor-rem-bound (div)
1881   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
1882   ;; correct sign for the remainder if we can.
1883   (case (interval-range-info div)
1884     (+
1885      ;; Divisor is always positive.
1886      (let ((rem (interval-abs div)))
1887        (setf (interval-low rem) 0)
1888        (when (and (numberp (interval-high rem))
1889                   (not (zerop (interval-high rem))))
1890          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
1891          ;; watch out for the case where the high limit is zero!
1892          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
1893        rem))
1894     (-
1895      ;; Divisor is always negative
1896      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
1897        (setf (interval-high rem) 0)
1898        (when (numberp (interval-low rem))
1899          ;; The remainder never contains the lower bound.
1900          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
1901        rem))
1902     (otherwise
1903      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off.
1904      ;; The magnitude of remainder is the maximum value of the
1905      ;; divisor.
1906      (let ((limit (bound-value (interval-high (interval-abs div)))))
1907        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open
1908        (make-interval :low (if limit
1909                                (list (- limit))
1910                                limit)
1911                       :high (list limit))))))
1912 #| Test cases
1913 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
1914 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
1915 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
1916 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
1917 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
1918 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
1919 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
1920 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 9)
1921 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
1922 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
1923 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
1924 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
1925 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
1926 => #S(INTERVAL :LOW -2 :HIGH 10)
1927 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
1928 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
1929 (floor-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
1930 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
1931
1932 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
1933 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
1934 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
1935 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
1936 (floor-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
1937 #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
1938 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
1939 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10))
1940 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
1941 => #S(INTERVAL :LOW '(-10.3) :HIGH '(10.3))
1942 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
1943 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
1944 |#
1945 \f
1946 ;;; same functions for CEILING
1947 (defun ceiling-quotient-bound (quot)
1948   ;; Take the ceiling of the quotient and then massage it into what we
1949   ;; need.
1950   (let ((lo (interval-low quot))
1951         (hi (interval-high quot)))
1952     ;; Take the ceiling of the upper bound. The result is always a
1953     ;; closed upper bound.
1954     (setf hi (if hi
1955                  (ceiling (bound-value hi))
1956                  nil))
1957     ;; For the lower bound, we need to be careful
1958     (setf lo
1959           (cond ((consp lo)
1960                  ;; An open bound. We need to be careful here because
1961                  ;; the ceiling of '(10.0) is 11, but the ceiling of
1962                  ;; 10.0 is 10.
1963                  (multiple-value-bind (q r) (ceiling (first lo))
1964                    (if (zerop r)
1965                        (1+ q)
1966                        q)))
1967                 (lo
1968                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
1969                  (ceiling lo))
1970                 (t
1971                  lo)))
1972     (make-interval :low lo :high hi)))
1973 (defun ceiling-rem-bound (div)
1974   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
1975   ;; correct sign for the remainder if we can.
1976
1977   (case (interval-range-info div)
1978     (+
1979      ;; Divisor is always positive. The remainder is negative.
1980      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
1981        (setf (interval-high rem) 0)
1982        (when (and (numberp (interval-low rem))
1983                   (not (zerop (interval-low rem))))
1984          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
1985          ;; watch out for the case when the upper bound is zero!
1986          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
1987        rem))
1988     (-
1989      ;; Divisor is always negative. The remainder is positive
1990      (let ((rem (interval-abs div)))
1991        (setf (interval-low rem) 0)
1992        (when (numberp (interval-high rem))
1993          ;; The remainder never contains the lower bound.
1994          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
1995        rem))
1996     (otherwise
1997      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off.
1998      ;; The magnitude of remainder is the maximum value of the
1999      ;; divisor.
2000      (let ((limit (bound-value (interval-high (interval-abs div)))))
2001        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open
2002        (make-interval :low (if limit
2003                                (list (- limit))
2004                                limit)
2005                       :high (list limit))))))
2006
2007 #| Test cases
2008 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2009 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2010 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2011 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2012 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2013 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2014 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2015 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2016 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2017 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2018 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2019 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2020 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2021 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2022 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2023 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 11)
2024 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2025 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2026
2027 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2028 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH 0)
2029 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2030 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2031 (ceiling-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2032 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH (10))
2033 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2034 => #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2035 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2036 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH (10.3))
2037 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2038 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2039 |#
2040 \f
2041 (defun truncate-quotient-bound (quot)
2042   ;; For positive quotients, truncate is exactly like floor. For
2043   ;; negative quotients, truncate is exactly like ceiling. Otherwise,
2044   ;; it's the union of the two pieces.
2045   (case (interval-range-info quot)
2046     (+
2047      ;; Just like floor
2048      (floor-quotient-bound quot))
2049     (-
2050      ;; Just like ceiling
2051      (ceiling-quotient-bound quot))
2052     (otherwise
2053      ;; Split the interval into positive and negative pieces, compute
2054      ;; the result for each piece and put them back together.
2055      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 quot t t)
2056        (interval-merge-pair (ceiling-quotient-bound neg)
2057                             (floor-quotient-bound pos))))))
2058
2059 (defun truncate-rem-bound (num div)
2060   ;; This is significantly more complicated than floor or ceiling. We
2061   ;; need both the number and the divisor to determine the range. The
2062   ;; basic idea is to split the ranges of num and den into positive
2063   ;; and negative pieces and deal with each of the four possibilities
2064   ;; in turn.
2065   (case (interval-range-info num)
2066     (+
2067      (case (interval-range-info div)
2068        (+
2069         (floor-rem-bound div))
2070        (-
2071         (ceiling-rem-bound div))
2072        (otherwise
2073         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2074           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2075                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2076     (-
2077      (case (interval-range-info div)
2078        (+
2079         (ceiling-rem-bound div))
2080        (-
2081         (floor-rem-bound div))
2082        (otherwise
2083         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2084           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2085                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2086     (otherwise
2087      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 num t t)
2088        (interval-merge-pair (truncate-rem-bound neg div)
2089                             (truncate-rem-bound pos div))))))
2090 )) ; end PROGN's
2091
2092 ;;; Derive useful information about the range. Returns three values:
2093 ;;; - '+ if its positive, '- negative, or nil if it overlaps 0.
2094 ;;; - The abs of the minimal value (i.e. closest to 0) in the range.
2095 ;;; - The abs of the maximal value if there is one, or nil if it is
2096 ;;;   unbounded.
2097 (defun numeric-range-info (low high)
2098   (cond ((and low (not (minusp low)))
2099          (values '+ low high))
2100         ((and high (not (plusp high)))
2101          (values '- (- high) (if low (- low) nil)))
2102         (t
2103          (values nil 0 (and low high (max (- low) high))))))
2104
2105 (defun integer-truncate-derive-type
2106        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2107   ;; The result cannot be larger in magnitude than the number, but the sign
2108   ;; might change. If we can determine the sign of either the number or
2109   ;; the divisor, we can eliminate some of the cases.
2110   (multiple-value-bind (number-sign number-min number-max)
2111       (numeric-range-info number-low number-high)
2112     (multiple-value-bind (divisor-sign divisor-min divisor-max)
2113         (numeric-range-info divisor-low divisor-high)
2114       (when (and divisor-max (zerop divisor-max))
2115         ;; We've got a problem: guaranteed division by zero.
2116         (return-from integer-truncate-derive-type t))
2117       (when (zerop divisor-min)
2118         ;; We'll assume that they aren't going to divide by zero.
2119         (incf divisor-min))
2120       (cond ((and number-sign divisor-sign)
2121              ;; We know the sign of both.
2122              (if (eq number-sign divisor-sign)
2123                  ;; Same sign, so the result will be positive.
2124                  `(integer ,(if divisor-max
2125                                 (truncate number-min divisor-max)
2126                                 0)
2127                            ,(if number-max
2128                                 (truncate number-max divisor-min)
2129                                 '*))
2130                  ;; Different signs, the result will be negative.
