Typo fixes in comments
[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. FIXME: 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 (define-source-transform not (x) `(if ,x nil t))
19 (define-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 (define-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 (define-source-transform identity (x) `(prog1 ,x))
30 (define-source-transform values (x) `(prog1 ,x))
31
32
33 ;;; CONSTANTLY is pretty much never worth transforming, but it's good to get the type.
34 (defoptimizer (constantly derive-type) ((value))
35   (specifier-type
36    `(function (&rest t) (values ,(type-specifier (lvar-type value)) &optional))))
37
38 ;;; If the function has a known number of arguments, then return a
39 ;;; lambda with the appropriate fixed number of args. If the
40 ;;; destination is a FUNCALL, then do the &REST APPLY thing, and let
41 ;;; MV optimization figure things out.
42 (deftransform complement ((fun) * * :node node)
43   "open code"
44   (multiple-value-bind (min max)
45       (fun-type-nargs (lvar-type fun))
46     (cond
47      ((and min (eql min max))
48       (let ((dums (make-gensym-list min)))
49         `#'(lambda ,dums (not (funcall fun ,@dums)))))
50      ((awhen (node-lvar node)
51         (let ((dest (lvar-dest it)))
52           (and (combination-p dest)
53                (eq (combination-fun dest) it))))
54       '#'(lambda (&rest args)
55            (not (apply fun args))))
56      (t
57       (give-up-ir1-transform
58        "The function doesn't have a fixed argument count.")))))
59 \f
60 ;;;; SYMBOL-VALUE &co
61 (defun derive-symbol-value-type (lvar node)
62   (if (constant-lvar-p lvar)
63       (let* ((sym (lvar-value lvar))
64              (var (maybe-find-free-var sym))
65              (local-type (when var
66                            (let ((*lexenv* (node-lexenv node)))
67                              (lexenv-find var type-restrictions))))
68              (global-type (info :variable :type sym)))
69         (if local-type
70             (type-intersection local-type global-type)
71             global-type))
72       *universal-type*))
73
74 (defoptimizer (symbol-value derive-type) ((symbol) node)
75   (derive-symbol-value-type symbol node))
76
77 (defoptimizer (symbol-global-value derive-type) ((symbol) node)
78   (derive-symbol-value-type symbol node))
79 \f
80 ;;;; list hackery
81
82 ;;; Translate CxR into CAR/CDR combos.
83 (defun source-transform-cxr (form)
84   (if (/= (length form) 2)
85       (values nil t)
86       (let* ((name (car form))
87              (string (symbol-name
88                       (etypecase name
89                         (symbol name)
90                         (leaf (leaf-source-name name))))))
91         (do ((i (- (length string) 2) (1- i))
92              (res (cadr form)
93                   `(,(ecase (char string i)
94                        (#\A 'car)
95                        (#\D 'cdr))
96                     ,res)))
97             ((zerop i) res)))))
98
99 ;;; Make source transforms to turn CxR forms into combinations of CAR
100 ;;; and CDR. ANSI specifies that everything up to 4 A/D operations is
101 ;;; defined.
102 (/show0 "about to set CxR source transforms")
103 (loop for i of-type index from 2 upto 4 do
104       ;; Iterate over BUF = all names CxR where x = an I-element
105       ;; string of #\A or #\D characters.
106       (let ((buf (make-string (+ 2 i))))
107         (setf (aref buf 0) #\C
108               (aref buf (1+ i)) #\R)
109         (dotimes (j (ash 2 i))
110           (declare (type index j))
111           (dotimes (k i)
112             (declare (type index k))
113             (setf (aref buf (1+ k))
114                   (if (logbitp k j) #\A #\D)))
115           (setf (info :function :source-transform (intern buf))
116                 #'source-transform-cxr))))
117 (/show0 "done setting CxR source transforms")
118
119 ;;; Turn FIRST..FOURTH and REST into the obvious synonym, assuming
120 ;;; whatever is right for them is right for us. FIFTH..TENTH turn into
121 ;;; Nth, which can be expanded into a CAR/CDR later on if policy
122 ;;; favors it.
123 (define-source-transform first (x) `(car ,x))
124 (define-source-transform rest (x) `(cdr ,x))
125 (define-source-transform second (x) `(cadr ,x))
126 (define-source-transform third (x) `(caddr ,x))
127 (define-source-transform fourth (x) `(cadddr ,x))
128 (define-source-transform fifth (x) `(nth 4 ,x))
129 (define-source-transform sixth (x) `(nth 5 ,x))
130 (define-source-transform seventh (x) `(nth 6 ,x))
131 (define-source-transform eighth (x) `(nth 7 ,x))
132 (define-source-transform ninth (x) `(nth 8 ,x))
133 (define-source-transform tenth (x) `(nth 9 ,x))
134
135 ;;; LIST with one arg is an extremely common operation (at least inside
136 ;;; SBCL itself); translate it to CONS to take advantage of common
137 ;;; allocation routines.
138 (define-source-transform list (&rest args)
139   (case (length args)
140     (1 `(cons ,(first args) nil))
141     (t (values nil t))))
142
143 ;;; And similarly for LIST*.
144 (define-source-transform list* (arg &rest others)
145   (cond ((not others) arg)
146         ((not (cdr others)) `(cons ,arg ,(car others)))
147         (t (values nil t))))
148
149 (defoptimizer (list* derive-type) ((arg &rest args))
150   (if args
151       (specifier-type 'cons)
152       (lvar-type arg)))
153
154 ;;; Translate RPLACx to LET and SETF.
155 (define-source-transform rplaca (x y)
156   (once-only ((n-x x))
157     `(progn
158        (setf (car ,n-x) ,y)
159        ,n-x)))
160 (define-source-transform rplacd (x y)
161   (once-only ((n-x x))
162     `(progn
163        (setf (cdr ,n-x) ,y)
164        ,n-x)))
165
166 (define-source-transform nth (n l) `(car (nthcdr ,n ,l)))
167
168 (deftransform last ((list &optional n) (t &optional t))
169   (let ((c (constant-lvar-p n)))
170     (cond ((or (not n)
171                (and c (eql 1 (lvar-value n))))
172            '(%last1 list))
173           ((and c (eql 0 (lvar-value n)))
174            '(%last0 list))
175           (t
176            (let ((type (lvar-type n)))
177              (cond ((csubtypep type (specifier-type 'fixnum))
178                     '(%lastn/fixnum list n))
179                    ((csubtypep type (specifier-type 'bignum))
180                     '(%lastn/bignum list n))
181                    (t
182                     (give-up-ir1-transform "second argument type too vague"))))))))
183
184 (define-source-transform gethash (&rest args)
185   (case (length args)
186    (2 `(sb!impl::gethash3 ,@args nil))
187    (3 `(sb!impl::gethash3 ,@args))
188    (t (values nil t))))
189 (define-source-transform get (&rest args)
190   (case (length args)
191    (2 `(sb!impl::get2 ,@args))
192    (3 `(sb!impl::get3 ,@args))
193    (t (values nil t))))
194
195 (defvar *default-nthcdr-open-code-limit* 6)
196 (defvar *extreme-nthcdr-open-code-limit* 20)
197
198 (deftransform nthcdr ((n l) (unsigned-byte t) * :node node)
199   "convert NTHCDR to CAxxR"
200   (unless (constant-lvar-p n)
201     (give-up-ir1-transform))
202   (let ((n (lvar-value n)))
203     (when (> n
204              (if (policy node (and (= speed 3) (= space 0)))
205                  *extreme-nthcdr-open-code-limit*
206                  *default-nthcdr-open-code-limit*))
207       (give-up-ir1-transform))
208
209     (labels ((frob (n)
210                (if (zerop n)
211                    'l
212                    `(cdr ,(frob (1- n))))))
213       (frob n))))
214 \f
215 ;;;; arithmetic and numerology
216
217 (define-source-transform plusp (x) `(> ,x 0))
218 (define-source-transform minusp (x) `(< ,x 0))
219 (define-source-transform zerop (x) `(= ,x 0))
220
221 (define-source-transform 1+ (x) `(+ ,x 1))
222 (define-source-transform 1- (x) `(- ,x 1))
223
224 (define-source-transform oddp (x) `(logtest ,x 1))
225 (define-source-transform evenp (x) `(not (logtest ,x 1)))
226
227 ;;; Note that all the integer division functions are available for
228 ;;; inline expansion.
229
230 (macrolet ((deffrob (fun)
231              `(define-source-transform ,fun (x &optional (y nil y-p))
232                 (declare (ignore y))
233                 (if y-p
234                     (values nil t)
235                     `(,',fun ,x 1)))))
236   (deffrob truncate)
237   (deffrob round)
238   #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
239   (deffrob floor)
240   #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
241   (deffrob ceiling))
242
243 ;;; This used to be a source transform (hence the lack of restrictions
244 ;;; on the argument types), but we make it a regular transform so that
245 ;;; the VM has a chance to see the bare LOGTEST and potentiall choose
246 ;;; to implement it differently.  --njf, 06-02-2006
247 (deftransform logtest ((x y) * *)
248   `(not (zerop (logand x y))))
249
250 (deftransform logbitp
251     ((index integer) (unsigned-byte (or (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits)
252                                         (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))))
253   `(if (>= index #.sb!vm:n-word-bits)
254        (minusp integer)
255        (not (zerop (logand integer (ash 1 index))))))
256
257 (define-source-transform byte (size position)
258   `(cons ,size ,position))
259 (define-source-transform byte-size (spec) `(car ,spec))
260 (define-source-transform byte-position (spec) `(cdr ,spec))
261 (define-source-transform ldb-test (bytespec integer)
262   `(not (zerop (mask-field ,bytespec ,integer))))
263
264 ;;; With the ratio and complex accessors, we pick off the "identity"
265 ;;; case, and use a primitive to handle the cell access case.
266 (define-source-transform numerator (num)
267   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
268     `(if (ratiop ,n-num)
269          (%numerator ,n-num)
270          ,n-num)))
271 (define-source-transform denominator (num)
272   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
273     `(if (ratiop ,n-num)
274          (%denominator ,n-num)
275          1)))
276 \f
277 ;;;; interval arithmetic for computing bounds
278 ;;;;
279 ;;;; This is a set of routines for operating on intervals. It
280 ;;;; implements a simple interval arithmetic package. Although SBCL
281 ;;;; has an interval type in NUMERIC-TYPE, we choose to use our own
282 ;;;; for two reasons:
283 ;;;;
284 ;;;;   1. This package is simpler than NUMERIC-TYPE.
285 ;;;;
286 ;;;;   2. It makes debugging much easier because you can just strip
287 ;;;;   out these routines and test them independently of SBCL. (This is a
288 ;;;;   big win!)
289 ;;;;
290 ;;;; One disadvantage is a probable increase in consing because we
291 ;;;; have to create these new interval structures even though
292 ;;;; numeric-type has everything we want to know. Reason 2 wins for
293 ;;;; now.
294
295 ;;; Support operations that mimic real arithmetic comparison
296 ;;; operators, but imposing a total order on the floating points such
297 ;;; that negative zeros are strictly less than positive zeros.
298 (macrolet ((def (name op)
299              `(defun ,name (x y)
300                 (declare (real x y))
301                 (if (and (floatp x) (floatp y) (zerop x) (zerop y))
302                     (,op (float-sign x) (float-sign y))
303                     (,op x y)))))
304   (def signed-zero->= >=)
305   (def signed-zero-> >)
306   (def signed-zero-= =)
307   (def signed-zero-< <)
308   (def signed-zero-<= <=))
309
310 ;;; The basic interval type. It can handle open and closed intervals.
311 ;;; A bound is open if it is a list containing a number, just like
312 ;;; Lisp says. NIL means unbounded.
313 (defstruct (interval (:constructor %make-interval)
314                      (:copier nil))
315   low high)
316
317 (defun make-interval (&key low high)
318   (labels ((normalize-bound (val)
319              (cond #-sb-xc-host
320                    ((and (floatp val)
321                          (float-infinity-p val))
322                     ;; Handle infinities.
323                     nil)
324                    ((or (numberp val)
325                         (eq val nil))
326                     ;; Handle any closed bounds.
327                     val)
328                    ((listp val)
329                     ;; We have an open bound. Normalize the numeric
330                     ;; bound. If the normalized bound is still a number
331                     ;; (not nil), keep the bound open. Otherwise, the
332                     ;; bound is really unbounded, so drop the openness.
333                     (let ((new-val (normalize-bound (first val))))
334                       (when new-val
335                         ;; The bound exists, so keep it open still.
336                         (list new-val))))
337                    (t
338                     (error "unknown bound type in MAKE-INTERVAL")))))
339     (%make-interval :low (normalize-bound low)
340                     :high (normalize-bound high))))
341
342 ;;; Given a number X, create a form suitable as a bound for an
343 ;;; interval. Make the bound open if OPEN-P is T. NIL remains NIL.
344 #!-sb-fluid (declaim (inline set-bound))
345 (defun set-bound (x open-p)
346   (if (and x open-p) (list x) x))
347
348 ;;; Apply the function F to a bound X. If X is an open bound, then
349 ;;; the result will be open. IF X is NIL, the result is NIL.
350 (defun bound-func (f x)
351   (declare (type function f))
352   (and x
353        (handler-case
354          (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
355            ;; With these traps masked, we might get things like infinity
356            ;; or negative infinity returned. Check for this and return
357            ;; NIL to indicate unbounded.
358            (let ((y (funcall f (type-bound-number x))))
359              (if (and (floatp y)
360                       (float-infinity-p y))
361                  nil
362                  (set-bound y (consp x)))))
363          ;; Some numerical operations will signal SIMPLE-TYPE-ERROR, e.g.
364          ;; in the course of converting a bignum to a float.  Default to
365          ;; NIL in that case.
366          (simple-type-error ()))))
367
368 (defun safe-double-coercion-p (x)
369   (or (typep x 'double-float)
370       (<= most-negative-double-float x most-positive-double-float)))
371
372 (defun safe-single-coercion-p (x)
373   (or (typep x 'single-float)
374       (and
375        ;; Fix for bug 420, and related issues: during type derivation we often
376        ;; end up deriving types for both
377        ;;
378        ;;   (some-op <int> <single>)
379        ;; and
380        ;;   (some-op (coerce <int> 'single-float) <single>)
381        ;;
382        ;; or other equivalent transformed forms. The problem with this
383        ;; is that on x86 (+ <int> <single>) is on the machine level
384        ;; equivalent of
385        ;;
386        ;;   (coerce (+ (coerce <int> 'double-float)
387        ;;              (coerce <single> 'double-float))
388        ;;           'single-float)
389        ;;
390        ;; so if the result of (coerce <int> 'single-float) is not exact, the
391        ;; derived types for the transformed forms will have an empty
392        ;; intersection -- which in turn means that the compiler will conclude
393        ;; that the call never returns, and all hell breaks lose when it *does*
394        ;; return at runtime. (This affects not just +, but other operators are
395        ;; well.)
396        ;;
397        ;; See also: SAFE-CTYPE-FOR-SINGLE-COERCION-P
398        ;;
399        ;; FIXME: If we ever add SSE-support for x86, this conditional needs to
400        ;; change.
401        #!+x86
402        (not (typep x `(or (integer * (,most-negative-exactly-single-float-fixnum))
403                           (integer (,most-positive-exactly-single-float-fixnum) *))))
404        (<= most-negative-single-float x most-positive-single-float))))
405
406 ;;; Apply a binary operator OP to two bounds X and Y. The result is
407 ;;; NIL if either is NIL. Otherwise bound is computed and the result
408 ;;; is open if either X or Y is open.
409 ;;;
410 ;;; FIXME: only used in this file, not needed in target runtime
411
412 ;;; ANSI contaigon specifies coercion to floating point if one of the
413 ;;; arguments is floating point. Here we should check to be sure that
414 ;;; the other argument is within the bounds of that floating point
415 ;;; type.
416
417 (defmacro safely-binop (op x y)
418   `(cond
419      ((typep ,x 'double-float)
420       (when (safe-double-coercion-p ,y)
421         (,op ,x ,y)))
422      ((typep ,y 'double-float)
423       (when (safe-double-coercion-p ,x)
424         (,op ,x ,y)))
425      ((typep ,x 'single-float)
426       (when (safe-single-coercion-p ,y)
427         (,op ,x ,y)))
428      ((typep ,y 'single-float)
429       (when (safe-single-coercion-p ,x)
430         (,op ,x ,y)))
431      (t (,op ,x ,y))))
432
433 (defmacro bound-binop (op x y)
434   (with-unique-names (xb yb res)
435     `(and ,x ,y
436           (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
437             (let* ((,xb (type-bound-number ,x))
438                    (,yb (type-bound-number ,y))
439                    (,res (safely-binop ,op ,xb ,yb)))
440               (set-bound ,res
441                          (and (or (consp ,x) (consp ,y))
442                               ;; Open bounds can very easily be messed up
443                               ;; by FP rounding, so take care here.
444                               ,(case op
445                                  (*
446                                   ;; Multiplying a greater-than-zero with
447                                   ;; less than one can round to zero.
448                                   `(or (not (fp-zero-p ,res))
449                                        (cond ((and (consp ,x) (fp-zero-p ,xb))
450                                               (>= (abs ,yb) 1))
451                                              ((and (consp ,y) (fp-zero-p ,yb))
452                                               (>= (abs ,xb) 1)))))
453                                  (/
454                                   ;; Dividing a greater-than-zero with
455                                   ;; greater than one can round to zero.
456                                   `(or (not (fp-zero-p ,res))
457                                        (cond ((and (consp ,x) (fp-zero-p ,xb))
458                                               (<= (abs ,yb) 1))
459                                              ((and (consp ,y) (fp-zero-p ,yb))
460                                               (<= (abs ,xb) 1)))))
461                                  ((+ -)
462                                   ;; Adding or subtracting greater-than-zero
463                                   ;; can end up with identity.
464                                   `(and (not (fp-zero-p ,xb))
465                                         (not (fp-zero-p ,yb))))))))))))
466
467 (defun coerce-for-bound (val type)
468   (if (consp val)
469       (list (coerce-for-bound (car val) type))
470       (cond
471         ((subtypep type 'double-float)
472          (if (<= most-negative-double-float val most-positive-double-float)
473              (coerce val type)))
474         ((or (subtypep type 'single-float) (subtypep type 'float))
475          ;; coerce to float returns a single-float
476          (if (<= most-negative-single-float val most-positive-single-float)
477              (coerce val type)))
478         (t (coerce val type)))))
479
480 (defun coerce-and-truncate-floats (val type)
481   (when val
482     (if (consp val)
483         (list (coerce-and-truncate-floats (car val) type))
484         (cond
485           ((subtypep type 'double-float)
486            (if (<= most-negative-double-float val most-positive-double-float)
487                (coerce val type)
488                (if (< val most-negative-double-float)
489                    most-negative-double-float most-positive-double-float)))
490           ((or (subtypep type 'single-float) (subtypep type 'float))
491            ;; coerce to float returns a single-float
492            (if (<= most-negative-single-float val most-positive-single-float)
493                (coerce val type)
494                (if (< val most-negative-single-float)
495                    most-negative-single-float most-positive-single-float)))
496           (t (coerce val type))))))
497
498 ;;; Convert a numeric-type object to an interval object.
499 (defun numeric-type->interval (x)
500   (declare (type numeric-type x))
501   (make-interval :low (numeric-type-low x)
502                  :high (numeric-type-high x)))
503
504 (defun type-approximate-interval (type)
505   (declare (type ctype type))
506   (let ((types (prepare-arg-for-derive-type type))
507         (result nil))
508     (dolist (type types)
509       (let ((type (if (member-type-p type)
510                       (convert-member-type type)
511                       type)))
512         (unless (numeric-type-p type)
513           (return-from type-approximate-interval nil))
514         (let ((interval (numeric-type->interval type)))
515           (setq result
516                 (if result
517                     (interval-approximate-union result interval)
518                     interval)))))
519     result))
520
521 (defun copy-interval-limit (limit)
522   (if (numberp limit)
523       limit
524       (copy-list limit)))
525
526 (defun copy-interval (x)
527   (declare (type interval x))
528   (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
529                  :high (copy-interval-limit (interval-high x))))
530
531 ;;; Given a point P contained in the interval X, split X into two
532 ;;; intervals at the point P. If CLOSE-LOWER is T, then the left
533 ;;; interval contains P. If CLOSE-UPPER is T, the right interval
534 ;;; contains P. You can specify both to be T or NIL.
535 (defun interval-split (p x &optional close-lower close-upper)
536   (declare (type number p)
537            (type interval x))
538   (list (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
539                        :high (if close-lower p (list p)))
540         (make-interval :low (if close-upper (list p) p)
541                        :high (copy-interval-limit (interval-high x)))))
542
543 ;;; Return the closure of the interval. That is, convert open bounds
544 ;;; to closed bounds.
545 (defun interval-closure (x)
546   (declare (type interval x))
547   (make-interval :low (type-bound-number (interval-low x))
548                  :high (type-bound-number (interval-high x))))
549
550 ;;; For an interval X, if X >= POINT, return '+. If X <= POINT, return
551 ;;; '-. Otherwise return NIL.
552 (defun interval-range-info (x &optional (point 0))
553   (declare (type interval x))
554   (let ((lo (interval-low x))
555         (hi (interval-high x)))
556     (cond ((and lo (signed-zero->= (type-bound-number lo) point))
557            '+)
558           ((and hi (signed-zero->= point (type-bound-number hi)))
559            '-)
560           (t
561            nil))))
562
563 ;;; Test to see whether the interval X is bounded. HOW determines the
564 ;;; test, and should be either ABOVE, BELOW, or BOTH.
565 (defun interval-bounded-p (x how)
566   (declare (type interval x))
567   (ecase how
568     (above
569      (interval-high x))
570     (below
571      (interval-low x))
572     (both
573      (and (interval-low x) (interval-high x)))))
574
575 ;;; See whether the interval X contains the number P, taking into
576 ;;; account that the interval might not be closed.
577 (defun interval-contains-p (p x)
578   (declare (type number p)
579            (type interval x))
580   ;; Does the interval X contain the number P?  This would be a lot
581   ;; easier if all intervals were closed!
582   (let ((lo (interval-low x))
583         (hi (interval-high x)))
584     (cond ((and lo hi)
585            ;; The interval is bounded
586            (if (and (signed-zero-<= (type-bound-number lo) p)
587                     (signed-zero-<= p (type-bound-number hi)))
588                ;; P is definitely in the closure of the interval.
589                ;; We just need to check the end points now.
590                (cond ((signed-zero-= p (type-bound-number lo))
591                       (numberp lo))
592                      ((signed-zero-= p (type-bound-number hi))
593                       (numberp hi))
594                      (t t))
595                nil))
596           (hi
597            ;; Interval with upper bound
598            (if (signed-zero-< p (type-bound-number hi))
599                t
600                (and (numberp hi) (signed-zero-= p hi))))
601           (lo
602            ;; Interval with lower bound
603            (if (signed-zero-> p (type-bound-number lo))
604                t
605                (and (numberp lo) (signed-zero-= p lo))))
606           (t
607            ;; Interval with no bounds
608            t))))
609
610 ;;; Determine whether two intervals X and Y intersect. Return T if so.
611 ;;; If CLOSED-INTERVALS-P is T, the treat the intervals as if they
612 ;;; were closed. Otherwise the intervals are treated as they are.
613 ;;;
614 ;;; Thus if X = [0, 1) and Y = (1, 2), then they do not intersect
615 ;;; because no element in X is in Y. However, if CLOSED-INTERVALS-P
616 ;;; is T, then they do intersect because we use the closure of X = [0,
617 ;;; 1] and Y = [1, 2] to determine intersection.
618 (defun interval-intersect-p (x y &optional closed-intervals-p)
619   (declare (type interval x y))
620   (and (interval-intersection/difference (if closed-intervals-p
621                                              (interval-closure x)
622                                              x)
623                                          (if closed-intervals-p
624                                              (interval-closure y)
625                                              y))
626        t))
627
628 ;;; Are the two intervals adjacent?  That is, is there a number
629 ;;; between the two intervals that is not an element of either
630 ;;; interval?  If so, they are not adjacent. For example [0, 1) and
631 ;;; [1, 2] are adjacent but [0, 1) and (1, 2] are not because 1 lies
632 ;;; between both intervals.
633 (defun interval-adjacent-p (x y)
634   (declare (type interval x y))
635   (flet ((adjacent (lo hi)
636            ;; Check to see whether lo and hi are adjacent. If either is
637            ;; nil, they can't be adjacent.
638            (when (and lo hi (= (type-bound-number lo) (type-bound-number hi)))
639              ;; The bounds are equal. They are adjacent if one of
640              ;; them is closed (a number). If both are open (consp),
641              ;; then there is a number that lies between them.
642              (or (numberp lo) (numberp hi)))))
643     (or (adjacent (interval-low y) (interval-high x))
644         (adjacent (interval-low x) (interval-high y)))))
645
646 ;;; Compute the intersection and difference between two intervals.
647 ;;; Two values are returned: the intersection and the difference.
648 ;;;
649 ;;; Let the two intervals be X and Y, and let I and D be the two
650 ;;; values returned by this function. Then I = X intersect Y. If I
651 ;;; is NIL (the empty set), then D is X union Y, represented as the
652 ;;; list of X and Y. If I is not the empty set, then D is (X union Y)
653 ;;; - I, which is a list of two intervals.
654 ;;;
655 ;;; For example, let X = [1,5] and Y = [-1,3). Then I = [1,3) and D =
656 ;;; [-1,1) union [3,5], which is returned as a list of two intervals.
657 (defun interval-intersection/difference (x y)
658   (declare (type interval x y))
659   (let ((x-lo (interval-low x))
660         (x-hi (interval-high x))
661         (y-lo (interval-low y))
662         (y-hi (interval-high y)))
663     (labels
664         ((opposite-bound (p)
665            ;; If p is an open bound, make it closed. If p is a closed
666            ;; bound, make it open.
667            (if (listp p)
668                (first p)
669                (list p)))
670          (test-number (p int bound)
671            ;; Test whether P is in the interval.
672            (let ((pn (type-bound-number p)))
673              (when (interval-contains-p pn (interval-closure int))
674                ;; Check for endpoints.
675                (let* ((lo (interval-low int))
676                       (hi (interval-high int))
677                       (lon (type-bound-number lo))
678                       (hin (type-bound-number hi)))
679                  (cond
680                    ;; Interval may be a point.
681                    ((and lon hin (= lon hin pn))
682                     (and (numberp p) (numberp lo) (numberp hi)))
683                    ;; Point matches the low end.
684                    ;; [P] [P,?} => TRUE     [P] (P,?} => FALSE
685                    ;; (P  [P,?} => TRUE      P) [P,?} => FALSE
686                    ;; (P  (P,?} => TRUE      P) (P,?} => FALSE
687                    ((and lon (= pn lon))
688                     (or (and (numberp p) (numberp lo))
689                         (and (consp p) (eq :low bound))))
690                    ;; [P] {?,P] => TRUE     [P] {?,P) => FALSE
691                    ;;  P) {?,P] => TRUE     (P  {?,P] => FALSE
692                    ;;  P) {?,P) => TRUE     (P  {?,P) => FALSE
693                    ((and hin (= pn hin))
694                     (or (and (numberp p) (numberp hi))
695                         (and (consp p) (eq :high bound))))
696                    ;; Not an endpoint, all is well.
697                    (t
698                     t))))))
699          (test-lower-bound (p int)
700            ;; P is a lower bound of an interval.
701            (if p
702                (test-number p int :low)
703                (not (interval-bounded-p int 'below))))
704          (test-upper-bound (p int)
705            ;; P is an upper bound of an interval.
706            (if p
707                (test-number p int :high)
708                (not (interval-bounded-p int 'above)))))
709       (let ((x-lo-in-y (test-lower-bound x-lo y))
710             (x-hi-in-y (test-upper-bound x-hi y))
711             (y-lo-in-x (test-lower-bound y-lo x))
712             (y-hi-in-x (test-upper-bound y-hi x)))
713         (cond ((or x-lo-in-y x-hi-in-y y-lo-in-x y-hi-in-x)
714                ;; Intervals intersect. Let's compute the intersection
715                ;; and the difference.
716                (multiple-value-bind (lo left-lo left-hi)
717                    (cond (x-lo-in-y (values x-lo y-lo (opposite-bound x-lo)))
718                          (y-lo-in-x (values y-lo x-lo (opposite-bound y-lo))))
719                  (multiple-value-bind (hi right-lo right-hi)
720                      (cond (x-hi-in-y
721                             (values x-hi (opposite-bound x-hi) y-hi))
722                            (y-hi-in-x
723                             (values y-hi (opposite-bound y-hi) x-hi)))
724                    (values (make-interval :low lo :high hi)
725                            (list (make-interval :low left-lo
726                                                 :high left-hi)
727                                  (make-interval :low right-lo
728                                                 :high right-hi))))))
729               (t
730                (values nil (list x y))))))))
731
732 ;;; If intervals X and Y intersect, return a new interval that is the
733 ;;; union of the two. If they do not intersect, return NIL.
734 (defun interval-merge-pair (x y)
735   (declare (type interval x y))
736   ;; If x and y intersect or are adjacent, create the union.
737   ;; Otherwise return nil
738   (when (or (interval-intersect-p x y)
739             (interval-adjacent-p x y))
740     (flet ((select-bound (x1 x2 min-op max-op)
741              (let ((x1-val (type-bound-number x1))
742                    (x2-val (type-bound-number x2)))
743                (cond ((and x1 x2)
744                       ;; Both bounds are finite. Select the right one.
745                       (cond ((funcall min-op x1-val x2-val)
746                              ;; x1 is definitely better.
747                              x1)
748                             ((funcall max-op x1-val x2-val)
749                              ;; x2 is definitely better.
750                              x2)
751                             (t
752                              ;; Bounds are equal. Select either
753                              ;; value and make it open only if
754                              ;; both were open.
755                              (set-bound x1-val (and (consp x1) (consp x2))))))
756                      (t
757                       ;; At least one bound is not finite. The
758                       ;; non-finite bound always wins.
759                       nil)))))
760       (let* ((x-lo (copy-interval-limit (interval-low x)))
761              (x-hi (copy-interval-limit (interval-high x)))
762              (y-lo (copy-interval-limit (interval-low y)))
763              (y-hi (copy-interval-limit (interval-high y))))
764         (make-interval :low (select-bound x-lo y-lo #'< #'>)
765                        :high (select-bound x-hi y-hi #'> #'<))))))
766
767 ;;; return the minimal interval, containing X and Y
768 (defun interval-approximate-union (x y)
769   (cond ((interval-merge-pair x y))
770         ((interval-< x y)
771          (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
772                         :high (copy-interval-limit (interval-high y))))
773         (t
774          (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low y))
775                         :high (copy-interval-limit (interval-high x))))))
776
777 ;;; basic arithmetic operations on intervals. We probably should do
778 ;;; true interval arithmetic here, but it's complicated because we
779 ;;; have float and integer types and bounds can be open or closed.
780
781 ;;; the negative of an interval
782 (defun interval-neg (x)
783   (declare (type interval x))
784   (make-interval :low (bound-func #'- (interval-high x))
785                  :high (bound-func #'- (interval-low x))))
786
787 ;;; Add two intervals.
788 (defun interval-add (x y)
789   (declare (type interval x y))
790   (make-interval :low (bound-binop + (interval-low x) (interval-low y))
791                  :high (bound-binop + (interval-high x) (interval-high y))))
792
793 ;;; Subtract two intervals.
794 (defun interval-sub (x y)
795   (declare (type interval x y))
796   (make-interval :low (bound-binop - (interval-low x) (interval-high y))
797                  :high (bound-binop - (interval-high x) (interval-low y))))
798
799 ;;; Multiply two intervals.