2131                  `(integer ,(if number-max
2132                                 (- (truncate number-max divisor-min))
2133                                 '*)
2134                            ,(if divisor-max
2135                                 (- (truncate number-min divisor-max))
2136                                 0))))
2137             ((eq divisor-sign '+)
2138              ;; The divisor is positive. Therefore, the number will just
2139              ;; become closer to zero.
2140              `(integer ,(if number-low
2141                             (truncate number-low divisor-min)
2142                             '*)
2143                        ,(if number-high
2144                             (truncate number-high divisor-min)
2145                             '*)))
2146             ((eq divisor-sign '-)
2147              ;; The divisor is negative. Therefore, the absolute value of
2148              ;; the number will become closer to zero, but the sign will also
2149              ;; change.
2150              `(integer ,(if number-high
2151                             (- (truncate number-high divisor-min))
2152                             '*)
2153                        ,(if number-low
2154                             (- (truncate number-low divisor-min))
2155                             '*)))
2156             ;; The divisor could be either positive or negative.
2157             (number-max
2158              ;; The number we are dividing has a bound. Divide that by the
2159              ;; smallest posible divisor.
2160              (let ((bound (truncate number-max divisor-min)))
2161                `(integer ,(- bound) ,bound)))
2162             (t
2163              ;; The number we are dividing is unbounded, so we can't tell
2164              ;; anything about the result.
2165              `integer)))))
2166
2167 #!-propagate-float-type
2168 (defun integer-rem-derive-type
2169        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2170   (if (and divisor-low divisor-high)
2171       ;; We know the range of the divisor, and the remainder must be smaller
2172       ;; than the divisor. We can tell the sign of the remainer if we know
2173       ;; the sign of the number.
2174       (let ((divisor-max (1- (max (abs divisor-low) (abs divisor-high)))))
2175         `(integer ,(if (or (null number-low)
2176                            (minusp number-low))
2177                        (- divisor-max)
2178                        0)
2179                   ,(if (or (null number-high)
2180                            (plusp number-high))
2181                        divisor-max
2182                        0)))
2183       ;; The divisor is potentially either very positive or very negative.
2184       ;; Therefore, the remainer is unbounded, but we might be able to tell
2185       ;; something about the sign from the number.
2186       `(integer ,(if (and number-low (not (minusp number-low)))
2187                      ;; The number we are dividing is positive. Therefore,
2188                      ;; the remainder must be positive.
2189                      0
2190                      '*)
2191                 ,(if (and number-high (not (plusp number-high)))
2192                      ;; The number we are dividing is negative. Therefore,
2193                      ;; the remainder must be negative.
2194                      0
2195                      '*))))
2196
2197 #!-propagate-float-type
2198 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2199   (let ((type (continuation-type bound)))
2200     (when (numeric-type-p type)
2201       (let ((class (numeric-type-class type))
2202             (high (numeric-type-high type))
2203             (format (numeric-type-format type)))
2204         (make-numeric-type
2205          :class class
2206          :format format
2207          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2208          :high (cond ((not high) nil)
2209                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2210                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2211                      (t `(,high))))))))
2212
2213 #!+propagate-float-type
2214 (defun random-derive-type-aux (type)
2215   (let ((class (numeric-type-class type))
2216         (high (numeric-type-high type))
2217         (format (numeric-type-format type)))
2218     (make-numeric-type
2219          :class class
2220          :format format
2221          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2222          :high (cond ((not high) nil)
2223                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2224                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2225                      (t `(,high))))))
2226
2227 #!+propagate-float-type
2228 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2229   (one-arg-derive-type bound #'random-derive-type-aux nil))
2230 \f
2231 ;;;; logical derive-type methods
2232
2233 ;;; Return the maximum number of bits an integer of the supplied type can take
2234 ;;; up, or NIL if it is unbounded. The second (third) value is T if the
2235 ;;; integer can be positive (negative) and NIL if not. Zero counts as
2236 ;;; positive.
2237 (defun integer-type-length (type)
2238   (if (numeric-type-p type)
2239       (let ((min (numeric-type-low type))
2240             (max (numeric-type-high type)))
2241         (values (and min max (max (integer-length min) (integer-length max)))
2242                 (or (null max) (not (minusp max)))
2243                 (or (null min) (minusp min))))
2244       (values nil t t)))
2245
2246 #!-propagate-fun-type
2247 (progn
2248 (defoptimizer (logand derive-type) ((x y))
2249   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg)
2250       (integer-type-length (continuation-type x))
2251     (declare (ignore x-pos))
2252     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg)
2253         (integer-type-length (continuation-type y))
2254       (declare (ignore y-pos))
2255       (if (not x-neg)
2256           ;; X must be positive.
2257           (if (not y-neg)
2258               ;; The must both be positive.
2259               (cond ((or (null x-len) (null y-len))
2260                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2261                     ((or (zerop x-len) (zerop y-len))
2262                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2263                     (t
2264                      (specifier-type `(unsigned-byte ,(min x-len y-len)))))
2265               ;; X is positive, but Y might be negative.
2266               (cond ((null x-len)
2267                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2268                     ((zerop x-len)
2269                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2270                     (t
2271                      (specifier-type `(unsigned-byte ,x-len)))))
2272           ;; X might be negative.
2273           (if (not y-neg)
2274               ;; Y must be positive.
2275               (cond ((null y-len)
2276                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2277                     ((zerop y-len)
2278                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2279                     (t
2280                      (specifier-type
2281                       `(unsigned-byte ,y-len))))
2282               ;; Either might be negative.
2283               (if (and x-len y-len)
2284                   ;; The result is bounded.
2285                   (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2286                   ;; We can't tell squat about the result.
2287                   (specifier-type 'integer)))))))
2288
2289 (defoptimizer (logior derive-type) ((x y))
2290   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg)
2291       (integer-type-length (continuation-type x))
2292     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg)
2293         (integer-type-length (continuation-type y))
2294       (cond
2295        ((and (not x-neg) (not y-neg))
2296         ;; Both are positive.
2297         (specifier-type `(unsigned-byte ,(if (and x-len y-len)
2298                                              (max x-len y-len)
2299                                              '*))))
2300        ((not x-pos)
2301         ;; X must be negative.
2302         (if (not y-pos)
2303             ;; Both are negative. The result is going to be negative and be
2304             ;; the same length or shorter than the smaller.
2305             (if (and x-len y-len)
2306                 ;; It's bounded.
2307                 (specifier-type `(integer ,(ash -1 (min x-len y-len)) -1))
2308                 ;; It's unbounded.
2309                 (specifier-type '(integer * -1)))
2310             ;; X is negative, but we don't know about Y. The result will be
2311             ;; negative, but no more negative than X.
2312             (specifier-type
2313              `(integer ,(or (numeric-type-low (continuation-type x)) '*)
2314                        -1))))
2315        (t
2316         ;; X might be either positive or negative.
2317         (if (not y-pos)
2318             ;; But Y is negative. The result will be negative.
2319             (specifier-type
2320              `(integer ,(or (numeric-type-low (continuation-type y)) '*)
2321                        -1))
2322             ;; We don't know squat about either. It won't get any bigger.
2323             (if (and x-len y-len)
2324                 ;; Bounded.
2325                 (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2326                 ;; Unbounded.
2327                 (specifier-type 'integer))))))))
2328
2329 (defoptimizer (logxor derive-type) ((x y))
2330   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg)
2331       (integer-type-length (continuation-type x))
2332     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg)
2333         (integer-type-length (continuation-type y))
2334       (cond
2335        ((or (and (not x-neg) (not y-neg))
2336             (and (not x-pos) (not y-pos)))
2337         ;; Either both are negative or both are positive. The result will be
2338         ;; positive, and as long as the longer.
2339         (specifier-type `(unsigned-byte ,(if (and x-len y-len)
2340                                              (max x-len y-len)
2341                                              '*))))
2342        ((or (and (not x-pos) (not y-neg))
2343             (and (not y-neg) (not y-pos)))
2344         ;; Either X is negative and Y is positive of vice-verca. The result
2345         ;; will be negative.
2346         (specifier-type `(integer ,(if (and x-len y-len)
2347                                        (ash -1 (max x-len y-len))
2348                                        '*)
2349                                   -1)))
2350        ;; We can't tell what the sign of the result is going to be. All we
2351        ;; know is that we don't create new bits.
2352        ((and x-len y-len)
2353         (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len)))))
2354        (t
2355         (specifier-type 'integer))))))
2356
2357 ) ; PROGN
2358
2359 #!+propagate-fun-type
2360 (progn
2361 (defun logand-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2362   (declare (ignore same-leaf))
2363   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2364     (declare (ignore x-pos))
2365     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length  y)
2366       (declare (ignore y-pos))
2367       (if (not x-neg)
2368           ;; X must be positive.
2369           (if (not y-neg)
2370               ;; The must both be positive.
2371               (cond ((or (null x-len) (null y-len))
2372                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2373                     ((or (zerop x-len) (zerop y-len))
2374                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2375                     (t
2376                      (specifier-type `(unsigned-byte ,(min x-len y-len)))))
2377               ;; X is positive, but Y might be negative.
2378               (cond ((null x-len)
2379                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2380                     ((zerop x-len)
2381                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2382                     (t
2383                      (specifier-type `(unsigned-byte ,x-len)))))
2384           ;; X might be negative.
2385           (if (not y-neg)
2386               ;; Y must be positive.
2387               (cond ((null y-len)
2388                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2389                     ((zerop y-len)
2390                      (specifier-type '(integer 0 0)))
2391                     (t
2392                      (specifier-type
2393                       `(unsigned-byte ,y-len))))
2394               ;; Either might be negative.
2395               (if (and x-len y-len)
2396                   ;; The result is bounded.
2397                   (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2398                   ;; We can't tell squat about the result.
2399                   (specifier-type 'integer)))))))
2400
2401 (defun logior-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2402   (declare (ignore same-leaf))
2403   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2404     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2405       (cond
2406        ((and (not x-neg) (not y-neg))
2407         ;; Both are positive.
2408         (if (and x-len y-len (zerop x-len) (zerop y-len))
2409             (specifier-type '(integer 0 0))
2410             (specifier-type `(unsigned-byte ,(if (and x-len y-len)
2411                                              (max x-len y-len)
2412                                              '*)))))
2413        ((not x-pos)
2414         ;; X must be negative.
2415         (if (not y-pos)
2416             ;; Both are negative. The result is going to be negative and be
2417             ;; the same length or shorter than the smaller.
2418             (if (and x-len y-len)
2419                 ;; It's bounded.
2420                 (specifier-type `(integer ,(ash -1 (min x-len y-len)) -1))
2421                 ;; It's unbounded.
2422                 (specifier-type '(integer * -1)))
2423             ;; X is negative, but we don't know about Y. The result will be
2424             ;; negative, but no more negative than X.
2425             (specifier-type
2426              `(integer ,(or (numeric-type-low x) '*)
2427                        -1))))
2428        (t
2429         ;; X might be either positive or negative.
2430         (if (not y-pos)
2431             ;; But Y is negative. The result will be negative.
2432             (specifier-type
2433              `(integer ,(or (numeric-type-low y) '*)
2434                        -1))
2435             ;; We don't know squat about either. It won't get any bigger.
2436             (if (and x-len y-len)
2437                 ;; Bounded.
2438                 (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2439                 ;; Unbounded.
2440                 (specifier-type 'integer))))))))
2441
2442 (defun logxor-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2443   (declare (ignore same-leaf))
2444   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2445     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2446       (cond
2447        ((or (and (not x-neg) (not y-neg))
2448             (and (not x-pos) (not y-pos)))
2449         ;; Either both are negative or both are positive. The result will be
2450         ;; positive, and as long as the longer.
2451         (if (and x-len y-len (zerop x-len) (zerop y-len))
2452             (specifier-type '(integer 0 0))
2453             (specifier-type `(unsigned-byte ,(if (and x-len y-len)
2454                                              (max x-len y-len)
2455                                              '*)))))
2456        ((or (and (not x-pos) (not y-neg))
2457             (and (not y-neg) (not y-pos)))
2458         ;; Either X is negative and Y is positive of vice-verca. The result
2459         ;; will be negative.
2460         (specifier-type `(integer ,(if (and x-len y-len)
2461                                        (ash -1 (max x-len y-len))
2462                                        '*)
2463                                   -1)))
2464        ;; We can't tell what the sign of the result is going to be. All we
2465        ;; know is that we don't create new bits.
2466        ((and x-len y-len)
2467         (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len)))))
2468        (t
2469         (specifier-type 'integer))))))
2470
2471 (macrolet ((frob (logfcn)
2472              (let ((fcn-aux (symbolicate logfcn "-DERIVE-TYPE-AUX")))
2473              `(defoptimizer (,logfcn derive-type) ((x y))
2474                 (two-arg-derive-type x y #',fcn-aux #',logfcn)))))
2475   ;; FIXME: DEF-FROB, not just FROB
2476   (frob logand)
2477   (frob logior)
2478   (frob logxor))
2479
2480 (defoptimizer (integer-length derive-type) ((x))
2481   (let ((x-type (continuation-type x)))
2482     (when (and (numeric-type-p x-type)
2483                (csubtypep x-type (specifier-type 'integer)))
2484       ;; If the X is of type (INTEGER LO HI), then the integer-length
2485       ;; of X is (INTEGER (min lo hi) (max lo hi), basically.  Be
2486       ;; careful about LO or HI being NIL, though.  Also, if 0 is
2487       ;; contained in X, the lower bound is obviously 0.
2488       (flet ((null-or-min (a b)
2489                (and a b (min (integer-length a)
2490                              (integer-length b))))
2491              (null-or-max (a b)
2492                (and a b (max (integer-length a)
2493                              (integer-length b)))))
2494         (let* ((min (numeric-type-low x-type))
2495                (max (numeric-type-high x-type))
2496                (min-len (null-or-min min max))
2497                (max-len (null-or-max min max)))
2498           (when (ctypep 0 x-type)
2499             (setf min-len 0))
2500           (specifier-type `(integer ,(or min-len '*) ,(or max-len '*))))))))
2501 ) ; PROGN
2502 \f
2503 ;;;; miscellaneous derive-type methods
2504
2505 (defoptimizer (code-char derive-type) ((code))
2506   (specifier-type 'base-char))
2507
2508 (defoptimizer (values derive-type) ((&rest values))
2509   (values-specifier-type
2510    `(values ,@(mapcar #'(lambda (x)
2511                           (type-specifier (continuation-type x)))
2512                       values))))
2513 \f
2514 ;;;; byte operations
2515 ;;;;
2516 ;;;; We try to turn byte operations into simple logical operations. First, we
2517 ;;;; convert byte specifiers into separate size and position arguments passed
2518 ;;;; to internal %FOO functions. We then attempt to transform the %FOO
2519 ;;;; functions into boolean operations when the size and position are constant
2520 ;;;; and the operands are fixnums.
2521
2522 (macrolet (;; Evaluate body with Size-Var and Pos-Var bound to expressions that
2523            ;; evaluate to the Size and Position of the byte-specifier form
2524            ;; Spec. We may wrap a let around the result of the body to bind
2525            ;; some variables.
2526            ;;
2527            ;; If the spec is a Byte form, then bind the vars to the subforms.
2528            ;; otherwise, evaluate Spec and use the Byte-Size and Byte-Position.
2529            ;; The goal of this transformation is to avoid consing up byte
2530            ;; specifiers and then immediately throwing them away.