800 (defun interval-mul (x y)
801   (declare (type interval x y))
802   (flet ((bound-mul (x y)
803            (cond ((or (null x) (null y))
804                   ;; Multiply by infinity is infinity
805                   nil)
806                  ((or (and (numberp x) (zerop x))
807                       (and (numberp y) (zerop y)))
808                   ;; Multiply by closed zero is special. The result
809                   ;; is always a closed bound. But don't replace this
810                   ;; with zero; we want the multiplication to produce
811                   ;; the correct signed zero, if needed. Use SIGNUM
812                   ;; to avoid trying to multiply huge bignums with 0.0.
813                   (* (signum (type-bound-number x)) (signum (type-bound-number y))))
814                  ((or (and (floatp x) (float-infinity-p x))
815                       (and (floatp y) (float-infinity-p y)))
816                   ;; Infinity times anything is infinity
817                   nil)
818                  (t
819                   ;; General multiply. The result is open if either is open.
820                   (bound-binop * x y)))))
821     (let ((x-range (interval-range-info x))
822           (y-range (interval-range-info y)))
823       (cond ((null x-range)
824              ;; Split x into two and multiply each separately
825              (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
826                (interval-merge-pair (interval-mul x- y)
827                                     (interval-mul x+ y))))
828             ((null y-range)
829              ;; Split y into two and multiply each separately
830              (destructuring-bind (y- y+) (interval-split 0 y t t)
831                (interval-merge-pair (interval-mul x y-)
832                                     (interval-mul x y+))))
833             ((eq x-range '-)
834              (interval-neg (interval-mul (interval-neg x) y)))
835             ((eq y-range '-)
836              (interval-neg (interval-mul x (interval-neg y))))
837             ((and (eq x-range '+) (eq y-range '+))
838              ;; If we are here, X and Y are both positive.
839              (make-interval
840               :low (bound-mul (interval-low x) (interval-low y))
841               :high (bound-mul (interval-high x) (interval-high y))))
842             (t
843              (bug "excluded case in INTERVAL-MUL"))))))
844
845 ;;; Divide two intervals.
846 (defun interval-div (top bot)
847   (declare (type interval top bot))
848   (flet ((bound-div (x y y-low-p)
849            ;; Compute x/y
850            (cond ((null y)
851                   ;; Divide by infinity means result is 0. However,
852                   ;; we need to watch out for the sign of the result,
853                   ;; to correctly handle signed zeros. We also need
854                   ;; to watch out for positive or negative infinity.
855                   (if (floatp (type-bound-number x))
856                       (if y-low-p
857                           (- (float-sign (type-bound-number x) 0.0))
858                           (float-sign (type-bound-number x) 0.0))
859                       0))
860                  ((zerop (type-bound-number y))
861                   ;; Divide by zero means result is infinity
862                   nil)
863                  (t
864                   (bound-binop / x y)))))
865     (let ((top-range (interval-range-info top))
866           (bot-range (interval-range-info bot)))
867       (cond ((null bot-range)
868              ;; The denominator contains zero, so anything goes!
869              (make-interval :low nil :high nil))
870             ((eq bot-range '-)
871              ;; Denominator is negative so flip the sign, compute the
872              ;; result, and flip it back.
873              (interval-neg (interval-div top (interval-neg bot))))
874             ((null top-range)
875              ;; Split top into two positive and negative parts, and
876              ;; divide each separately
877              (destructuring-bind (top- top+) (interval-split 0 top t t)
878                (interval-merge-pair (interval-div top- bot)
879                                     (interval-div top+ bot))))
880             ((eq top-range '-)
881              ;; Top is negative so flip the sign, divide, and flip the
882              ;; sign of the result.
883              (interval-neg (interval-div (interval-neg top) bot)))
884             ((and (eq top-range '+) (eq bot-range '+))
885              ;; the easy case
886              (make-interval
887               :low (bound-div (interval-low top) (interval-high bot) t)
888               :high (bound-div (interval-high top) (interval-low bot) nil)))
889             (t
890              (bug "excluded case in INTERVAL-DIV"))))))
891
892 ;;; Apply the function F to the interval X. If X = [a, b], then the
893 ;;; result is [f(a), f(b)]. It is up to the user to make sure the
894 ;;; result makes sense. It will if F is monotonic increasing (or
895 ;;; non-decreasing).
896 (defun interval-func (f x)
897   (declare (type function f)
898            (type interval x))
899   (let ((lo (bound-func f (interval-low x)))
900         (hi (bound-func f (interval-high x))))
901     (make-interval :low lo :high hi)))
902
903 ;;; Return T if X < Y. That is every number in the interval X is
904 ;;; always less than any number in the interval Y.
905 (defun interval-< (x y)
906   (declare (type interval x y))
907   ;; X < Y only if X is bounded above, Y is bounded below, and they
908   ;; don't overlap.
909   (when (and (interval-bounded-p x 'above)
910              (interval-bounded-p y 'below))
911     ;; Intervals are bounded in the appropriate way. Make sure they
912     ;; don't overlap.
913     (let ((left (interval-high x))
914           (right (interval-low y)))
915       (cond ((> (type-bound-number left)
916                 (type-bound-number right))
917              ;; The intervals definitely overlap, so result is NIL.
918              nil)
919             ((< (type-bound-number left)
920                 (type-bound-number right))
921              ;; The intervals definitely don't touch, so result is T.
922              t)
923             (t
924              ;; Limits are equal. Check for open or closed bounds.
925              ;; Don't overlap if one or the other are open.
926              (or (consp left) (consp right)))))))
927
928 ;;; Return T if X >= Y. That is, every number in the interval X is
929 ;;; always greater than any number in the interval Y.
930 (defun interval->= (x y)
931   (declare (type interval x y))
932   ;; X >= Y if lower bound of X >= upper bound of Y
933   (when (and (interval-bounded-p x 'below)
934              (interval-bounded-p y 'above))
935     (>= (type-bound-number (interval-low x))
936         (type-bound-number (interval-high y)))))
937
938 ;;; Return T if X = Y.
939 (defun interval-= (x y)
940   (declare (type interval x y))
941   (and (interval-bounded-p x 'both)
942        (interval-bounded-p y 'both)
943        (flet ((bound (v)
944                 (if (numberp v)
945                     v
946                     ;; Open intervals cannot be =
947                     (return-from interval-= nil))))
948          ;; Both intervals refer to the same point
949          (= (bound (interval-high x)) (bound (interval-low x))
950             (bound (interval-high y)) (bound (interval-low y))))))
951
952 ;;; Return T if X /= Y
953 (defun interval-/= (x y)
954   (not (interval-intersect-p x y)))
955
956 ;;; Return an interval that is the absolute value of X. Thus, if
957 ;;; X = [-1 10], the result is [0, 10].
958 (defun interval-abs (x)
959   (declare (type interval x))
960   (case (interval-range-info x)
961     (+
962      (copy-interval x))
963     (-
964      (interval-neg x))
965     (t
966      (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
967        (interval-merge-pair (interval-neg x-) x+)))))
968
969 ;;; Compute the square of an interval.
970 (defun interval-sqr (x)
971   (declare (type interval x))
972   (interval-func (lambda (x) (* x x))
973                  (interval-abs x)))
974 \f
975 ;;;; numeric DERIVE-TYPE methods
976
977 ;;; a utility for defining derive-type methods of integer operations. If
978 ;;; the types of both X and Y are integer types, then we compute a new
979 ;;; integer type with bounds determined by FUN when applied to X and Y.
980 ;;; Otherwise, we use NUMERIC-CONTAGION.
981 (defun derive-integer-type-aux (x y fun)
982   (declare (type function fun))
983   (if (and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y)
984            (eq (numeric-type-class x) 'integer)
985            (eq (numeric-type-class y) 'integer)
986            (eq (numeric-type-complexp x) :real)
987            (eq (numeric-type-complexp y) :real))
988       (multiple-value-bind (low high) (funcall fun x y)
989         (make-numeric-type :class 'integer
990                            :complexp :real
991                            :low low
992                            :high high))
993       (numeric-contagion x y)))
994
995 (defun derive-integer-type (x y fun)
996   (declare (type lvar x y) (type function fun))
997   (let ((x (lvar-type x))
998         (y (lvar-type y)))
999     (derive-integer-type-aux x y fun)))
1000
1001 ;;; simple utility to flatten a list
1002 (defun flatten-list (x)
1003   (labels ((flatten-and-append (tree list)
1004              (cond ((null tree) list)
1005                    ((atom tree) (cons tree list))
1006                    (t (flatten-and-append
1007                        (car tree) (flatten-and-append (cdr tree) list))))))
1008     (flatten-and-append x nil)))
1009
1010 ;;; Take some type of lvar and massage it so that we get a list of the
1011 ;;; constituent types. If ARG is *EMPTY-TYPE*, return NIL to indicate
1012 ;;; failure.
1013 (defun prepare-arg-for-derive-type (arg)
1014   (flet ((listify (arg)
1015            (typecase arg
1016              (numeric-type
1017               (list arg))
1018              (union-type
1019               (union-type-types arg))
1020              (t
1021               (list arg)))))
1022     (unless (eq arg *empty-type*)
1023       ;; Make sure all args are some type of numeric-type. For member
1024       ;; types, convert the list of members into a union of equivalent
1025       ;; single-element member-type's.
1026       (let ((new-args nil))
1027         (dolist (arg (listify arg))
1028           (if (member-type-p arg)
1029               ;; Run down the list of members and convert to a list of
1030               ;; member types.
1031               (mapc-member-type-members
1032                (lambda (member)
1033                  (push (if (numberp member)
1034                            (make-member-type :members (list member))
1035                            *empty-type*)
1036                        new-args))
1037                arg)
1038               (push arg new-args)))
1039         (unless (member *empty-type* new-args)
1040           new-args)))))
1041
1042 ;;; Convert from the standard type convention for which -0.0 and 0.0
1043 ;;; are equal to an intermediate convention for which they are
1044 ;;; considered different which is more natural for some of the
1045 ;;; optimisers.
1046 (defun convert-numeric-type (type)
1047   (declare (type numeric-type type))
1048   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
1049   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
1050       (let* ((lo (numeric-type-low type))
1051              (lo-val (type-bound-number lo))
1052              (lo-float-zero-p (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)))
1053              (hi (numeric-type-high type))
1054              (hi-val (type-bound-number hi))
1055              (hi-float-zero-p (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0))))
1056         (if (or lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1057             (make-numeric-type
1058              :class (numeric-type-class type)
1059              :format (numeric-type-format type)
1060              :complexp :real
1061              :low (if lo-float-zero-p
1062                       (if (consp lo)
1063                           (list (float 0.0 lo-val))
1064                           (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) lo-val))
1065                       lo)
1066              :high (if hi-float-zero-p
1067                        (if (consp hi)
1068                            (list (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) hi-val))
1069                            (float 0.0 hi-val))
1070                        hi))
1071             type))
1072       ;; Not real float.
1073       type))
1074
1075 ;;; Convert back from the intermediate convention for which -0.0 and
1076 ;;; 0.0 are considered different to the standard type convention for
1077 ;;; which and equal.
1078 (defun convert-back-numeric-type (type)
1079   (declare (type numeric-type type))
1080   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
1081   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
1082       (let* ((lo (numeric-type-low type))
1083              (lo-val (type-bound-number lo))
1084              (lo-float-zero-p
1085               (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)
1086                    (float-sign lo-val)))
1087              (hi (numeric-type-high type))
1088              (hi-val (type-bound-number hi))
1089              (hi-float-zero-p
1090               (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0)
1091                    (float-sign hi-val))))
1092         (cond
1093           ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
1094           ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
1095           ((and lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1096            ;; shouldn't have exclusive bounds here..
1097            (aver (and (not (consp lo)) (not (consp hi))))
1098            (if (= lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1099                ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
1100                ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
1101                (specifier-type `(member ,lo-val))
1102                ;; (float -0.0 +0.0) => (float 0.0 0.0)
1103                ;; (float +0.0 -0.0) => (float 0.0 0.0)
1104                (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1105                                   :format (numeric-type-format type)
1106                                   :complexp :real
1107                                   :low hi-val
1108                                   :high hi-val)))
1109           (lo-float-zero-p
1110            (cond
1111              ;; (float -0.0 x) => (float 0.0 x)
1112              ((and (not (consp lo)) (minusp lo-float-zero-p))
1113               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1114                                  :format (numeric-type-format type)
1115                                  :complexp :real
1116                                  :low (float 0.0 lo-val)
1117                                  :high hi))
1118              ;; (float (+0.0) x) => (float (0.0) x)
1119              ((and (consp lo) (plusp lo-float-zero-p))
1120               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1121                                  :format (numeric-type-format type)
1122                                  :complexp :real
1123                                  :low (list (float 0.0 lo-val))
1124                                  :high hi))
1125              (t
1126               ;; (float +0.0 x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
1127               ;; (float (-0.0) x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
1128               (list (make-member-type :members (list (float 0.0 lo-val)))
1129                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1130                                        :format (numeric-type-format type)
1131                                        :complexp :real
1132                                        :low (list (float 0.0 lo-val))
1133                                        :high hi)))))
1134           (hi-float-zero-p
1135            (cond
1136              ;; (float x +0.0) => (float x 0.0)
1137              ((and (not (consp hi)) (plusp hi-float-zero-p))
1138               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1139                                  :format (numeric-type-format type)
1140                                  :complexp :real
1141                                  :low lo
1142                                  :high (float 0.0 hi-val)))
1143              ;; (float x (-0.0)) => (float x (0.0))
1144              ((and (consp hi) (minusp hi-float-zero-p))
1145               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1146                                  :format (numeric-type-format type)
1147                                  :complexp :real
1148                                  :low lo
1149                                  :high (list (float 0.0 hi-val))))
1150              (t
1151               ;; (float x (+0.0)) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
1152               ;; (float x -0.0) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
1153               (list (make-member-type :members (list (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) hi-val)))
1154                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1155                                        :format (numeric-type-format type)
1156                                        :complexp :real
1157                                        :low lo
1158                                        :high (list (float 0.0 hi-val)))))))
1159           (t
1160            type)))
1161       ;; not real float
1162       type))
1163
1164 ;;; Convert back a possible list of numeric types.
1165 (defun convert-back-numeric-type-list (type-list)
1166   (typecase type-list
1167     (list
1168      (let ((results '()))
1169        (dolist (type type-list)
1170          (if (numeric-type-p type)
1171              (let ((result (convert-back-numeric-type type)))
1172                (if (listp result)
1173                    (setf results (append results result))
1174                    (push result results)))
1175              (push type results)))
1176        results))
1177     (numeric-type
1178      (convert-back-numeric-type type-list))
1179     (union-type
1180      (convert-back-numeric-type-list (union-type-types type-list)))
1181     (t
1182      type-list)))
1183
1184 ;;; Take a list of types and return a canonical type specifier,
1185 ;;; combining any MEMBER types together. If both positive and negative
1186 ;;; MEMBER types are present they are converted to a float type.
1187 ;;; XXX This would be far simpler if the type-union methods could handle
1188 ;;; member/number unions.
1189 ;;;
1190 ;;; If we're about to generate an overly complex union of numeric types, start
1191 ;;; collapse the ranges together.
1192 ;;;
1193 ;;; FIXME: The MEMBER canonicalization parts of MAKE-DERIVED-UNION-TYPE and
1194 ;;; entire CONVERT-MEMBER-TYPE probably belong in the kernel's type logic,
1195 ;;; invoked always, instead of in the compiler, invoked only during some type
1196 ;;; optimizations.