2531            (with-byte-specifier ((size-var pos-var spec) &body body)
2532              (once-only ((spec `(macroexpand ,spec))
2533                          (temp '(gensym)))
2534                         `(if (and (consp ,spec)
2535                                   (eq (car ,spec) 'byte)
2536                                   (= (length ,spec) 3))
2537                         (let ((,size-var (second ,spec))
2538                               (,pos-var (third ,spec)))
2539                           ,@body)
2540                         (let ((,size-var `(byte-size ,,temp))
2541                               (,pos-var `(byte-position ,,temp)))
2542                           `(let ((,,temp ,,spec))
2543                              ,,@body))))))
2544
2545   (def-source-transform ldb (spec int)
2546     (with-byte-specifier (size pos spec)
2547       `(%ldb ,size ,pos ,int)))
2548
2549   (def-source-transform dpb (newbyte spec int)
2550     (with-byte-specifier (size pos spec)
2551       `(%dpb ,newbyte ,size ,pos ,int)))
2552
2553   (def-source-transform mask-field (spec int)
2554     (with-byte-specifier (size pos spec)
2555       `(%mask-field ,size ,pos ,int)))
2556
2557   (def-source-transform deposit-field (newbyte spec int)
2558     (with-byte-specifier (size pos spec)
2559       `(%deposit-field ,newbyte ,size ,pos ,int))))
2560
2561 (defoptimizer (%ldb derive-type) ((size posn num))
2562   (let ((size (continuation-type size)))
2563     (if (and (numeric-type-p size)
2564              (csubtypep size (specifier-type 'integer)))
2565         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2566           (if (and size-high (<= size-high sb!vm:word-bits))
2567               (specifier-type `(unsigned-byte ,size-high))
2568               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2569         *universal-type*)))
2570
2571 (defoptimizer (%mask-field derive-type) ((size posn num))
2572   (let ((size (continuation-type size))
2573         (posn (continuation-type posn)))
2574     (if (and (numeric-type-p size)
2575              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2576              (numeric-type-p posn)
2577              (csubtypep posn (specifier-type 'integer)))
2578         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2579               (posn-high (numeric-type-high posn)))
2580           (if (and size-high posn-high
2581                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:word-bits))
2582               (specifier-type `(unsigned-byte ,(+ size-high posn-high)))
2583               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2584         *universal-type*)))
2585
2586 (defoptimizer (%dpb derive-type) ((newbyte size posn int))
2587   (let ((size (continuation-type size))
2588         (posn (continuation-type posn))
2589         (int (continuation-type int)))
2590     (if (and (numeric-type-p size)
2591              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2592              (numeric-type-p posn)
2593              (csubtypep posn (specifier-type 'integer))
2594              (numeric-type-p int)
2595              (csubtypep int (specifier-type 'integer)))
2596         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2597               (posn-high (numeric-type-high posn))
2598               (high (numeric-type-high int))
2599               (low (numeric-type-low int)))
2600           (if (and size-high posn-high high low
2601                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:word-bits))
2602               (specifier-type
2603                (list (if (minusp low) 'signed-byte 'unsigned-byte)
2604                      (max (integer-length high)
2605                           (integer-length low)
2606                           (+ size-high posn-high))))
2607               *universal-type*))
2608         *universal-type*)))
2609
2610 (defoptimizer (%deposit-field derive-type) ((newbyte size posn int))
2611   (let ((size (continuation-type size))
2612         (posn (continuation-type posn))
2613         (int (continuation-type int)))
2614     (if (and (numeric-type-p size)
2615              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2616              (numeric-type-p posn)
2617              (csubtypep posn (specifier-type 'integer))
2618              (numeric-type-p int)
2619              (csubtypep int (specifier-type 'integer)))
2620         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2621               (posn-high (numeric-type-high posn))
2622               (high (numeric-type-high int))
2623               (low (numeric-type-low int)))
2624           (if (and size-high posn-high high low
2625                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:word-bits))
2626               (specifier-type
2627                (list (if (minusp low) 'signed-byte 'unsigned-byte)
2628                      (max (integer-length high)
2629                           (integer-length low)
2630                           (+ size-high posn-high))))
2631               *universal-type*))
2632         *universal-type*)))
2633
2634 (deftransform %ldb ((size posn int)
2635                     (fixnum fixnum integer)
2636                     (unsigned-byte #.sb!vm:word-bits))
2637   "convert to inline logical ops"
2638   `(logand (ash int (- posn))
2639            (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:word-bits))
2640                 (- size ,sb!vm:word-bits))))
2641
2642 (deftransform %mask-field ((size posn int)
2643                            (fixnum fixnum integer)
2644                            (unsigned-byte #.sb!vm:word-bits))
2645   "convert to inline logical ops"
2646   `(logand int
2647            (ash (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:word-bits))
2648                      (- size ,sb!vm:word-bits))
2649                 posn)))
2650
2651 ;;; Note: for %DPB and %DEPOSIT-FIELD, we can't use
2652 ;;;   (OR (SIGNED-BYTE N) (UNSIGNED-BYTE N))
2653 ;;; as the result type, as that would allow result types
2654 ;;; that cover the range -2^(n-1) .. 1-2^n, instead of allowing result types
2655 ;;; of (UNSIGNED-BYTE N) and result types of (SIGNED-BYTE N).
2656
2657 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2658                     *
2659                     (unsigned-byte #.sb!vm:word-bits))
2660   "convert to inline logical ops"
2661   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2662      (logior (ash (logand new mask) posn)
2663              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2664
2665 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2666                     *
2667                     (signed-byte #.sb!vm:word-bits))
2668   "convert to inline logical ops"
2669   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2670      (logior (ash (logand new mask) posn)
2671              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2672
2673 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2674                               *
2675                               (unsigned-byte #.sb!vm:word-bits))
2676   "convert to inline logical ops"
2677   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2678      (logior (logand new mask)
2679              (logand int (lognot mask)))))
2680
2681 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2682                               *
2683                               (signed-byte #.sb!vm:word-bits))
2684   "convert to inline logical ops"
2685   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2686      (logior (logand new mask)
2687              (logand int (lognot mask)))))
2688 \f
2689 ;;; miscellanous numeric transforms
2690
2691 ;;; If a constant appears as the first arg, swap the args.
2692 (deftransform commutative-arg-swap ((x y) * * :defun-only t :node node)
2693   (if (and (constant-continuation-p x)
2694            (not (constant-continuation-p y)))
2695       `(,(continuation-function-name (basic-combination-fun node))
2696         y
2697         ,(continuation-value x))
2698       (give-up-ir1-transform)))
2699
2700 (dolist (x '(= char= + * logior logand logxor))
2701   (%deftransform x '(function * *) #'commutative-arg-swap
2702                  "place constant arg last."))
2703
2704 ;;; Handle the case of a constant BOOLE-CODE.
2705 (deftransform boole ((op x y) * * :when :both)
2706   "convert to inline logical ops"
2707   (unless (constant-continuation-p op)
2708     (give-up-ir1-transform "BOOLE code is not a constant."))
2709   (let ((control (continuation-value op)))
2710     (case control
2711       (#.boole-clr 0)
2712       (#.boole-set -1)
2713       (#.boole-1 'x)
2714       (#.boole-2 'y)
2715       (#.boole-c1 '(lognot x))
2716       (#.boole-c2 '(lognot y))
2717       (#.boole-and '(logand x y))
2718       (#.boole-ior '(logior x y))
2719       (#.boole-xor '(logxor x y))
2720       (#.boole-eqv '(logeqv x y))
2721       (#.boole-nand '(lognand x y))
2722       (#.boole-nor '(lognor x y))
2723       (#.boole-andc1 '(logandc1 x y))
2724       (#.boole-andc2 '(logandc2 x y))
2725       (#.boole-orc1 '(logorc1 x y))
2726       (#.boole-orc2 '(logorc2 x y))
2727       (t
2728        (abort-ir1-transform "~S is an illegal control arg to BOOLE."
2729                             control)))))
2730 \f
2731 ;;;; converting special case multiply/divide to shifts
2732
2733 ;;; If arg is a constant power of two, turn * into a shift.
2734 (deftransform * ((x y) (integer integer) * :when :both)
2735   "convert x*2^k to shift"
2736   (unless (constant-continuation-p y)
2737     (give-up-ir1-transform))
2738   (let* ((y (continuation-value y))
2739          (y-abs (abs y))
2740          (len (1- (integer-length y-abs))))
2741     (unless (= y-abs (ash 1 len))
2742       (give-up-ir1-transform))
2743     (if (minusp y)
2744         `(- (ash x ,len))
2745         `(ash x ,len))))
2746
2747 ;;; If both arguments and the result are (unsigned-byte 32), try to come up
2748 ;;; with a ``better'' multiplication using multiplier recoding. There are two
2749 ;;; different ways the multiplier can be recoded. The more obvious is to shift
2750 ;;; X by the correct amount for each bit set in Y and to sum the results. But
2751 ;;; if there is a string of bits that are all set, you can add X shifted by
2752 ;;; one more then the bit position of the first set bit and subtract X shifted
2753 ;;; by the bit position of the last set bit. We can't use this second method
2754 ;;; when the high order bit is bit 31 because shifting by 32 doesn't work
2755 ;;; too well.
2756 (deftransform * ((x y)
2757                  ((unsigned-byte 32) (unsigned-byte 32))
2758                  (unsigned-byte 32))
2759   "recode as shift and add"
2760   (unless (constant-continuation-p y)
2761     (give-up-ir1-transform))
2762   (let ((y (continuation-value y))
2763         (result nil)
2764         (first-one nil))
2765     (labels ((tub32 (x) `(truly-the (unsigned-byte 32) ,x))
2766              (add (next-factor)
2767                (setf result
2768                      (tub32
2769                       (if result
2770                           `(+ ,result ,(tub32 next-factor))
2771                           next-factor)))))
2772       (declare (inline add))
2773       (dotimes (bitpos 32)
2774         (if first-one
2775             (when (not (logbitp bitpos y))
2776               (add (if (= (1+ first-one) bitpos)
2777                        ;; There is only a single bit in the string.
2778                        `(ash x ,first-one)
2779                        ;; There are at least two.
2780                        `(- ,(tub32 `(ash x ,bitpos))
2781                            ,(tub32 `(ash x ,first-one)))))
2782               (setf first-one nil))
2783             (when (logbitp bitpos y)
2784               (setf first-one bitpos))))
2785       (when first-one
2786         (cond ((= first-one 31))
2787               ((= first-one 30)
2788                (add '(ash x 30)))
2789               (t
2790                (add `(- ,(tub32 '(ash x 31)) ,(tub32 `(ash x ,first-one))))))
2791         (add '(ash x 31))))
2792     (or result 0)))
2793
2794 ;;; If arg is a constant power of two, turn FLOOR into a shift and mask.
2795 ;;; If CEILING, add in (1- (ABS Y)) and then do FLOOR.
2796 (flet ((frob (y ceil-p)
2797          (unless (constant-continuation-p y)
2798            (give-up-ir1-transform))
2799          (let* ((y (continuation-value y))
2800                 (y-abs (abs y))
2801                 (len (1- (integer-length y-abs))))
2802            (unless (= y-abs (ash 1 len))
2803              (give-up-ir1-transform))
2804            (let ((shift (- len))
2805                  (mask (1- y-abs)))
2806              `(let ,(when ceil-p `((x (+ x ,(1- y-abs)))))
2807                 ,(if (minusp y)
2808                      `(values (ash (- x) ,shift)
2809                               (- (logand (- x) ,mask)))
2810                      `(values (ash x ,shift)
2811                               (logand x ,mask))))))))
2812   (deftransform floor ((x y) (integer integer) *)
2813     "convert division by 2^k to shift"
2814     (frob y nil))
2815   (deftransform ceiling ((x y) (integer integer) *)
2816     "convert division by 2^k to shift"
2817     (frob y t)))
2818
2819 ;;; Do the same for MOD.
2820 (deftransform mod ((x y) (integer integer) * :when :both)
2821   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
2822   (unless (constant-continuation-p y)
2823     (give-up-ir1-transform))
2824   (let* ((y (continuation-value y))
2825          (y-abs (abs y))
2826          (len (1- (integer-length y-abs))))
2827     (unless (= y-abs (ash 1 len))
2828       (give-up-ir1-transform))
2829     (let ((mask (1- y-abs)))
2830       (if (minusp y)
2831           `(- (logand (- x) ,mask))
2832           `(logand x ,mask)))))
2833
2834 ;;; If arg is a constant power of two, turn TRUNCATE into a shift and mask.
2835 (deftransform truncate ((x y) (integer integer))
2836   "convert division by 2^k to shift"
2837   (unless (constant-continuation-p y)
2838     (give-up-ir1-transform))
2839   (let* ((y (continuation-value y))
2840          (y-abs (abs y))
2841          (len (1- (integer-length y-abs))))
2842     (unless (= y-abs (ash 1 len))
2843       (give-up-ir1-transform))
2844     (let* ((shift (- len))
2845            (mask (1- y-abs)))
2846       `(if (minusp x)
2847            (values ,(if (minusp y)
2848                         `(ash (- x) ,shift)
2849                         `(- (ash (- x) ,shift)))
2850                    (- (logand (- x) ,mask)))
2851            (values ,(if (minusp y)
2852                         `(- (ash (- x) ,shift))
2853                         `(ash x ,shift))
2854                    (logand x ,mask))))))
2855
2856 ;;; And the same for REM.
2857 (deftransform rem ((x y) (integer integer) * :when :both)
2858   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
2859   (unless (constant-continuation-p y)
2860     (give-up-ir1-transform))
2861   (let* ((y (continuation-value y))
2862          (y-abs (abs y))
2863          (len (1- (integer-length y-abs))))
2864     (unless (= y-abs (ash 1 len))
2865       (give-up-ir1-transform))
2866     (let ((mask (1- y-abs)))
2867       `(if (minusp x)
2868            (- (logand (- x) ,mask))
2869            (logand x ,mask)))))
2870 \f
2871 ;;;; arithmetic and logical identity operation elimination
2872 ;;;;
2873 ;;;; Flush calls to various arith functions that convert to the identity
2874 ;;;; function or a constant.
2875
2876 (dolist (stuff '((ash 0 x)
2877                  (logand -1 x)
2878                  (logand 0 0)
2879                  (logior 0 x)
2880                  (logior -1 -1)
2881                  (logxor -1 (lognot x))
2882                  (logxor 0 x)))
2883   (destructuring-bind (name identity result) stuff
2884     (deftransform name ((x y) `(* (constant-argument (member ,identity))) '*
2885                         :eval-name t :when :both)
2886       "fold identity operations"
2887       result)))
2888
2889 ;;; These are restricted to rationals, because (- 0 0.0) is 0.0, not -0.0, and
2890 ;;; (* 0 -4.0) is -0.0.
2891 (deftransform - ((x y) ((constant-argument (member 0)) rational) *
2892                  :when :both)
2893   "convert (- 0 x) to negate"
2894   '(%negate y))
2895 (deftransform * ((x y) (rational (constant-argument (member 0))) *
2896                  :when :both)
2897   "convert (* x 0) to 0."
2898   0)
2899
2900 ;;; Return T if in an arithmetic op including continuations X and Y, the
2901 ;;; result type is not affected by the type of X. That is, Y is at least as
2902 ;;; contagious as X.