1197 (defvar *derived-numeric-union-complexity-limit* 6)
1198
1199 (defun make-derived-union-type (type-list)
1200   (let ((xset (alloc-xset))
1201         (fp-zeroes '())
1202         (misc-types '())
1203         (numeric-type *empty-type*))
1204     (dolist (type type-list)
1205       (cond ((member-type-p type)
1206              (mapc-member-type-members
1207               (lambda (member)
1208                 (if (fp-zero-p member)
1209                     (unless (member member fp-zeroes)
1210                       (pushnew member fp-zeroes))
1211                     (add-to-xset member xset)))
1212               type))
1213             ((numeric-type-p type)
1214              (let ((*approximate-numeric-unions*
1215                     (when (and (union-type-p numeric-type)
1216                                (nthcdr *derived-numeric-union-complexity-limit*
1217                                        (union-type-types numeric-type)))
1218                       t)))
1219                (setf numeric-type (type-union type numeric-type))))
1220             (t
1221              (push type misc-types))))
1222     (if (and (xset-empty-p xset) (not fp-zeroes))
1223         (apply #'type-union numeric-type misc-types)
1224         (apply #'type-union (make-member-type :xset xset :fp-zeroes fp-zeroes)
1225                numeric-type misc-types))))
1226
1227 ;;; Convert a member type with a single member to a numeric type.
1228 (defun convert-member-type (arg)
1229   (let* ((members (member-type-members arg))
1230          (member (first members))
1231          (member-type (type-of member)))
1232     (aver (not (rest members)))
1233     (specifier-type (cond ((typep member 'integer)
1234                            `(integer ,member ,member))
1235                           ((memq member-type '(short-float single-float
1236                                                double-float long-float))
1237                            `(,member-type ,member ,member))
1238                           (t
1239                            member-type)))))
1240
1241 ;;; This is used in defoptimizers for computing the resulting type of
1242 ;;; a function.
1243 ;;;
1244 ;;; Given the lvar ARG, derive the resulting type using the
1245 ;;; DERIVE-FUN. DERIVE-FUN takes exactly one argument which is some
1246 ;;; "atomic" lvar type like numeric-type or member-type (containing
1247 ;;; just one element). It should return the resulting type, which can
1248 ;;; be a list of types.
1249 ;;;
1250 ;;; For the case of member types, if a MEMBER-FUN is given it is
1251 ;;; called to compute the result otherwise the member type is first
1252 ;;; converted to a numeric type and the DERIVE-FUN is called.
1253 (defun one-arg-derive-type (arg derive-fun member-fun
1254                                 &optional (convert-type t))
1255   (declare (type function derive-fun)
1256            (type (or null function) member-fun))
1257   (let ((arg-list (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg))))
1258     (when arg-list
1259       (flet ((deriver (x)
1260                (typecase x
1261                  (member-type
1262                   (if member-fun
1263                       (with-float-traps-masked
1264                           (:underflow :overflow :divide-by-zero)
1265                         (specifier-type
1266                          `(eql ,(funcall member-fun
1267                                          (first (member-type-members x))))))
1268                       ;; Otherwise convert to a numeric type.
1269                       (let ((result-type-list
1270                              (funcall derive-fun (convert-member-type x))))
1271                         (if convert-type
1272                             (convert-back-numeric-type-list result-type-list)
1273                             result-type-list))))
1274                  (numeric-type
1275                   (if convert-type
1276                       (convert-back-numeric-type-list
1277                        (funcall derive-fun (convert-numeric-type x)))
1278                       (funcall derive-fun x)))
1279                  (t
1280                   *universal-type*))))
1281         ;; Run down the list of args and derive the type of each one,
1282         ;; saving all of the results in a list.
1283         (let ((results nil))
1284           (dolist (arg arg-list)
1285             (let ((result (deriver arg)))
1286               (if (listp result)
1287                   (setf results (append results result))
1288                   (push result results))))
1289           (if (rest results)
1290               (make-derived-union-type results)
1291               (first results)))))))
1292
1293 ;;; Same as ONE-ARG-DERIVE-TYPE, except we assume the function takes
1294 ;;; two arguments. DERIVE-FUN takes 3 args in this case: the two
1295 ;;; original args and a third which is T to indicate if the two args
1296 ;;; really represent the same lvar. This is useful for deriving the
1297 ;;; type of things like (* x x), which should always be positive. If
1298 ;;; we didn't do this, we wouldn't be able to tell.
1299 (defun two-arg-derive-type (arg1 arg2 derive-fun fun
1300                                  &optional (convert-type t))
1301   (declare (type function derive-fun fun))
1302   (flet ((deriver (x y same-arg)
1303            (cond ((and (member-type-p x) (member-type-p y))
1304                   (let* ((x (first (member-type-members x)))
1305                          (y (first (member-type-members y)))
1306                          (result (ignore-errors
1307                                    (with-float-traps-masked
1308                                        (:underflow :overflow :divide-by-zero
1309                                                    :invalid)
1310                                      (funcall fun x y)))))
1311                     (cond ((null result) *empty-type*)
1312                           ((and (floatp result) (float-nan-p result))
1313                            (make-numeric-type :class 'float
1314                                               :format (type-of result)
1315                                               :complexp :real))
1316                           (t
1317                            (specifier-type `(eql ,result))))))
1318                  ((and (member-type-p x) (numeric-type-p y))
1319                   (let* ((x (convert-member-type x))
1320                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1321                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1322                     (if convert-type
1323                         (convert-back-numeric-type-list result)
1324                         result)))
1325                  ((and (numeric-type-p x) (member-type-p y))
1326                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1327                          (y (convert-member-type y))
1328                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1329                     (if convert-type
1330                         (convert-back-numeric-type-list result)
1331                         result)))
1332                  ((and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y))
1333                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1334                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1335                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1336                     (if convert-type
1337                         (convert-back-numeric-type-list result)
1338                         result)))
1339                  (t
1340                   *universal-type*))))
1341     (let ((same-arg (same-leaf-ref-p arg1 arg2))
1342           (a1 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg1)))
1343           (a2 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg2))))
1344       (when (and a1 a2)
1345         (let ((results nil))
1346           (if same-arg
1347               ;; Since the args are the same LVARs, just run down the
1348               ;; lists.
1349               (dolist (x a1)
1350                 (let ((result (deriver x x same-arg)))
1351                   (if (listp result)
1352                       (setf results (append results result))
1353                       (push result results))))
1354               ;; Try all pairwise combinations.
1355               (dolist (x a1)
1356                 (dolist (y a2)
1357                   (let ((result (or (deriver x y same-arg)
1358                                     (numeric-contagion x y))))
1359                     (if (listp result)
1360                         (setf results (append results result))
1361                         (push result results))))))
1362           (if (rest results)
1363               (make-derived-union-type results)
1364               (first results)))))))
1365 \f
1366 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1367 (progn
1368 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1369   (derive-integer-type
1370    x y
1371    #'(lambda (x y)
1372        (flet ((frob (x y)
1373                 (if (and x y)
1374                     (+ x y)
1375                     nil)))
1376          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-low y))
1377                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-high y)))))))
1378
1379 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1380   (derive-integer-type
1381    x y
1382    #'(lambda (x y)
1383        (flet ((frob (x y)
1384                 (if (and x y)
1385                     (- x y)
1386                     nil)))
1387          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-high y))
1388                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-low y)))))))
1389
1390 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1391   (derive-integer-type
1392    x y
1393    #'(lambda (x y)
1394        (let ((x-low (numeric-type-low x))
1395              (x-high (numeric-type-high x))
1396              (y-low (numeric-type-low y))
1397              (y-high (numeric-type-high y)))
1398          (cond ((not (and x-low y-low))
1399                 (values nil nil))
1400                ((or (minusp x-low) (minusp y-low))
1401                 (if (and x-high y-high)
1402                     (let ((max (* (max (abs x-low) (abs x-high))
1403                                   (max (abs y-low) (abs y-high)))))
1404                       (values (- max) max))
1405                     (values nil nil)))
1406                (t
1407                 (values (* x-low y-low)
1408                         (if (and x-high y-high)
1409                             (* x-high y-high)
1410                             nil))))))))
1411
1412 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1413   (numeric-contagion (lvar-type x) (lvar-type y)))
1414
1415 ) ; PROGN
1416
1417 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1418 (progn
1419 (defun +-derive-type-aux (x y same-arg)
1420   (if (and (numeric-type-real-p x)
1421            (numeric-type-real-p y))
1422       (let ((result
1423              (if same-arg
1424                  (let ((x-int (numeric-type->interval x)))
1425                    (interval-add x-int x-int))
1426                  (interval-add (numeric-type->interval x)
1427                                (numeric-type->interval y))))
1428             (result-type (numeric-contagion x y)))
1429         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1430         ;; the bounds into the correct type.
1431         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1432           (setf result (interval-func
1433                         #'(lambda (x)
1434                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1435                                                     'float)))
1436                         result)))
1437         (make-numeric-type
1438          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1439                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1440                     ;; The sum of integers is always an integer.
1441                     'integer
1442                     (numeric-type-class result-type))
1443          :format (numeric-type-format result-type)
1444          :low (interval-low result)
1445          :high (interval-high result)))
1446       ;; general contagion
1447       (numeric-contagion x y)))
1448
1449 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1450   (two-arg-derive-type x y #'+-derive-type-aux #'+))
1451
1452 (defun --derive-type-aux (x y same-arg)
1453   (if (and (numeric-type-real-p x)
1454            (numeric-type-real-p y))
1455       (let ((result
1456              ;; (- X X) is always 0.
1457              (if same-arg
1458                  (make-interval :low 0 :high 0)
1459                  (interval-sub (numeric-type->interval x)
1460                                (numeric-type->interval y))))
1461             (result-type (numeric-contagion x y)))
1462         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1463         ;; the bounds into the correct type.
1464         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1465           (setf result (interval-func
1466                         #'(lambda (x)
1467                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1468                                                     'float)))
1469                         result)))
1470         (make-numeric-type
1471          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1472                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1473                     ;; The difference of integers is always an integer.
1474                     'integer
1475                     (numeric-type-class result-type))
1476          :format (numeric-type-format result-type)
1477          :low (interval-low result)
1478          :high (interval-high result)))
1479       ;; general contagion
1480       (numeric-contagion x y)))
1481
1482 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1483   (two-arg-derive-type x y #'--derive-type-aux #'-))
1484
1485 (defun *-derive-type-aux (x y same-arg)
1486   (if (and (numeric-type-real-p x)
1487            (numeric-type-real-p y))
1488       (let ((result
1489              ;; (* X X) is always positive, so take care to do it right.
1490              (if same-arg
1491                  (interval-sqr (numeric-type->interval x))
1492                  (interval-mul (numeric-type->interval x)
1493                                (numeric-type->interval y))))
1494             (result-type (numeric-contagion x y)))
1495         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1496         ;; the bounds into the correct type.
1497         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1498           (setf result (interval-func
1499                         #'(lambda (x)
1500                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1501                                                     'float)))
1502                         result)))
1503         (make-numeric-type
1504          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1505                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1506                     ;; The product of integers is always an integer.
1507                     'integer
1508                     (numeric-type-class result-type))
1509          :format (numeric-type-format result-type)
1510          :low (interval-low result)
1511          :high (interval-high result)))
1512       (numeric-contagion x y)))
1513
1514 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1515   (two-arg-derive-type x y #'*-derive-type-aux #'*))
1516
1517 (defun /-derive-type-aux (x y same-arg)
1518   (if (and (numeric-type-real-p x)
1519            (numeric-type-real-p y))
1520       (let ((result
1521              ;; (/ X X) is always 1, except if X can contain 0. In
1522              ;; that case, we shouldn't optimize the division away
1523              ;; because we want 0/0 to signal an error.
1524              (if (and same-arg
1525                       (not (interval-contains-p
1526                             0 (interval-closure (numeric-type->interval y)))))
1527                  (make-interval :low 1 :high 1)
1528                  (interval-div (numeric-type->interval x)
1529                                (numeric-type->interval y))))
1530             (result-type (numeric-contagion x y)))
1531         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1532         ;; the bounds into the correct type.
1533         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1534           (setf result (interval-func
1535                         #'(lambda (x)
1536                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1537                                                     'float)))
1538                         result)))
1539         (make-numeric-type :class (numeric-type-class result-type)
1540                            :format (numeric-type-format result-type)
1541                            :low (interval-low result)
1542                            :high (interval-high result)))
1543       (numeric-contagion x y)))
1544
1545 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1546   (two-arg-derive-type x y #'/-derive-type-aux #'/))
1547
1548 ) ; PROGN
1549
1550 (defun ash-derive-type-aux (n-type shift same-arg)
1551   (declare (ignore same-arg))
1552   ;; KLUDGE: All this ASH optimization is suppressed under CMU CL for
1553   ;; some bignum cases because as of version 2.4.6 for Debian and 18d,
1554   ;; CMU CL blows up on (ASH 1000000000 -100000000000) (i.e. ASH of
1555   ;; two bignums yielding zero) and it's hard to avoid that
1556   ;; calculation in here.
1557   #+(and cmu sb-xc-host)
1558   (when (and (or (typep (numeric-type-low n-type) 'bignum)
1559                  (typep (numeric-type-high n-type) 'bignum))
1560              (or (typep (numeric-type-low shift) 'bignum)
1561                  (typep (numeric-type-high shift) 'bignum)))
1562     (return-from ash-derive-type-aux *universal-type*))
1563   (flet ((ash-outer (n s)
1564            (when (and (fixnump s)
1565                       (<= s 64)
1566                       (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1567              (ash n s)))
1568          ;; KLUDGE: The bare 64's here should be related to
1569          ;; symbolic machine word size values somehow.
1570
1571          (ash-inner (n s)
1572            (if (and (fixnump s)
1573                     (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1574              (ash n (min s 64))
1575              (if (minusp n) -1 0))))
1576     (or (and (csubtypep n-type (specifier-type 'integer))
1577              (csubtypep shift (specifier-type 'integer))
1578              (let ((n-low (numeric-type-low n-type))
1579                    (n-high (numeric-type-high n-type))
1580                    (s-low (numeric-type-low shift))
1581                    (s-high (numeric-type-high shift)))
1582                (make-numeric-type :class 'integer  :complexp :real
1583                                   :low (when n-low
1584                                          (if (minusp n-low)
1585                                            (ash-outer n-low s-high)
1586                                            (ash-inner n-low s-low)))
1587                                   :high (when n-high
1588                                           (if (minusp n-high)
1589                                             (ash-inner n-high s-low)
1590                                             (ash-outer n-high s-high))))))
1591         *universal-type*)))
1592
1593 (defoptimizer (ash derive-type) ((n shift))
1594   (two-arg-derive-type n shift #'ash-derive-type-aux #'ash))
1595
1596 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1597 (macrolet ((frob (fun)
1598              `#'(lambda (type type2)
1599                   (declare (ignore type2))
1600                   (let ((lo (numeric-type-low type))
1601                         (hi (numeric-type-high type)))
1602                     (values (if hi (,fun hi) nil) (if lo (,fun lo) nil))))))
1603
1604   (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1605     (derive-integer-type num num (frob -))))
1606
1607 (defun lognot-derive-type-aux (int)
1608   (derive-integer-type-aux int int
1609                            (lambda (type type2)
1610                              (declare (ignore type2))
1611                              (let ((lo (numeric-type-low type))
1612                                    (hi (numeric-type-high type)))
1613                                (values (if hi (lognot hi) nil)
1614                                        (if lo (lognot lo) nil)
1615                                        (numeric-type-class type)
1616                                        (numeric-type-format type))))))
1617
1618 (defoptimizer (lognot derive-type) ((int))
1619   (lognot-derive-type-aux (lvar-type int)))
1620
1621 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1622 (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1623   (flet ((negate-bound (b)
1624            (and b
1625                 (set-bound (- (type-bound-number b))
1626                            (consp b)))))
1627     (one-arg-derive-type num
1628                          (lambda (type)
1629                            (modified-numeric-type
1630                             type
1631                             :low (negate-bound (numeric-type-high type))
1632                             :high (negate-bound (numeric-type-low type))))
1633                          #'-)))
1634
1635 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1636 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1637   (let ((type (lvar-type num)))
1638     (if (and (numeric-type-p type)
1639              (eq (numeric-type-class type) 'integer)
1640              (eq (numeric-type-complexp type) :real))
1641         (let ((lo (numeric-type-low type))
1642               (hi (numeric-type-high type)))
1643           (make-numeric-type :class 'integer :complexp :real
1644                              :low (cond ((and hi (minusp hi))
1645                                          (abs hi))
1646                                         (lo
1647                                          (max 0 lo))
1648                                         (t
1649                                          0))
1650                              :high (if (and hi lo)
1651                                        (max (abs hi) (abs lo))
1652                                        nil)))
1653         (numeric-contagion type type))))
1654
1655 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1656 (defun abs-derive-type-aux (type)
1657   (cond ((eq (numeric-type-complexp type) :complex)
1658          ;; The absolute value of a complex number is always a
1659          ;; non-negative float.