2903 #+nil
2904 (defun not-more-contagious (x y)
2905   (declare (type continuation x y))
2906   (let ((x (continuation-type x))
2907         (y (continuation-type y)))
2908     (values (type= (numeric-contagion x y)
2909                    (numeric-contagion y y)))))
2910 ;;; Patched version by Raymond Toy. dtc: Should be safer although it
2911 ;;; needs more work as valid transforms are missed; some cases are
2912 ;;; specific to particular transform functions so the use of this
2913 ;;; function may need a re-think.
2914 (defun not-more-contagious (x y)
2915   (declare (type continuation x y))
2916   (flet ((simple-numeric-type (num)
2917            (and (numeric-type-p num)
2918                 ;; Return non-NIL if NUM is integer, rational, or a float
2919                 ;; of some type (but not FLOAT)
2920                 (case (numeric-type-class num)
2921                   ((integer rational)
2922                    t)
2923                   (float
2924                    (numeric-type-format num))
2925                   (t
2926                    nil)))))
2927     (let ((x (continuation-type x))
2928           (y (continuation-type y)))
2929       (if (and (simple-numeric-type x)
2930                (simple-numeric-type y))
2931           (values (type= (numeric-contagion x y)
2932                          (numeric-contagion y y)))))))
2933
2934 ;;; Fold (+ x 0).
2935 ;;;
2936 ;;;    If y is not constant, not zerop, or is contagious, or a
2937 ;;; positive float +0.0 then give up.
2938 (deftransform + ((x y) (t (constant-argument t)) * :when :both)
2939   "fold zero arg"
2940   (let ((val (continuation-value y)))
2941     (unless (and (zerop val)
2942                  (not (and (floatp val) (plusp (float-sign val))))
2943                  (not-more-contagious y x))
2944       (give-up-ir1-transform)))
2945   'x)
2946
2947 ;;; Fold (- x 0).
2948 ;;;
2949 ;;;    If y is not constant, not zerop, or is contagious, or a
2950 ;;; negative float -0.0 then give up.
2951 (deftransform - ((x y) (t (constant-argument t)) * :when :both)
2952   "fold zero arg"
2953   (let ((val (continuation-value y)))
2954     (unless (and (zerop val)
2955                  (not (and (floatp val) (minusp (float-sign val))))
2956                  (not-more-contagious y x))
2957       (give-up-ir1-transform)))
2958   'x)
2959
2960 ;;; Fold (OP x +/-1)
2961 (dolist (stuff '((* x (%negate x))
2962                  (/ x (%negate x))
2963                  (expt x (/ 1 x))))
2964   (destructuring-bind (name result minus-result) stuff
2965     (deftransform name ((x y) '(t (constant-argument real)) '* :eval-name t
2966                         :when :both)
2967       "fold identity operations"
2968       (let ((val (continuation-value y)))
2969         (unless (and (= (abs val) 1)
2970                      (not-more-contagious y x))
2971           (give-up-ir1-transform))
2972         (if (minusp val) minus-result result)))))
2973
2974 ;;; Fold (expt x n) into multiplications for small integral values of
2975 ;;; N; convert (expt x 1/2) to sqrt.
2976 (deftransform expt ((x y) (t (constant-argument real)) *)
2977   "recode as multiplication or sqrt"
2978   (let ((val (continuation-value y)))
2979     ;; If Y would cause the result to be promoted to the same type as
2980     ;; Y, we give up. If not, then the result will be the same type
2981     ;; as X, so we can replace the exponentiation with simple
2982     ;; multiplication and division for small integral powers.
2983     (unless (not-more-contagious y x)
2984       (give-up-ir1-transform))
2985     (cond ((zerop val) '(float 1 x))
2986           ((= val 2) '(* x x))
2987           ((= val -2) '(/ (* x x)))
2988           ((= val 3) '(* x x x))
2989           ((= val -3) '(/ (* x x x)))
2990           ((= val 1/2) '(sqrt x))
2991           ((= val -1/2) '(/ (sqrt x)))
2992           (t (give-up-ir1-transform)))))
2993
2994 ;;; KLUDGE: Shouldn't (/ 0.0 0.0), etc. cause exceptions in these
2995 ;;; transformations?
2996 ;;; Perhaps we should have to prove that the denominator is nonzero before
2997 ;;; doing them? (Also the DOLIST over macro calls is weird. Perhaps
2998 ;;; just FROB?) -- WHN 19990917
2999 ;;;
3000 ;;; FIXME: What gives with the single quotes in the argument lists
3001 ;;; for DEFTRANSFORMs here? Does that work? Is it needed? Why?
3002 (dolist (name '(ash /))
3003   (deftransform name ((x y) '((constant-argument (integer 0 0)) integer) '*
3004                       :eval-name t :when :both)
3005     "fold zero arg"
3006     0))
3007 (dolist (name '(truncate round floor ceiling))
3008   (deftransform name ((x y) '((constant-argument (integer 0 0)) integer) '*
3009                       :eval-name t :when :both)
3010     "fold zero arg"
3011     '(values 0 0)))
3012 \f
3013 ;;;; character operations
3014
3015 (deftransform char-equal ((a b) (base-char base-char))
3016   "open code"
3017   '(let* ((ac (char-code a))
3018           (bc (char-code b))
3019           (sum (logxor ac bc)))
3020      (or (zerop sum)
3021          (when (eql sum #x20)
3022            (let ((sum (+ ac bc)))
3023              (and (> sum 161) (< sum 213)))))))
3024
3025 (deftransform char-upcase ((x) (base-char))
3026   "open code"
3027   '(let ((n-code (char-code x)))
3028      (if (and (> n-code #o140)  ; Octal 141 is #\a.
3029               (< n-code #o173)) ; Octal 172 is #\z.
3030          (code-char (logxor #x20 n-code))
3031          x)))
3032
3033 (deftransform char-downcase ((x) (base-char))
3034   "open code"
3035   '(let ((n-code (char-code x)))
3036      (if (and (> n-code 64)     ; 65 is #\A.
3037               (< n-code 91))    ; 90 is #\Z.
3038          (code-char (logxor #x20 n-code))
3039          x)))
3040 \f
3041 ;;;; equality predicate transforms
3042
3043 ;;; Return true if X and Y are continuations whose only use is a reference
3044 ;;; to the same leaf, and the value of the leaf cannot change.
3045 (defun same-leaf-ref-p (x y)
3046   (declare (type continuation x y))
3047   (let ((x-use (continuation-use x))
3048         (y-use (continuation-use y)))
3049     (and (ref-p x-use)
3050          (ref-p y-use)
3051          (eq (ref-leaf x-use) (ref-leaf y-use))
3052          (constant-reference-p x-use))))
3053
3054 ;;; If X and Y are the same leaf, then the result is true. Otherwise, if
3055 ;;; there is no intersection between the types of the arguments, then the
3056 ;;; result is definitely false.
3057 (deftransform simple-equality-transform ((x y) * * :defun-only t
3058                                          :when :both)
3059   (cond ((same-leaf-ref-p x y)
3060          't)
3061         ((not (types-intersect (continuation-type x) (continuation-type y)))
3062          'nil)
3063         (t
3064          (give-up-ir1-transform))))
3065
3066 (dolist (x '(eq char= equal))
3067   (%deftransform x '(function * *) #'simple-equality-transform))
3068
3069 ;;; Similar to SIMPLE-EQUALITY-PREDICATE, except that we also try to convert
3070 ;;; to a type-specific predicate or EQ:
3071 ;;; -- If both args are characters, convert to CHAR=. This is better than just
3072 ;;;    converting to EQ, since CHAR= may have special compilation strategies
3073 ;;;    for non-standard representations, etc.
3074 ;;; -- If either arg is definitely not a number, then we can compare with EQ.
3075 ;;; -- Otherwise, we try to put the arg we know more about second. If X is
3076 ;;;    constant then we put it second. If X is a subtype of Y, we put it
3077 ;;;    second. These rules make it easier for the back end to match these
3078 ;;;    interesting cases.
3079 ;;; -- If Y is a fixnum, then we quietly pass because the back end can handle
3080 ;;;    that case, otherwise give an efficency note.
3081 (deftransform eql ((x y) * * :when :both)
3082   "convert to simpler equality predicate"
3083   (let ((x-type (continuation-type x))
3084         (y-type (continuation-type y))
3085         (char-type (specifier-type 'character))
3086         (number-type (specifier-type 'number)))
3087     (cond ((same-leaf-ref-p x y)
3088            't)
3089           ((not (types-intersect x-type y-type))
3090            'nil)
3091           ((and (csubtypep x-type char-type)
3092                 (csubtypep y-type char-type))
3093            '(char= x y))
3094           ((or (not (types-intersect x-type number-type))
3095                (not (types-intersect y-type number-type)))
3096            '(eq x y))
3097           ((and (not (constant-continuation-p y))
3098                 (or (constant-continuation-p x)
3099                     (and (csubtypep x-type y-type)
3100                          (not (csubtypep y-type x-type)))))
3101            '(eql y x))
3102           (t
3103            (give-up-ir1-transform)))))
3104
3105 ;;; Convert to EQL if both args are rational and complexp is specified
3106 ;;; and the same for both.
3107 (deftransform = ((x y) * * :when :both)
3108   "open code"
3109   (let ((x-type (continuation-type x))
3110         (y-type (continuation-type y)))
3111     (if (and (csubtypep x-type (specifier-type 'number))
3112              (csubtypep y-type (specifier-type 'number)))
3113         (cond ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'float))
3114                         (csubtypep y-type (specifier-type 'float)))
3115                    (and (csubtypep x-type (specifier-type '(complex float)))
3116                         (csubtypep y-type (specifier-type '(complex float)))))
3117                ;; They are both floats. Leave as = so that -0.0 is
3118                ;; handled correctly.
3119                (give-up-ir1-transform))
3120               ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'rational))
3121                         (csubtypep y-type (specifier-type 'rational)))
3122                    (and (csubtypep x-type (specifier-type '(complex rational)))
3123                         (csubtypep y-type (specifier-type '(complex rational)))))
3124                ;; They are both rationals and complexp is the same. Convert
3125                ;; to EQL.
3126                '(eql x y))
3127               (t
3128                (give-up-ir1-transform
3129                 "The operands might not be the same type.")))
3130         (give-up-ir1-transform
3131          "The operands might not be the same type."))))
3132
3133 ;;; If Cont's type is a numeric type, then return the type, otherwise
3134 ;;; GIVE-UP-IR1-TRANSFORM.
3135 (defun numeric-type-or-lose (cont)
3136   (declare (type continuation cont))
3137   (let ((res (continuation-type cont)))
3138     (unless (numeric-type-p res) (give-up-ir1-transform))
3139     res))
3140
3141 ;;; See whether we can statically determine (< X Y) using type information.
3142 ;;; If X's high bound is < Y's low, then X < Y. Similarly, if X's low is >=
3143 ;;; to Y's high, the X >= Y (so return NIL). If not, at least make sure any
3144 ;;; constant arg is second.
3145 ;;;
3146 ;;; KLUDGE: Why should constant argument be second? It would be nice to find
3147 ;;; out and explain. -- WHN 19990917
3148 #!-propagate-float-type
3149 (defun ir1-transform-< (x y first second inverse)
3150   (if (same-leaf-ref-p x y)
3151       'nil
3152       (let* ((x-type (numeric-type-or-lose x))
3153              (x-lo (numeric-type-low x-type))
3154              (x-hi (numeric-type-high x-type))
3155              (y-type (numeric-type-or-lose y))
3156              (y-lo (numeric-type-low y-type))
3157              (y-hi (numeric-type-high y-type)))
3158         (cond ((and x-hi y-lo (< x-hi y-lo))
3159                't)
3160               ((and y-hi x-lo (>= x-lo y-hi))
3161                'nil)
3162               ((and (constant-continuation-p first)
3163                     (not (constant-continuation-p second)))
3164                `(,inverse y x))
3165               (t
3166                (give-up-ir1-transform))))))
3167 #!+propagate-float-type
3168 (defun ir1-transform-< (x y first second inverse)
3169   (if (same-leaf-ref-p x y)
3170       'nil
3171       (let ((xi (numeric-type->interval (numeric-type-or-lose x)))
3172             (yi (numeric-type->interval (numeric-type-or-lose y))))
3173         (cond ((interval-< xi yi)
3174                't)
3175               ((interval->= xi yi)
3176                'nil)
3177               ((and (constant-continuation-p first)
3178                     (not (constant-continuation-p second)))
3179                `(,inverse y x))
3180               (t
3181                (give-up-ir1-transform))))))
3182
3183 (deftransform < ((x y) (integer integer) * :when :both)
3184   (ir1-transform-< x y x y '>))
3185
3186 (deftransform > ((x y) (integer integer) * :when :both)
3187   (ir1-transform-< y x x y '<))
3188
3189 #!+propagate-float-type
3190 (deftransform < ((x y) (float float) * :when :both)
3191   (ir1-transform-< x y x y '>))
3192
3193 #!+propagate-float-type
3194 (deftransform > ((x y) (float float) * :when :both)
3195   (ir1-transform-< y x x y '<))
3196 \f
3197 ;;;; converting N-arg comparisons
3198 ;;;;
3199 ;;;; We convert calls to N-arg comparison functions such as < into
3200 ;;;; two-arg calls. This transformation is enabled for all such
3201 ;;;; comparisons in this file. If any of these predicates are not
3202 ;;;; open-coded, then the transformation should be removed at some
3203 ;;;; point to avoid pessimization.
3204
3205 ;;; This function is used for source transformation of N-arg
3206 ;;; comparison functions other than inequality. We deal both with
3207 ;;; converting to two-arg calls and inverting the sense of the test,
3208 ;;; if necessary. If the call has two args, then we pass or return a
3209 ;;; negated test as appropriate. If it is a degenerate one-arg call,
3210 ;;; then we transform to code that returns true. Otherwise, we bind
3211 ;;; all the arguments and expand into a bunch of IFs.
3212 (declaim (ftype (function (symbol list boolean) *) multi-compare))
3213 (defun multi-compare (predicate args not-p)
3214   (let ((nargs (length args)))
3215     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3216           ((= nargs 1) `(progn ,@args t))
3217           ((= nargs 2)
3218            (if not-p
3219                `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t)
3220                (values nil t)))
3221           (t
3222            (do* ((i (1- nargs) (1- i))
3223                  (last nil current)
3224                  (current (gensym) (gensym))
3225                  (vars (list current) (cons current vars))
3226                  (result 't (if not-p
3227                                 `(if (,predicate ,current ,last)
3228                                      nil ,result)
3229                                 `(if (,predicate ,current ,last)
3230                                      ,result nil))))
3231                ((zerop i)
3232                 `((lambda ,vars ,result) . ,args)))))))
3233
3234 (def-source-transform = (&rest args) (multi-compare '= args nil))
3235 (def-source-transform < (&rest args) (multi-compare '< args nil))
3236 (def-source-transform > (&rest args) (multi-compare '> args nil))
3237 (def-source-transform <= (&rest args) (multi-compare '> args t))
3238 (def-source-transform >= (&rest args) (multi-compare '< args t))
3239
3240 (def-source-transform char= (&rest args) (multi-compare 'char= args nil))
3241 (def-source-transform char< (&rest args) (multi-compare 'char< args nil))
3242 (def-source-transform char> (&rest args) (multi-compare 'char> args nil))
3243 (def-source-transform char<= (&rest args) (multi-compare 'char> args t))
3244 (def-source-transform char>= (&rest args) (multi-compare 'char< args t))
3245
3246 (def-source-transform char-equal (&rest args) (multi-compare 'char-equal args nil))
3247 (def-source-transform char-lessp (&rest args) (multi-compare 'char-lessp args nil))
3248 (def-source-transform char-greaterp (&rest args) (multi-compare 'char-greaterp args nil))
3249 (def-source-transform char-not-greaterp (&rest args) (multi-compare 'char-greaterp args t))
3250 (def-source-transform char-not-lessp (&rest args) (multi-compare 'char-lessp args t))
3251
3252 ;;; This function does source transformation of N-arg inequality
3253 ;;; functions such as /=. This is similar to Multi-Compare in the <3
3254 ;;; arg cases. If there are more than two args, then we expand into
3255 ;;; the appropriate n^2 comparisons only when speed is important.