1660          (let* ((format (case (numeric-type-class type)
1661                           ((integer rational) 'single-float)
1662                           (t (numeric-type-format type))))
1663                 (bound-format (or format 'float)))
1664            (make-numeric-type :class 'float
1665                               :format format
1666                               :complexp :real
1667                               :low (coerce 0 bound-format)
1668                               :high nil)))
1669         (t
1670          ;; The absolute value of a real number is a non-negative real
1671          ;; of the same type.
1672          (let* ((abs-bnd (interval-abs (numeric-type->interval type)))
1673                 (class (numeric-type-class type))
1674                 (format (numeric-type-format type))
1675                 (bound-type (or format class 'real)))
1676            (make-numeric-type
1677             :class class
1678             :format format
1679             :complexp :real
1680             :low (coerce-and-truncate-floats (interval-low abs-bnd) bound-type)
1681             :high (coerce-and-truncate-floats
1682                    (interval-high abs-bnd) bound-type))))))
1683
1684 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1685 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1686   (one-arg-derive-type num #'abs-derive-type-aux #'abs))
1687
1688 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1689 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1690   (let ((number-type (lvar-type number))
1691         (divisor-type (lvar-type divisor))
1692         (integer-type (specifier-type 'integer)))
1693     (if (and (numeric-type-p number-type)
1694              (csubtypep number-type integer-type)
1695              (numeric-type-p divisor-type)
1696              (csubtypep divisor-type integer-type))
1697         (let ((number-low (numeric-type-low number-type))
1698               (number-high (numeric-type-high number-type))
1699               (divisor-low (numeric-type-low divisor-type))
1700               (divisor-high (numeric-type-high divisor-type)))
1701           (values-specifier-type
1702            `(values ,(integer-truncate-derive-type number-low number-high
1703                                                    divisor-low divisor-high)
1704                     ,(integer-rem-derive-type number-low number-high
1705                                               divisor-low divisor-high))))
1706         *universal-type*)))
1707
1708 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1709 (progn
1710
1711 (defun rem-result-type (number-type divisor-type)
1712   ;; Figure out what the remainder type is. The remainder is an
1713   ;; integer if both args are integers; a rational if both args are
1714   ;; rational; and a float otherwise.
1715   (cond ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'integer))
1716               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'integer)))
1717          'integer)
1718         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'rational))
1719               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1720          'rational)
1721         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1722               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float)))
1723          ;; Both are floats so the result is also a float, of
1724          ;; the largest type.
1725          (or (float-format-max (numeric-type-format number-type)
1726                                (numeric-type-format divisor-type))
1727              'float))
1728         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1729               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1730          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1731          ;; rational. The remainder is a float of the same
1732          ;; type.
1733          (or (numeric-type-format number-type) 'float))
1734         ((and (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float))
1735               (csubtypep number-type (specifier-type 'rational)))
1736          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1737          ;; rational. The remainder is a float of the same
1738          ;; type.
1739          (or (numeric-type-format divisor-type) 'float))
1740         (t
1741          ;; Some unhandled combination. This usually means both args
1742          ;; are REAL so the result is a REAL.
1743          'real)))
1744
1745 (defun truncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1746   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1747          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1748          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type)))
1749     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1750     ;; We have real numbers now.
1751     (cond ((eq rem-type 'integer)
1752            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1753            ;; INTEGERs.
1754            (let* ((res (integer-truncate-derive-type
1755                         (interval-low number-interval)
1756                         (interval-high number-interval)
1757                         (interval-low divisor-interval)
1758                         (interval-high divisor-interval))))
1759              (specifier-type (if (listp res) res 'integer))))
1760           (t
1761            (let ((quot (truncate-quotient-bound
1762                         (interval-div number-interval
1763                                       divisor-interval))))
1764              (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1765                                        ,(or (interval-high quot) '*))))))))
1766
1767 (defun truncate-derive-type-rem (number-type divisor-type)
1768   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1769          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1770          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type))
1771          (rem (truncate-rem-bound number-interval divisor-interval)))
1772     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1773     ;; We have real numbers now.
1774     (cond ((eq rem-type 'integer)
1775            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1776            ;; INTEGERs.
1777            (specifier-type `(,rem-type ,(or (interval-low rem) '*)
1778                                        ,(or (interval-high rem) '*))))
1779           (t
1780            (multiple-value-bind (class format)
1781                (ecase rem-type
1782                  (integer
1783                   (values 'integer nil))
1784                  (rational
1785                   (values 'rational nil))
1786                  ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1787                   (values 'float rem-type))
1788                  (float
1789                   (values 'float nil))
1790                  (real
1791                   (values nil nil)))
1792              (when (member rem-type '(float single-float double-float
1793                                             #!+long-float long-float))
1794                (setf rem (interval-func #'(lambda (x)
1795                                             (coerce-for-bound x rem-type))
1796                                         rem)))
1797              (make-numeric-type :class class
1798                                 :format format
1799                                 :low (interval-low rem)
1800                                 :high (interval-high rem)))))))
1801
1802 (defun truncate-derive-type-quot-aux (num div same-arg)
1803   (declare (ignore same-arg))
1804   (if (and (numeric-type-real-p num)
1805            (numeric-type-real-p div))
1806       (truncate-derive-type-quot num div)
1807       *empty-type*))
1808
1809 (defun truncate-derive-type-rem-aux (num div same-arg)
1810   (declare (ignore same-arg))
1811   (if (and (numeric-type-real-p num)
1812            (numeric-type-real-p div))
1813       (truncate-derive-type-rem num div)
1814       *empty-type*))
1815
1816 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1817   (let ((quot (two-arg-derive-type number divisor
1818                                    #'truncate-derive-type-quot-aux #'truncate))
1819         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1820                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1821     (when (and quot rem)
1822       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1823
1824 (defun ftruncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1825   ;; The bounds are the same as for truncate. However, the first
1826   ;; result is a float of some type. We need to determine what that
1827   ;; type is. Basically it's the more contagious of the two types.
1828   (let ((q-type (truncate-derive-type-quot number-type divisor-type))
1829         (res-type (numeric-contagion number-type divisor-type)))
1830     (make-numeric-type :class 'float
1831                        :format (numeric-type-format res-type)
1832                        :low (numeric-type-low q-type)
1833                        :high (numeric-type-high q-type))))
1834
1835 (defun ftruncate-derive-type-quot-aux (n d same-arg)
1836   (declare (ignore same-arg))
1837   (if (and (numeric-type-real-p n)
1838            (numeric-type-real-p d))
1839       (ftruncate-derive-type-quot n d)
1840       *empty-type*))
1841
1842 (defoptimizer (ftruncate derive-type) ((number divisor))
1843   (let ((quot
1844          (two-arg-derive-type number divisor
1845                               #'ftruncate-derive-type-quot-aux #'ftruncate))
1846         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1847                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1848     (when (and quot rem)
1849       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1850
1851 (defun %unary-truncate-derive-type-aux (number)
1852   (truncate-derive-type-quot number (specifier-type '(integer 1 1))))
1853
1854 (defoptimizer (%unary-truncate derive-type) ((number))
1855   (one-arg-derive-type number
1856                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1857                        #'%unary-truncate))
1858
1859 (defoptimizer (%unary-truncate/single-float derive-type) ((number))
1860   (one-arg-derive-type number
1861                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1862                        #'%unary-truncate))
1863
1864 (defoptimizer (%unary-truncate/double-float derive-type) ((number))
1865   (one-arg-derive-type number
1866                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1867                        #'%unary-truncate))
1868
1869 (defoptimizer (%unary-ftruncate derive-type) ((number))
1870   (let ((divisor (specifier-type '(integer 1 1))))
1871     (one-arg-derive-type number
1872                          #'(lambda (n)
1873                              (ftruncate-derive-type-quot-aux n divisor nil))
1874                          #'%unary-ftruncate)))
1875
1876 (defoptimizer (%unary-round derive-type) ((number))
1877   (one-arg-derive-type number
1878                        (lambda (n)
1879                          (block nil
1880                            (unless (numeric-type-real-p n)
1881                              (return *empty-type*))
1882                            (let* ((interval (numeric-type->interval n))
1883                                   (low      (interval-low interval))
1884                                   (high     (interval-high interval)))
1885                              (when (consp low)
1886                                (setf low (car low)))
1887                              (when (consp high)
1888                                (setf high (car high)))
1889                              (specifier-type
1890                               `(integer ,(if low
1891                                              (round low)
1892                                              '*)
1893                                         ,(if high
1894                                              (round high)
1895                                              '*))))))
1896                        #'%unary-round))
1897
1898 ;;; Define optimizers for FLOOR and CEILING.
1899 (macrolet
1900     ((def (name q-name r-name)
1901        (let ((q-aux (symbolicate q-name "-AUX"))
1902              (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1903          `(progn
1904            ;; Compute type of quotient (first) result.
1905            (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1906              (let* ((number-interval
1907                      (numeric-type->interval number-type))
1908                     (divisor-interval
1909                      (numeric-type->interval divisor-type))
1910                     (quot (,q-name (interval-div number-interval
1911                                                  divisor-interval))))
1912                (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1913                                          ,(or (interval-high quot) '*)))))
1914            ;; Compute type of remainder.
1915            (defun ,r-aux (number-type divisor-type)
1916              (let* ((divisor-interval
1917                      (numeric-type->interval divisor-type))
1918                     (rem (,r-name divisor-interval))
1919                     (result-type (rem-result-type number-type divisor-type)))
1920                (multiple-value-bind (class format)
1921                    (ecase result-type
1922                      (integer
1923                       (values 'integer nil))
1924                      (rational
1925                       (values 'rational nil))
1926                      ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1927                       (values 'float result-type))
1928                      (float
1929                       (values 'float nil))
1930                      (real
1931                       (values nil nil)))
1932                  (when (member result-type '(float single-float double-float
1933                                              #!+long-float long-float))
1934                    ;; Make sure that the limits on the interval have
1935                    ;; the right type.
1936                    (setf rem (interval-func (lambda (x)
1937                                               (coerce-for-bound x result-type))
1938                                             rem)))
1939                  (make-numeric-type :class class
1940                                     :format format
1941                                     :low (interval-low rem)
1942                                     :high (interval-high rem)))))
1943            ;; the optimizer itself
1944            (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1945              (flet ((derive-q (n d same-arg)
1946                       (declare (ignore same-arg))
1947                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1948                                (numeric-type-real-p d))
1949                           (,q-aux n d)
1950                           *empty-type*))
1951                     (derive-r (n d same-arg)
1952                       (declare (ignore same-arg))
1953                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1954                                (numeric-type-real-p d))
1955                           (,r-aux n d)
1956                           *empty-type*)))
1957                (let ((quot (two-arg-derive-type
1958                             number divisor #'derive-q #',name))
1959                      (rem (two-arg-derive-type
1960                            number divisor #'derive-r #'mod)))
1961                  (when (and quot rem)
1962                    (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1963
1964   (def floor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1965   (def ceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1966
1967 ;;; Define optimizers for FFLOOR and FCEILING
1968 (macrolet ((def (name q-name r-name)
1969              (let ((q-aux (symbolicate "F" q-name "-AUX"))
1970                    (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1971                `(progn
1972                   ;; Compute type of quotient (first) result.
1973                   (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1974                     (let* ((number-interval
1975                             (numeric-type->interval number-type))
1976                            (divisor-interval
1977                             (numeric-type->interval divisor-type))
1978                            (quot (,q-name (interval-div number-interval
1979                                                         divisor-interval)))
1980                            (res-type (numeric-contagion number-type
1981                                                         divisor-type)))
1982                       (make-numeric-type
1983                        :class (numeric-type-class res-type)
1984                        :format (numeric-type-format res-type)
1985                        :low  (interval-low quot)
1986                        :high (interval-high quot))))
1987
1988                   (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1989                     (flet ((derive-q (n d same-arg)
1990                              (declare (ignore same-arg))
1991                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1992                                       (numeric-type-real-p d))
1993                                  (,q-aux n d)
1994                                  *empty-type*))
1995                            (derive-r (n d same-arg)
1996                              (declare (ignore same-arg))
1997                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1998                                       (numeric-type-real-p d))
1999                                  (,r-aux n d)
2000                                  *empty-type*)))
2001                       (let ((quot (two-arg-derive-type
2002                                    number divisor #'derive-q #',name))
2003                             (rem (two-arg-derive-type
2004                                   number divisor #'derive-r #'mod)))
2005                         (when (and quot rem)
2006                           (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
2007
2008   (def ffloor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
2009   (def fceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
2010
2011 ;;; functions to compute the bounds on the quotient and remainder for
2012 ;;; the FLOOR function
2013 (defun floor-quotient-bound (quot)
2014   ;; Take the floor of the quotient and then massage it into what we
2015   ;; need.
2016   (let ((lo (interval-low quot))
2017         (hi (interval-high quot)))
2018     ;; Take the floor of the lower bound. The result is always a
2019     ;; closed lower bound.
2020     (setf lo (if lo
2021                  (floor (type-bound-number lo))
2022                  nil))
2023     ;; For the upper bound, we need to be careful.
2024     (setf hi
2025           (cond ((consp hi)
2026                  ;; An open bound. We need to be careful here because
2027                  ;; the floor of '(10.0) is 9, but the floor of
2028                  ;; 10.0 is 10.
2029                  (multiple-value-bind (q r) (floor (first hi))
2030                    (if (zerop r)
2031                        (1- q)
2032                        q)))
2033                 (hi
2034                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
2035                  (floor hi))
2036                 (t
2037                  hi)))
2038     (make-interval :low lo :high hi)))
2039 (defun floor-rem-bound (div)
2040   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
2041   ;; correct sign for the remainder if we can.
2042   (case (interval-range-info div)
2043     (+
2044      ;; The divisor is always positive.
2045      (let ((rem (interval-abs div)))
2046        (setf (interval-low rem) 0)
2047        (when (and (numberp (interval-high rem))
2048                   (not (zerop (interval-high rem))))
2049          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
2050          ;; watch out for the case where the high limit is zero!
2051          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
2052        rem))
2053     (-
2054      ;; The divisor is always negative.
2055      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
2056        (setf (interval-high rem) 0)
2057        (when (numberp (interval-low rem))
2058          ;; The remainder never contains the lower bound.
2059          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
2060        rem))
2061     (otherwise
2062      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
2063      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
2064      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
2065        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
2066        (make-interval :low (if limit
2067                                (list (- limit))
2068                                limit)
2069                       :high (list limit))))))
2070 #| Test cases
2071 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2072 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2073 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2074 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2075 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2076 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2077 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2078 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 9)
2079 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2080 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2081 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2082 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2083 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2084 => #S(INTERVAL :LOW -2 :HIGH 10)
2085 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2086 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2087 (floor-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2088 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2089
2090 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2091 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2092 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2093 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2094 (floor-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2095 #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2096 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2097 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10))
2098 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2099 => #S(INTERVAL :LOW '(-10.3) :HIGH '(10.3))
2100 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2101 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2102 |#
2103 \f
2104 ;;; same functions for CEILING
2105 (defun ceiling-quotient-bound (quot)
2106   ;; Take the ceiling of the quotient and then massage it into what we
2107   ;; need.
2108   (let ((lo (interval-low quot))
2109         (hi (interval-high quot)))
2110     ;; Take the ceiling of the upper bound. The result is always a
2111     ;; closed upper bound.
2112     (setf hi (if hi
2113                  (ceiling (type-bound-number hi))
2114                  nil))
2115     ;; For the lower bound, we need to be careful.
2116     (setf lo
2117           (cond ((consp lo)
2118                  ;; An open bound. We need to be careful here because
2119                  ;; the ceiling of '(10.0) is 11, but the ceiling of
2120                  ;; 10.0 is 10.
2121                  (multiple-value-bind (q r) (ceiling (first lo))
2122                    (if (zerop r)
2123                        (1+ q)
2124                        q)))
2125                 (lo
2126                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
2127                  (ceiling lo))
2128                 (t
2129                  lo)))
2130     (make-interval :low lo :high hi)))
2131 (defun ceiling-rem-bound (div)
2132   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
2133   ;; correct sign for the remainder if we can.
2134   (case (interval-range-info div)
2135     (+
2136      ;; Divisor is always positive. The remainder is negative.
2137      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
2138        (setf (interval-high rem) 0)
2139        (when (and (numberp (interval-low rem))
2140                   (not (zerop (interval-low rem))))
2141          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
2142          ;; watch out for the case when the upper bound is zero!
2143          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
2144        rem))
2145     (-
2146      ;; Divisor is always negative. The remainder is positive
2147      (let ((rem (interval-abs div)))
2148        (setf (interval-low rem) 0)
2149        (when (numberp (interval-high rem))
2150          ;; The remainder never contains the lower bound.
2151          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
2152        rem))
2153     (otherwise
2154      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
2155      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
2156      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
2157        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
2158        (make-interval :low (if limit
2159                                (list (- limit))
2160                                limit)
2161                       :high (list limit))))))
2162
2163 #| Test cases
2164 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2165 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2166 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2167 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2168 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2169 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2170 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2171 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2172 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2173 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2174 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2175 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2176 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2177 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2178 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2179 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 11)
2180 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2181 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2182
2183 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2184 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH 0)
2185 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2186 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2187 (ceiling-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2188 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH (10))
2189 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2190 => #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2191 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2192 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH (10.3))
2193 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2194 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2195 |#
2196 \f
2197 (defun truncate-quotient-bound (quot)
2198   ;; For positive quotients, truncate is exactly like floor. For
2199   ;; negative quotients, truncate is exactly like ceiling. Otherwise,
2200   ;; it's the union of the two pieces.
2201   (case (interval-range-info quot)
2202     (+
2203      ;; just like FLOOR
2204      (floor-quotient-bound quot))
2205     (-
2206      ;; just like CEILING
2207      (ceiling-quotient-bound quot))
2208     (otherwise
2209      ;; Split the interval into positive and negative pieces, compute
2210      ;; the result for each piece and put them back together.
2211      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 quot t t)
2212        (interval-merge-pair (ceiling-quotient-bound neg)
2213                             (floor-quotient-bound pos))))))
2214
2215 (defun truncate-rem-bound (num div)
2216   ;; This is significantly more complicated than FLOOR or CEILING. We
2217   ;; need both the number and the divisor to determine the range. The
2218   ;; basic idea is to split the ranges of NUM and DEN into positive
2219   ;; and negative pieces and deal with each of the four possibilities
2220   ;; in turn.
2221   (case (interval-range-info num)
2222     (+
2223      (case (interval-range-info div)
2224        (+
2225         (floor-rem-bound div))
2226        (-
2227         (ceiling-rem-bound div))
2228        (otherwise
2229         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2230           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2231                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2232     (-
2233      (case (interval-range-info div)
2234        (+
2235         (ceiling-rem-bound div))
2236        (-
2237         (floor-rem-bound div))
2238        (otherwise
2239         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2240           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2241                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2242     (otherwise
2243      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 num t t)
2244        (interval-merge-pair (truncate-rem-bound neg div)
2245                             (truncate-rem-bound pos div))))))
2246 ) ; PROGN
2247
2248 ;;; Derive useful information about the range. Returns three values:
2249 ;;; - '+ if its positive, '- negative, or nil if it overlaps 0.
2250 ;;; - The abs of the minimal value (i.e. closest to 0) in the range.
2251 ;;; - The abs of the maximal value if there is one, or nil if it is
2252 ;;;   unbounded.
2253 (defun numeric-range-info (low high)
2254   (cond ((and low (not (minusp low)))
2255          (values '+ low high))
2256         ((and high (not (plusp high)))
2257          (values '- (- high) (if low (- low) nil)))
2258         (t
2259          (values nil 0 (and low high (max (- low) high))))))
2260
2261 (defun integer-truncate-derive-type
2262        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2263   ;; The result cannot be larger in magnitude than the number, but the
2264   ;; sign might change. If we can determine the sign of either the
2265   ;; number or the divisor, we can eliminate some of the cases.
2266   (multiple-value-bind (number-sign number-min number-max)
2267       (numeric-range-info number-low number-high)
2268     (multiple-value-bind (divisor-sign divisor-min divisor-max)
2269         (numeric-range-info divisor-low divisor-high)
2270       (when (and divisor-max (zerop divisor-max))
2271         ;; We've got a problem: guaranteed division by zero.
2272         (return-from integer-truncate-derive-type t))
2273       (when (zerop divisor-min)
2274         ;; We'll assume that they aren't going to divide by zero.
2275         (incf divisor-min))
2276       (cond ((and number-sign divisor-sign)
2277              ;; We know the sign of both.
2278              (if (eq number-sign divisor-sign)
2279                  ;; Same sign, so the result will be positive.
2280                  `(integer ,(if divisor-max
2281                                 (truncate number-min divisor-max)
2282                                 0)
2283                            ,(if number-max
2284                                 (truncate number-max divisor-min)
2285                                 '*))
2286                  ;; Different signs, the result will be negative.
2287                  `(integer ,(if number-max
2288                                 (- (truncate number-max divisor-min))
2289                                 '*)
2290                            ,(if divisor-max
2291                                 (- (truncate number-min divisor-max))
2292                                 0))))
2293             ((eq divisor-sign '+)
2294              ;; The divisor is positive. Therefore, the number will just
2295              ;; become closer to zero.
2296              `(integer ,(if number-low
2297                             (truncate number-low divisor-min)
2298                             '*)
2299                        ,(if number-high
2300                             (truncate number-high divisor-min)
2301                             '*)))
2302             ((eq divisor-sign '-)
2303              ;; The divisor is negative. Therefore, the absolute value of
2304              ;; the number will become closer to zero, but the sign will also
2305              ;; change.
2306              `(integer ,(if number-high
2307                             (- (truncate number-high divisor-min))
2308                             '*)
2309                        ,(if number-low
2310                             (- (truncate number-low divisor-min))
2311                             '*)))
2312             ;; The divisor could be either positive or negative.
2313             (number-max
2314              ;; The number we are dividing has a bound. Divide that by the
2315              ;; smallest posible divisor.
2316              (let ((bound (truncate number-max divisor-min)))
2317                `(integer ,(- bound) ,bound)))
2318             (t
2319              ;; The number we are dividing is unbounded, so we can't tell
2320              ;; anything about the result.
2321              `integer)))))
2322
2323 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2324 (defun integer-rem-derive-type
2325        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2326   (if (and divisor-low divisor-high)
2327       ;; We know the range of the divisor, and the remainder must be
2328       ;; smaller than the divisor. We can tell the sign of the
2329       ;; remainder if we know the sign of the number.
2330       (let ((divisor-max (1- (max (abs divisor-low) (abs divisor-high)))))
2331         `(integer ,(if (or (null number-low)
2332                            (minusp number-low))
2333                        (- divisor-max)
2334                        0)
2335                   ,(if (or (null number-high)
2336                            (plusp number-high))
2337                        divisor-max
2338                        0)))
2339       ;; The divisor is potentially either very positive or very
2340       ;; negative. Therefore, the remainder is unbounded, but we might
2341       ;; be able to tell something about the sign from the number.
2342       `(integer ,(if (and number-low (not (minusp number-low)))
2343                      ;; The number we are dividing is positive.
2344                      ;; Therefore, the remainder must be positive.
2345                      0
2346                      '*)
2347                 ,(if (and number-high (not (plusp number-high)))
2348                      ;; The number we are dividing is negative.
2349                      ;; Therefore, the remainder must be negative.
2350                      0
2351                      '*))))
2352
2353 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2354 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2355   (let ((type (lvar-type bound)))
2356     (when (numeric-type-p type)
2357       (let ((class (numeric-type-class type))
2358             (high (numeric-type-high type))
2359             (format (numeric-type-format type)))
2360         (make-numeric-type
2361          :class class
2362          :format format
2363          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2364          :high (cond ((not high) nil)
2365                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2366                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2367                      (t `(,high))))))))
2368
2369 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2370 (defun random-derive-type-aux (type)
2371   (let ((class (numeric-type-class type))
2372         (high (numeric-type-high type))
2373         (format (numeric-type-format type)))
2374     (make-numeric-type
2375          :class class
2376          :format format
2377          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2378          :high (cond ((not high) nil)
2379                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2380                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2381                      (t `(,high))))))
2382
2383 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2384 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2385   (one-arg-derive-type bound #'random-derive-type-aux nil))
2386 \f
2387 ;;;; DERIVE-TYPE methods for LOGAND, LOGIOR, and friends
2388
2389 ;;; Return the maximum number of bits an integer of the supplied type
2390 ;;; can take up, or NIL if it is unbounded. The second (third) value
2391 ;;; is T if the integer can be positive (negative) and NIL if not.
2392 ;;; Zero counts as positive.
2393 (defun integer-type-length (type)
2394   (if (numeric-type-p type)
2395       (let ((min (numeric-type-low type))
2396             (max (numeric-type-high type)))
2397         (values (and min max (max (integer-length min) (integer-length max)))
2398                 (or (null max) (not (minusp max)))
2399                 (or (null min) (minusp min))))
2400       (values nil t t)))
2401
2402 ;;; See _Hacker's Delight_, Henry S. Warren, Jr. pp 58-63 for an
2403 ;;; explanation of LOG{AND,IOR,XOR}-DERIVE-UNSIGNED-{LOW,HIGH}-BOUND.
2404 ;;; Credit also goes to Raymond Toy for writing (and debugging!) similar
2405 ;;; versions in CMUCL, from which these functions copy liberally.
2406
2407 (defun logand-derive-unsigned-low-bound (x y)
2408   (let ((a (numeric-type-low x))
2409         (b (numeric-type-high x))
2410         (c (numeric-type-low y))
2411         (d (numeric-type-high y)))
2412     (loop for m = (ash 1 (integer-length (lognor a c))) then (ash m -1)
2413           until (zerop m) do
2414           (unless (zerop (logand m (lognot a) (lognot c)))
2415             (let ((temp (logandc2 (logior a m) (1- m))))
2416               (when (<= temp b)
2417                 (setf a temp)
2418                 (loop-finish))
2419               (setf temp (logandc2 (logior c m) (1- m)))
2420               (when (<= temp d)
2421                 (setf c temp)
2422                 (loop-finish))))
2423           finally (return (logand a c)))))
2424
2425 (defun logand-derive-unsigned-high-bound (x y)
2426   (let ((a (numeric-type-low x))
2427         (b (numeric-type-high x))
2428         (c (numeric-type-low y))
2429         (d (numeric-type-high y)))
2430     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor b d))) then (ash m -1)
2431           until (zerop m) do
2432           (cond
2433             ((not (zerop (logand b (lognot d) m)))
2434              (let ((temp (logior (logandc2 b m) (1- m))))
2435                (when (>= temp a)
2436                  (setf b temp)
2437                  (loop-finish))))
2438             ((not (zerop (logand (lognot b) d m)))
2439              (let ((temp (logior (logandc2 d m) (1- m))))
2440                (when (>= temp c)
2441                  (setf d temp)
2442                  (loop-finish)))))
2443           finally (return (logand b d)))))
2444
2445 (defun logand-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2446   (when same-leaf
2447     (return-from logand-derive-type-aux x))
2448   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2449     (declare (ignore x-pos))
2450     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2451       (declare (ignore y-pos))
2452       (if (not x-neg)
2453           ;; X must be positive.
2454           (if (not y-neg)
2455               ;; They must both be positive.
2456               (cond ((and (null x-len) (null y-len))
2457                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2458                     ((null x-len)
2459                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len)))
2460                     ((null y-len)
2461                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))
2462                     (t
2463                      (let ((low (logand-derive-unsigned-low-bound x y))
2464                            (high (logand-derive-unsigned-high-bound x y)))
2465                        (specifier-type `(integer ,low ,high)))))
2466               ;; X is positive, but Y might be negative.
2467               (cond ((null x-len)
2468                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2469                     (t
2470                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))))
2471           ;; X might be negative.
2472           (if (not y-neg)
2473               ;; Y must be positive.
2474               (cond ((null y-len)
2475                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2476                     (t (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len))))
2477               ;; Either might be negative.
2478               (if (and x-len y-len)
2479                   ;; The result is bounded.
2480                   (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2481                   ;; We can't tell squat about the result.
2482                   (specifier-type 'integer)))))))
2483
2484 (defun logior-derive-unsigned-low-bound (x y)
2485   (let ((a (numeric-type-low x))
2486         (b (numeric-type-high x))
2487         (c (numeric-type-low y))
2488         (d (numeric-type-high y)))
2489     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2490           until (zerop m) do
2491           (cond
2492             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2493              (let ((temp (logand (logior a m) (1+ (lognot m)))))
2494                (when (<= temp b)
2495                  (setf a temp)
2496                  (loop-finish))))
2497             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2498              (let ((temp (logand (logior c m) (1+ (lognot m)))))
2499                (when (<= temp d)
2500                  (setf c temp)
2501                  (loop-finish)))))
2502           finally (return (logior a c)))))
2503
2504 (defun logior-derive-unsigned-high-bound (x y)
2505   (let ((a (numeric-type-low x))
2506         (b (numeric-type-high x))
2507         (c (numeric-type-low y))
2508         (d (numeric-type-high y)))
2509     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2510           until (zerop m) do
2511           (unless (zerop (logand b d m))
2512             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2513               (when (>= temp a)
2514                 (setf b temp)
2515                 (loop-finish))
2516               (setf temp (logior (- d m) (1- m)))
2517               (when (>= temp c)
2518                 (setf d temp)
2519                 (loop-finish))))
2520           finally (return (logior b d)))))
2521
2522 (defun logior-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2523   (when same-leaf
2524     (return-from logior-derive-type-aux x))
2525   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2526     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2527       (cond
2528        ((and (not x-neg) (not y-neg))
2529         ;; Both are positive.
2530         (if (and x-len y-len)
2531             (let ((low (logior-derive-unsigned-low-bound x y))
2532                   (high (logior-derive-unsigned-high-bound x y)))
2533               (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2534             (specifier-type `(unsigned-byte* *))))
2535        ((not x-pos)
2536         ;; X must be negative.
2537         (if (not y-pos)
2538             ;; Both are negative. The result is going to be negative
2539             ;; and be the same length or shorter than the smaller.
2540             (if (and x-len y-len)
2541                 ;; It's bounded.
2542                 (specifier-type `(integer ,(ash -1 (min x-len y-len)) -1))
2543                 ;; It's unbounded.
2544                 (specifier-type '(integer * -1)))
2545             ;; X is negative, but we don't know about Y. The result
2546             ;; will be negative, but no more negative than X.
2547             (specifier-type
2548              `(integer ,(or (numeric-type-low x) '*)
2549                        -1))))
2550        (t
2551         ;; X might be either positive or negative.
2552         (if (not y-pos)
2553             ;; But Y is negative. The result will be negative.
2554             (specifier-type
2555              `(integer ,(or (numeric-type-low y) '*)
2556                        -1))
2557             ;; We don't know squat about either. It won't get any bigger.
2558             (if (and x-len y-len)
2559                 ;; Bounded.
2560                 (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2561                 ;; Unbounded.