3256 (declaim (ftype (function (symbol list) *) multi-not-equal))
3257 (defun multi-not-equal (predicate args)
3258   (let ((nargs (length args)))
3259     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3260           ((= nargs 1) `(progn ,@args t))
3261           ((= nargs 2)
3262            `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t))
3263           ((not (policy nil (and (>= speed space)
3264                                  (>= speed compilation-speed))))
3265            (values nil t))
3266           (t
3267            (let ((vars (make-gensym-list nargs)))
3268              (do ((var vars next)
3269                   (next (cdr vars) (cdr next))
3270                   (result 't))
3271                  ((null next)
3272                   `((lambda ,vars ,result) . ,args))
3273                (let ((v1 (first var)))
3274                  (dolist (v2 next)
3275                    (setq result `(if (,predicate ,v1 ,v2) nil ,result))))))))))
3276
3277 (def-source-transform /= (&rest args) (multi-not-equal '= args))
3278 (def-source-transform char/= (&rest args) (multi-not-equal 'char= args))
3279 (def-source-transform char-not-equal (&rest args) (multi-not-equal 'char-equal args))
3280
3281 ;;; Expand MAX and MIN into the obvious comparisons.
3282 (def-source-transform max (arg &rest more-args)
3283   (if (null more-args)
3284       `(values ,arg)
3285       (once-only ((arg1 arg)
3286                   (arg2 `(max ,@more-args)))
3287         `(if (> ,arg1 ,arg2)
3288              ,arg1 ,arg2))))
3289 (def-source-transform min (arg &rest more-args)
3290   (if (null more-args)
3291       `(values ,arg)
3292       (once-only ((arg1 arg)
3293                   (arg2 `(min ,@more-args)))
3294         `(if (< ,arg1 ,arg2)
3295              ,arg1 ,arg2))))
3296 \f
3297 ;;;; converting N-arg arithmetic functions
3298 ;;;;
3299 ;;;; N-arg arithmetic and logic functions are associated into two-arg
3300 ;;;; versions, and degenerate cases are flushed.
3301
3302 ;;; Left-associate First-Arg and More-Args using Function.
3303 (declaim (ftype (function (symbol t list) list) associate-arguments))
3304 (defun associate-arguments (function first-arg more-args)
3305   (let ((next (rest more-args))
3306         (arg (first more-args)))
3307     (if (null next)
3308         `(,function ,first-arg ,arg)
3309         (associate-arguments function `(,function ,first-arg ,arg) next))))
3310
3311 ;;; Do source transformations for transitive functions such as +.
3312 ;;; One-arg cases are replaced with the arg and zero arg cases with
3313 ;;; the identity. If Leaf-Fun is true, then replace two-arg calls with
3314 ;;; a call to that function.
3315 (defun source-transform-transitive (fun args identity &optional leaf-fun)
3316   (declare (symbol fun leaf-fun) (list args))
3317   (case (length args)
3318     (0 identity)
3319     (1 `(values ,(first args)))
3320     (2 (if leaf-fun
3321            `(,leaf-fun ,(first args) ,(second args))
3322            (values nil t)))
3323     (t
3324      (associate-arguments fun (first args) (rest args)))))
3325
3326 (def-source-transform + (&rest args) (source-transform-transitive '+ args 0))
3327 (def-source-transform * (&rest args) (source-transform-transitive '* args 1))
3328 (def-source-transform logior (&rest args) (source-transform-transitive 'logior args 0))
3329 (def-source-transform logxor (&rest args) (source-transform-transitive 'logxor args 0))
3330 (def-source-transform logand (&rest args) (source-transform-transitive 'logand args -1))
3331
3332 (def-source-transform logeqv (&rest args)
3333   (if (evenp (length args))
3334       `(lognot (logxor ,@args))
3335       `(logxor ,@args)))
3336
3337 ;;; Note: we can't use SOURCE-TRANSFORM-TRANSITIVE for GCD and LCM
3338 ;;; because when they are given one argument, they return its absolute
3339 ;;; value.
3340
3341 (def-source-transform gcd (&rest args)
3342   (case (length args)
3343     (0 0)
3344     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3345     (2 (values nil t))
3346     (t (associate-arguments 'gcd (first args) (rest args)))))
3347
3348 (def-source-transform lcm (&rest args)
3349   (case (length args)
3350     (0 1)
3351     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3352     (2 (values nil t))
3353     (t (associate-arguments 'lcm (first args) (rest args)))))
3354
3355 ;;; Do source transformations for intransitive n-arg functions such as
3356 ;;; /. With one arg, we form the inverse. With two args we pass.
3357 ;;; Otherwise we associate into two-arg calls.
3358 (declaim (ftype (function (symbol list t) list) source-transform-intransitive))
3359 (defun source-transform-intransitive (function args inverse)
3360   (case (length args)
3361     ((0 2) (values nil t))
3362     (1 `(,@inverse ,(first args)))
3363     (t (associate-arguments function (first args) (rest args)))))
3364
3365 (def-source-transform - (&rest args)
3366   (source-transform-intransitive '- args '(%negate)))
3367 (def-source-transform / (&rest args)
3368   (source-transform-intransitive '/ args '(/ 1)))
3369 \f
3370 ;;;; APPLY
3371
3372 ;;; We convert APPLY into MULTIPLE-VALUE-CALL so that the compiler
3373 ;;; only needs to understand one kind of variable-argument call. It is
3374 ;;; more efficient to convert APPLY to MV-CALL than MV-CALL to APPLY.
3375 (def-source-transform apply (fun arg &rest more-args)
3376   (let ((args (cons arg more-args)))
3377     `(multiple-value-call ,fun
3378        ,@(mapcar #'(lambda (x)
3379                      `(values ,x))
3380                  (butlast args))
3381        (values-list ,(car (last args))))))
3382 \f
3383 ;;;; FORMAT
3384 ;;;;
3385 ;;;; If the control string is a compile-time constant, then replace it
3386 ;;;; with a use of the FORMATTER macro so that the control string is
3387 ;;;; ``compiled.'' Furthermore, if the destination is either a stream
3388 ;;;; or T and the control string is a function (i.e. FORMATTER), then
3389 ;;;; convert the call to FORMAT to just a FUNCALL of that function.
3390
3391 (deftransform format ((dest control &rest args) (t simple-string &rest t) *
3392                       :policy (> speed space))
3393   (unless (constant-continuation-p control)
3394     (give-up-ir1-transform "The control string is not a constant."))
3395   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3396     `(lambda (dest control ,@arg-names)
3397        (declare (ignore control))
3398        (format dest (formatter ,(continuation-value control)) ,@arg-names))))
3399
3400 (deftransform format ((stream control &rest args) (stream function &rest t) *
3401                       :policy (> speed space))
3402   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3403     `(lambda (stream control ,@arg-names)
3404        (funcall control stream ,@arg-names)
3405        nil)))
3406
3407 (deftransform format ((tee control &rest args) ((member t) function &rest t) *
3408                       :policy (> speed space))
3409   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3410     `(lambda (tee control ,@arg-names)
3411        (declare (ignore tee))
3412        (funcall control *standard-output* ,@arg-names)
3413        nil)))