2562                 (specifier-type 'integer))))))))
2563
2564 (defun logxor-derive-unsigned-low-bound (x y)
2565   (let ((a (numeric-type-low x))
2566         (b (numeric-type-high x))
2567         (c (numeric-type-low y))
2568         (d (numeric-type-high y)))
2569     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2570           until (zerop m) do
2571           (cond
2572             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2573              (let ((temp (logand (logior a m)
2574                                  (1+ (lognot m)))))
2575                (when (<= temp b)
2576                  (setf a temp))))
2577             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2578              (let ((temp (logand (logior c m)
2579                                  (1+ (lognot m)))))
2580                (when (<= temp d)
2581                  (setf c temp)))))
2582           finally (return (logxor a c)))))
2583
2584 (defun logxor-derive-unsigned-high-bound (x y)
2585   (let ((a (numeric-type-low x))
2586         (b (numeric-type-high x))
2587         (c (numeric-type-low y))
2588         (d (numeric-type-high y)))
2589     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2590           until (zerop m) do
2591           (unless (zerop (logand b d m))
2592             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2593               (cond
2594                 ((>= temp a) (setf b temp))
2595                 (t (let ((temp (logior (- d m) (1- m))))
2596                      (when (>= temp c)
2597                        (setf d temp)))))))
2598           finally (return (logxor b d)))))
2599
2600 (defun logxor-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2601   (when same-leaf
2602     (return-from logxor-derive-type-aux (specifier-type '(eql 0))))
2603   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2604     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2605       (cond
2606         ((and (not x-neg) (not y-neg))
2607          ;; Both are positive
2608          (if (and x-len y-len)
2609              (let ((low (logxor-derive-unsigned-low-bound x y))
2610                    (high (logxor-derive-unsigned-high-bound x y)))
2611                (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2612              (specifier-type '(unsigned-byte* *))))
2613         ((and (not x-pos) (not y-pos))
2614          ;; Both are negative.  The result will be positive, and as long
2615          ;; as the longer.
2616          (specifier-type `(unsigned-byte* ,(if (and x-len y-len)
2617                                                (max x-len y-len)
2618                                                '*))))
2619         ((or (and (not x-pos) (not y-neg))
2620              (and (not y-pos) (not x-neg)))
2621          ;; Either X is negative and Y is positive or vice-versa. The
2622          ;; result will be negative.
2623          (specifier-type `(integer ,(if (and x-len y-len)
2624                                         (ash -1 (max x-len y-len))
2625                                         '*)
2626                            -1)))
2627         ;; We can't tell what the sign of the result is going to be.
2628         ;; All we know is that we don't create new bits.
2629         ((and x-len y-len)
2630          (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len)))))
2631         (t
2632          (specifier-type 'integer))))))
2633
2634 (macrolet ((deffrob (logfun)
2635              (let ((fun-aux (symbolicate logfun "-DERIVE-TYPE-AUX")))
2636              `(defoptimizer (,logfun derive-type) ((x y))
2637                 (two-arg-derive-type x y #',fun-aux #',logfun)))))
2638   (deffrob logand)
2639   (deffrob logior)
2640   (deffrob logxor))
2641
2642 (defoptimizer (logeqv derive-type) ((x y))
2643   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2644                              (lognot-derive-type-aux
2645                               (logxor-derive-type-aux x y same-leaf)))
2646                        #'logeqv))
2647 (defoptimizer (lognand derive-type) ((x y))
2648   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2649                              (lognot-derive-type-aux
2650                               (logand-derive-type-aux x y same-leaf)))
2651                        #'lognand))
2652 (defoptimizer (lognor derive-type) ((x y))
2653   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2654                              (lognot-derive-type-aux
2655                               (logior-derive-type-aux x y same-leaf)))
2656                        #'lognor))
2657 (defoptimizer (logandc1 derive-type) ((x y))
2658   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2659                              (if same-leaf
2660                                  (specifier-type '(eql 0))
2661                                  (logand-derive-type-aux
2662                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2663                        #'logandc1))
2664 (defoptimizer (logandc2 derive-type) ((x y))
2665   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2666                              (if same-leaf
2667                                  (specifier-type '(eql 0))
2668                                  (logand-derive-type-aux
2669                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2670                        #'logandc2))
2671 (defoptimizer (logorc1 derive-type) ((x y))
2672   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2673                              (if same-leaf
2674                                  (specifier-type '(eql -1))
2675                                  (logior-derive-type-aux
2676                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2677                        #'logorc1))
2678 (defoptimizer (logorc2 derive-type) ((x y))
2679   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2680                              (if same-leaf
2681                                  (specifier-type '(eql -1))
2682                                  (logior-derive-type-aux
2683                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2684                        #'logorc2))
2685 \f
2686 ;;;; miscellaneous derive-type methods
2687
2688 (defoptimizer (integer-length derive-type) ((x))
2689   (let ((x-type (lvar-type x)))
2690     (when (numeric-type-p x-type)
2691       ;; If the X is of type (INTEGER LO HI), then the INTEGER-LENGTH
2692       ;; of X is (INTEGER (MIN lo hi) (MAX lo hi), basically.  Be
2693       ;; careful about LO or HI being NIL, though.  Also, if 0 is
2694       ;; contained in X, the lower bound is obviously 0.
2695       (flet ((null-or-min (a b)
2696                (and a b (min (integer-length a)
2697                              (integer-length b))))
2698              (null-or-max (a b)
2699                (and a b (max (integer-length a)
2700                              (integer-length b)))))
2701         (let* ((min (numeric-type-low x-type))
2702                (max (numeric-type-high x-type))
2703                (min-len (null-or-min min max))
2704                (max-len (null-or-max min max)))
2705           (when (ctypep 0 x-type)
2706             (setf min-len 0))
2707           (specifier-type `(integer ,(or min-len '*) ,(or max-len '*))))))))
2708
2709 (defoptimizer (isqrt derive-type) ((x))
2710   (let ((x-type (lvar-type x)))
2711     (when (numeric-type-p x-type)
2712       (let* ((lo (numeric-type-low x-type))
2713              (hi (numeric-type-high x-type))
2714              (lo-res (if lo (isqrt lo) '*))
2715              (hi-res (if hi (isqrt hi) '*)))
2716         (specifier-type `(integer ,lo-res ,hi-res))))))
2717
2718 (defoptimizer (char-code derive-type) ((char))
2719   (let ((type (type-intersection (lvar-type char) (specifier-type 'character))))
2720     (cond ((member-type-p type)
2721            (specifier-type
2722             `(member
2723               ,@(loop for member in (member-type-members type)
2724                       when (characterp member)
2725                       collect (char-code member)))))
2726           ((sb!kernel::character-set-type-p type)
2727            (specifier-type
2728             `(or
2729               ,@(loop for (low . high)
2730                       in (character-set-type-pairs type)
2731                       collect `(integer ,low ,high)))))
2732           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2733            (specifier-type
2734             `(mod ,base-char-code-limit)))
2735           (t
2736            (specifier-type
2737             `(mod ,char-code-limit))))))
2738
2739 (defoptimizer (code-char derive-type) ((code))
2740   (let ((type (lvar-type code)))
2741     ;; FIXME: unions of integral ranges?  It ought to be easier to do
2742     ;; this, given that CHARACTER-SET is basically an integral range
2743     ;; type.  -- CSR, 2004-10-04
2744     (when (numeric-type-p type)
2745       (let* ((lo (numeric-type-low type))
2746              (hi (numeric-type-high type))
2747              (type (specifier-type `(character-set ((,lo . ,hi))))))
2748         (cond
2749           ;; KLUDGE: when running on the host, we lose a slight amount
2750           ;; of precision so that we don't have to "unparse" types
2751           ;; that formally we can't, such as (CHARACTER-SET ((0
2752           ;; . 0))).  -- CSR, 2004-10-06
2753           #+sb-xc-host
2754           ((csubtypep type (specifier-type 'standard-char)) type)
2755           #+sb-xc-host
2756           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2757            (specifier-type 'base-char))
2758           #+sb-xc-host
2759           ((csubtypep type (specifier-type 'extended-char))
2760            (specifier-type 'extended-char))
2761           (t #+sb-xc-host (specifier-type 'character)
2762              #-sb-xc-host type))))))
2763
2764 (defoptimizer (values derive-type) ((&rest values))
2765   (make-values-type :required (mapcar #'lvar-type values)))
2766
2767 (defun signum-derive-type-aux (type)
2768   (if (eq (numeric-type-complexp type) :complex)
2769       (let* ((format (case (numeric-type-class type)
2770                           ((integer rational) 'single-float)
2771                           (t (numeric-type-format type))))
2772                 (bound-format (or format 'float)))
2773            (make-numeric-type :class 'float
2774                               :format format
2775                               :complexp :complex
2776                               :low (coerce -1 bound-format)
2777                               :high (coerce 1 bound-format)))
2778       (let* ((interval (numeric-type->interval type))
2779              (range-info (interval-range-info interval))
2780              (contains-0-p (interval-contains-p 0 interval))
2781              (class (numeric-type-class type))
2782              (format (numeric-type-format type))
2783              (one (coerce 1 (or format class 'real)))
2784              (zero (coerce 0 (or format class 'real)))
2785              (minus-one (coerce -1 (or format class 'real)))
2786              (plus (make-numeric-type :class class :format format
2787                                       :low one :high one))
2788              (minus (make-numeric-type :class class :format format
2789                                        :low minus-one :high minus-one))
2790              ;; KLUDGE: here we have a fairly horrible hack to deal
2791              ;; with the schizophrenia in the type derivation engine.
2792              ;; The problem is that the type derivers reinterpret
2793              ;; numeric types as being exact; so (DOUBLE-FLOAT 0d0
2794              ;; 0d0) within the derivation mechanism doesn't include
2795              ;; -0d0.  Ugh.  So force it in here, instead.
2796              (zero (make-numeric-type :class class :format format
2797                                       :low (- zero) :high zero)))
2798         (case range-info
2799           (+ (if contains-0-p (type-union plus zero) plus))
2800           (- (if contains-0-p (type-union minus zero) minus))
2801           (t (type-union minus zero plus))))))
2802
2803 (defoptimizer (signum derive-type) ((num))
2804   (one-arg-derive-type num #'signum-derive-type-aux nil))
2805 \f
2806 ;;;; byte operations
2807 ;;;;
2808 ;;;; We try to turn byte operations into simple logical operations.
2809 ;;;; First, we convert byte specifiers into separate size and position
2810 ;;;; arguments passed to internal %FOO functions. We then attempt to
2811 ;;;; transform the %FOO functions into boolean operations when the
2812 ;;;; size and position are constant and the operands are fixnums.
2813
2814 (macrolet (;; Evaluate body with SIZE-VAR and POS-VAR bound to
2815            ;; expressions that evaluate to the SIZE and POSITION of
2816            ;; the byte-specifier form SPEC. We may wrap a let around
2817            ;; the result of the body to bind some variables.
2818            ;;
2819            ;; If the spec is a BYTE form, then bind the vars to the
2820            ;; subforms. otherwise, evaluate SPEC and use the BYTE-SIZE
2821            ;; and BYTE-POSITION. The goal of this transformation is to
2822            ;; avoid consing up byte specifiers and then immediately
2823            ;; throwing them away.
2824            (with-byte-specifier ((size-var pos-var spec) &body body)
2825              (once-only ((spec `(macroexpand ,spec))
2826                          (temp '(gensym)))
2827                         `(if (and (consp ,spec)
2828                                   (eq (car ,spec) 'byte)
2829                                   (= (length ,spec) 3))
2830                         (let ((,size-var (second ,spec))
2831                               (,pos-var (third ,spec)))
2832                           ,@body)
2833                         (let ((,size-var `(byte-size ,,temp))
2834                               (,pos-var `(byte-position ,,temp)))
2835                           `(let ((,,temp ,,spec))
2836                              ,,@body))))))
2837
2838   (define-source-transform ldb (spec int)
2839     (with-byte-specifier (size pos spec)
2840       `(%ldb ,size ,pos ,int)))
2841
2842   (define-source-transform dpb (newbyte spec int)
2843     (with-byte-specifier (size pos spec)
2844       `(%dpb ,newbyte ,size ,pos ,int)))
2845
2846   (define-source-transform mask-field (spec int)
2847     (with-byte-specifier (size pos spec)
2848       `(%mask-field ,size ,pos ,int)))
2849
2850   (define-source-transform deposit-field (newbyte spec int)
2851     (with-byte-specifier (size pos spec)
2852       `(%deposit-field ,newbyte ,size ,pos ,int))))
2853
2854 (defoptimizer (%ldb derive-type) ((size posn num))
2855   (let ((size (lvar-type size)))
2856     (if (and (numeric-type-p size)
2857              (csubtypep size (specifier-type 'integer)))
2858         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2859           (if (and size-high (<= size-high sb!vm:n-word-bits))
2860               (specifier-type `(unsigned-byte* ,size-high))
2861               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2862         *universal-type*)))
2863
2864 (defoptimizer (%mask-field derive-type) ((size posn num))
2865   (let ((size (lvar-type size))
2866         (posn (lvar-type posn)))
2867     (if (and (numeric-type-p size)
2868              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2869              (numeric-type-p posn)
2870              (csubtypep posn (specifier-type 'integer)))
2871         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2872               (posn-high (numeric-type-high posn)))
2873           (if (and size-high posn-high
2874                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:n-word-bits))
2875               (specifier-type `(unsigned-byte* ,(+ size-high posn-high)))
2876               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2877         *universal-type*)))
2878
2879 (defun %deposit-field-derive-type-aux (size posn int)
2880   (let ((size (lvar-type size))
2881         (posn (lvar-type posn))
2882         (int (lvar-type int)))
2883     (when (and (numeric-type-p size)
2884                (numeric-type-p posn)
2885                (numeric-type-p int))
2886       (let ((size-high (numeric-type-high size))
2887             (posn-high (numeric-type-high posn))
2888             (high (numeric-type-high int))
2889             (low (numeric-type-low int)))
2890         (when (and size-high posn-high high low
2891                    ;; KLUDGE: we need this cutoff here, otherwise we
2892                    ;; will merrily derive the type of %DPB as
2893                    ;; (UNSIGNED-BYTE 1073741822), and then attempt to
2894                    ;; canonicalize this type to (INTEGER 0 (1- (ASH 1
2895                    ;; 1073741822))), with hilarious consequences.  We
2896                    ;; cutoff at 4*SB!VM:N-WORD-BITS to allow inference
2897                    ;; over a reasonable amount of shifting, even on
2898                    ;; the alpha/32 port, where N-WORD-BITS is 32 but
2899                    ;; machine integers are 64-bits.  -- CSR,
2900                    ;; 2003-09-12
2901                    (<= (+ size-high posn-high) (* 4 sb!vm:n-word-bits)))
2902           (let ((raw-bit-count (max (integer-length high)
2903                                     (integer-length low)
2904                                     (+ size-high posn-high))))
2905             (specifier-type
2906              (if (minusp low)
2907                  `(signed-byte ,(1+ raw-bit-count))
2908                  `(unsigned-byte* ,raw-bit-count)))))))))
2909
2910 (defoptimizer (%dpb derive-type) ((newbyte size posn int))
2911   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2912
2913 (defoptimizer (%deposit-field derive-type) ((newbyte size posn int))
2914   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2915
2916 (deftransform %ldb ((size posn int)
2917                     (fixnum fixnum integer)
2918                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2919   "convert to inline logical operations"
2920   `(logand (ash int (- posn))
2921            (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2922                 (- size ,sb!vm:n-word-bits))))
2923
2924 (deftransform %mask-field ((size posn int)
2925                            (fixnum fixnum integer)
2926                            (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2927   "convert to inline logical operations"
2928   `(logand int
2929            (ash (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2930                      (- size ,sb!vm:n-word-bits))
2931                 posn)))
2932
2933 ;;; Note: for %DPB and %DEPOSIT-FIELD, we can't use
2934 ;;;   (OR (SIGNED-BYTE N) (UNSIGNED-BYTE N))
2935 ;;; as the result type, as that would allow result types that cover
2936 ;;; the range -2^(n-1) .. 1-2^n, instead of allowing result types of
2937 ;;; (UNSIGNED-BYTE N) and result types of (SIGNED-BYTE N).
2938
2939 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2940                     *
2941                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2942   "convert to inline logical operations"
2943   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2944      (logior (ash (logand new mask) posn)
2945              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2946
2947 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2948                     *
2949                     (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2950   "convert to inline logical operations"
2951   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2952      (logior (ash (logand new mask) posn)
2953              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2954
2955 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2956                               *
2957                               (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2958   "convert to inline logical operations"
2959   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2960      (logior (logand new mask)
2961              (logand int (lognot mask)))))
2962
2963 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2964                               *
2965                               (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2966   "convert to inline logical operations"
2967   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2968      (logior (logand new mask)
2969              (logand int (lognot mask)))))
2970
2971 (defoptimizer (mask-signed-field derive-type) ((size x))
2972   (let ((size (lvar-type size)))
2973     (if (numeric-type-p size)
2974         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2975           (if (and size-high (<= 1 size-high sb!vm:n-word-bits))
2976               (specifier-type `(signed-byte ,size-high))
2977               *universal-type*))
2978         *universal-type*)))
2979
2980 \f
2981 ;;; Modular functions
2982
2983 ;;; (ldb (byte s 0) (foo                 x  y ...)) =
2984 ;;; (ldb (byte s 0) (foo (ldb (byte s 0) x) y ...))
2985 ;;;
2986 ;;; and similar for other arguments.
2987
2988 (defun make-modular-fun-type-deriver (prototype kind width signedp)
2989   (declare (ignore kind))
2990   #!-sb-fluid
2991   (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
2992              (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
2993              (mask-type (specifier-type
2994                          (ecase signedp
2995                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
2996                                       `(integer ,mask ,mask)))
2997                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
2998     (lambda (call)
2999       (let ((res (funcall fun call)))
3000         (when res
3001           (if (eq signedp nil)
3002               (logand-derive-type-aux res mask-type))))))
3003   #!+sb-fluid
3004   (lambda (call)
3005     (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
3006                (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
3007                (res (funcall fun call) :exit-if-null)
3008                (mask-type (specifier-type
3009                            (ecase signedp
3010                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
3011                                       `(integer ,mask ,mask)))
3012                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
3013       (if (eq signedp nil)
3014           (logand-derive-type-aux res mask-type)))))
3015
3016 ;;; Try to recursively cut all uses of LVAR to WIDTH bits.
3017 ;;;
3018 ;;; For good functions, we just recursively cut arguments; their
3019 ;;; "goodness" means that the result will not increase (in the
3020 ;;; (unsigned-byte +infinity) sense). An ordinary modular function is
3021 ;;; replaced with the version, cutting its result to WIDTH or more
3022 ;;; bits. For most functions (e.g. for +) we cut all arguments; for
3023 ;;; others (e.g. for ASH) we have "optimizers", cutting only necessary
3024 ;;; arguments (maybe to a different width) and returning the name of a
3025 ;;; modular version, if it exists, or NIL. If we have changed
3026 ;;; anything, we need to flush old derived types, because they have
3027 ;;; nothing in common with the new code.
3028 (defun cut-to-width (lvar kind width signedp)
3029   (declare (type lvar lvar) (type (integer 0) width))
3030   (let ((type (specifier-type (if (zerop width)
3031                                   '(eql 0)
3032                                   `(,(ecase signedp
3033                                        ((nil) 'unsigned-byte)
3034                                        ((t) 'signed-byte))
3035                                      ,width)))))
3036     (labels ((reoptimize-node (node name)
3037                (setf (node-derived-type node)
3038                      (fun-type-returns
3039                       (info :function :type name)))
3040                (setf (lvar-%derived-type (node-lvar node)) nil)
3041                (setf (node-reoptimize node) t)
3042                (setf (block-reoptimize (node-block node)) t)
3043                (reoptimize-component (node-component node) :maybe))
3044              (cut-node (node &aux did-something)
3045                (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
3046                           (ref-p node)
3047                           (constant-p (ref-leaf node)))
3048                  (let* ((constant-value (constant-value (ref-leaf node)))
3049                         (new-value (if signedp
3050                                        (mask-signed-field width constant-value)
3051                                        (ldb (byte width 0) constant-value))))
3052                    (unless (= constant-value new-value)
3053                      (change-ref-leaf node (make-constant new-value))
3054                      (setf (lvar-%derived-type (node-lvar node)) (make-values-type :required (list (ctype-of new-value))))
3055                      (setf (block-reoptimize (node-block node)) t)
3056                      (reoptimize-component (node-component node) :maybe)
3057                      (return-from cut-node t))))
3058                (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
3059                           (combination-p node)
3060                           (eq (basic-combination-kind node) :known))
3061                  (let* ((fun-ref (lvar-use (combination-fun node)))
3062                         (fun-name (leaf-source-name (ref-leaf fun-ref)))
3063                         (modular-fun (find-modular-version fun-name kind signedp width)))
3064                    (when (and modular-fun
3065                               (not (and (eq fun-name 'logand)
3066                                         (csubtypep
3067                                          (single-value-type (node-derived-type node))
3068                                          type))))
3069                      (binding* ((name (etypecase modular-fun
3070                                         ((eql :good) fun-name)
3071                                         (modular-fun-info
3072                                          (modular-fun-info-name modular-fun))
3073                                         (function
3074                                          (funcall modular-fun node width)))
3075                                       :exit-if-null))
3076                                (unless (eql modular-fun :good)
3077                                  (setq did-something t)
3078                                  (change-ref-leaf
3079                                   fun-ref
3080                                   (find-free-fun name "in a strange place"))
3081                                  (setf (combination-kind node) :full))
3082                                (unless (functionp modular-fun)
3083                                  (dolist (arg (basic-combination-args node))
3084                                    (when (cut-lvar arg)
3085                                      (setq did-something t))))
3086                                (when did-something
3087                                  (reoptimize-node node name))
3088                                did-something)))))
3089              (cut-lvar (lvar &aux did-something)
3090                (do-uses (node lvar)
3091                  (when (cut-node node)
3092                    (setq did-something t)))
3093                did-something))
3094       (cut-lvar lvar))))
3095
3096 (defun best-modular-version (width signedp)
3097   ;; 1. exact width-matched :untagged
3098   ;; 2. >/>= width-matched :tagged
3099   ;; 3. >/>= width-matched :untagged
3100   (let* ((uuwidths (modular-class-widths *untagged-unsigned-modular-class*))
3101          (uswidths (modular-class-widths *untagged-signed-modular-class*))
3102          (uwidths (merge 'list uuwidths uswidths #'< :key #'car))
3103          (twidths (modular-class-widths *tagged-modular-class*)))
3104     (let ((exact (find (cons width signedp) uwidths :test #'equal)))
3105       (when exact
3106         (return-from best-modular-version (values width :untagged signedp))))
3107     (flet ((inexact-match (w)
3108              (cond
3109                ((eq signedp (cdr w)) (<= width (car w)))
3110                ((eq signedp nil) (< width (car w))))))
3111       (let ((tgt (find-if #'inexact-match twidths)))
3112         (when tgt
3113           (return-from best-modular-version
3114             (values (car tgt) :tagged (cdr tgt)))))
3115       (let ((ugt (find-if #'inexact-match uwidths)))
3116         (when ugt
3117           (return-from best-modular-version
3118             (values (car ugt) :untagged (cdr ugt))))))))
3119
3120 (defoptimizer (logand optimizer) ((x y) node)
3121   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3122     (when (numeric-type-p result-type)
3123       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3124             (high (numeric-type-high result-type)))
3125         (when (and (numberp low)
3126                    (numberp high)
3127                    (>= low 0))
3128           (let ((width (integer-length high)))
3129             (multiple-value-bind (w kind signedp)
3130                 (best-modular-version width nil)
3131               (when w
3132                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH SIGNEDP).
3133                 ;;
3134                 ;; FIXME: I think the FIXME (which is from APD) above
3135                 ;; implies that CUT-TO-WIDTH should do /everything/
3136                 ;; that's required, including reoptimizing things
3137                 ;; itself that it knows are necessary.  At the moment,
3138                 ;; CUT-TO-WIDTH sets up some new calls with
3139                 ;; combination-type :FULL, which later get noticed as
3140                 ;; known functions and properly converted.
3141                 ;;
3142                 ;; We cut to W not WIDTH if SIGNEDP is true, because
3143                 ;; signed constant replacement needs to know which bit
3144                 ;; in the field is the signed bit.
3145                 (let ((xact (cut-to-width x kind (if signedp w width) signedp))
3146                       (yact (cut-to-width y kind (if signedp w width) signedp)))
3147                   (declare (ignore xact yact))
3148                   nil) ; After fixing above, replace with T, meaning
3149                        ; "don't reoptimize this (LOGAND) node any more".
3150                 ))))))))
3151
3152 (defoptimizer (mask-signed-field optimizer) ((width x) node)
3153   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3154     (when (numeric-type-p result-type)
3155       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3156             (high (numeric-type-high result-type)))
3157         (when (and (numberp low) (numberp high))
3158           (let ((width (max (integer-length high) (integer-length low))))
3159             (multiple-value-bind (w kind)
3160                 (best-modular-version width t)
3161               (when w
3162                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND W T).
3163                 ;; [ see comment above in LOGAND optimizer ]
3164                 (cut-to-width x kind w t)
3165                 nil ; After fixing above, replace with T.
3166                 ))))))))
3167 \f
3168 ;;; miscellanous numeric transforms
3169
3170 ;;; If a constant appears as the first arg, swap the args.
3171 (deftransform commutative-arg-swap ((x y) * * :defun-only t :node node)
3172   (if (and (constant-lvar-p x)
3173            (not (constant-lvar-p y)))
3174       `(,(lvar-fun-name (basic-combination-fun node))
3175         y
3176         ,(lvar-value x))
3177       (give-up-ir1-transform)))
3178
3179 (dolist (x '(= char= + * logior logand logxor))
3180   (%deftransform x '(function * *) #'commutative-arg-swap
3181                  "place constant arg last"))
3182
3183 ;;; Handle the case of a constant BOOLE-CODE.
3184 (deftransform boole ((op x y) * *)
3185   "convert to inline logical operations"
3186   (unless (constant-lvar-p op)
3187     (give-up-ir1-transform "BOOLE code is not a constant."))
3188   (let ((control (lvar-value op)))
3189     (case control
3190       (#.sb!xc:boole-clr 0)
3191       (#.sb!xc:boole-set -1)
3192       (#.sb!xc:boole-1 'x)
3193       (#.sb!xc:boole-2 'y)
3194       (#.sb!xc:boole-c1 '(lognot x))
3195       (#.sb!xc:boole-c2 '(lognot y))
3196       (#.sb!xc:boole-and '(logand x y))
3197       (#.sb!xc:boole-ior '(logior x y))
3198       (#.sb!xc:boole-xor '(logxor x y))
3199       (#.sb!xc:boole-eqv '(logeqv x y))
3200       (#.sb!xc:boole-nand '(lognand x y))
3201       (#.sb!xc:boole-nor '(lognor x y))
3202       (#.sb!xc:boole-andc1 '(logandc1 x y))
3203       (#.sb!xc:boole-andc2 '(logandc2 x y))
3204       (#.sb!xc:boole-orc1 '(logorc1 x y))
3205       (#.sb!xc:boole-orc2 '(logorc2 x y))
3206       (t
3207        (abort-ir1-transform "~S is an illegal control arg to BOOLE."
3208                             control)))))
3209 \f
3210 ;;;; converting special case multiply/divide to shifts
3211
3212 ;;; If arg is a constant power of two, turn * into a shift.
3213 (deftransform * ((x y) (integer integer) *)
3214   "convert x*2^k to shift"
3215   (unless (constant-lvar-p y)
3216     (give-up-ir1-transform))
3217   (let* ((y (lvar-value y))
3218          (y-abs (abs y))
3219          (len (1- (integer-length y-abs))))
3220     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3221       (give-up-ir1-transform))
3222     (if (minusp y)
3223         `(- (ash x ,len))
3224         `(ash x ,len))))
3225
3226 ;;; These must come before the ones below, so that they are tried
3227 ;;; first. Since %FLOOR and %CEILING are inlined, this allows
3228 ;;; the general case to be handled by TRUNCATE transforms.
3229 (deftransform floor ((x y))
3230   `(%floor x y))
3231
3232 (deftransform ceiling ((x y))
3233   `(%ceiling x y))
3234
3235 ;;; If arg is a constant power of two, turn FLOOR into a shift and
3236 ;;; mask. If CEILING, add in (1- (ABS Y)), do FLOOR and correct a
3237 ;;; remainder.
3238 (flet ((frob (y ceil-p)
3239          (unless (constant-lvar-p y)
3240            (give-up-ir1-transform))
3241          (let* ((y (lvar-value y))
3242                 (y-abs (abs y))
3243                 (len (1- (integer-length y-abs))))
3244            (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3245              (give-up-ir1-transform))
3246            (let ((shift (- len))
3247                  (mask (1- y-abs))
3248                  (delta (if ceil-p (* (signum y) (1- y-abs)) 0)))
3249              `(let ((x (+ x ,delta)))
3250                 ,(if (minusp y)
3251                      `(values (ash (- x) ,shift)
3252                               (- (- (logand (- x) ,mask)) ,delta))
3253                      `(values (ash x ,shift)
3254                               (- (logand x ,mask) ,delta))))))))
3255   (deftransform floor ((x y) (integer integer) *)
3256     "convert division by 2^k to shift"
3257     (frob y nil))
3258   (deftransform ceiling ((x y) (integer integer) *)
3259     "convert division by 2^k to shift"
3260     (frob y t)))
3261
3262 ;;; Do the same for MOD.
3263 (deftransform mod ((x y) (integer integer) *)
3264   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3265   (unless (constant-lvar-p y)
3266     (give-up-ir1-transform))
3267   (let* ((y (lvar-value y))
3268          (y-abs (abs y))
3269          (len (1- (integer-length y-abs))))
3270     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3271       (give-up-ir1-transform))
3272     (let ((mask (1- y-abs)))
3273       (if (minusp y)
3274           `(- (logand (- x) ,mask))
3275           `(logand x ,mask)))))
3276
3277 ;;; If arg is a constant power of two, turn TRUNCATE into a shift and mask.
3278 (deftransform truncate ((x y) (integer integer))
3279   "convert division by 2^k to shift"
3280   (unless (constant-lvar-p y)
3281     (give-up-ir1-transform))
3282   (let* ((y (lvar-value y))
3283          (y-abs (abs y))
3284          (len (1- (integer-length y-abs))))
3285     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3286       (give-up-ir1-transform))
3287     (let* ((shift (- len))
3288            (mask (1- y-abs)))
3289       `(if (minusp x)
3290            (values ,(if (minusp y)
3291                         `(ash (- x) ,shift)
3292                         `(- (ash (- x) ,shift)))
3293                    (- (logand (- x) ,mask)))
3294            (values ,(if (minusp y)
3295                         `(ash (- ,mask x) ,shift)
3296                         `(ash x ,shift))
3297                    (logand x ,mask))))))
3298
3299 ;;; And the same for REM.
3300 (deftransform rem ((x y) (integer integer) *)
3301   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3302   (unless (constant-lvar-p y)
3303     (give-up-ir1-transform))
3304   (let* ((y (lvar-value y))
3305          (y-abs (abs y))
3306          (len (1- (integer-length y-abs))))
3307     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3308       (give-up-ir1-transform))
3309     (let ((mask (1- y-abs)))
3310       `(if (minusp x)
3311            (- (logand (- x) ,mask))
3312            (logand x ,mask)))))
3313
3314 ;;; Return an expression to calculate the integer quotient of X and
3315 ;;; constant Y, using multiplication, shift and add/sub instead of
3316 ;;; division. Both arguments must be unsigned, fit in a machine word and
3317 ;;; Y must neither be zero nor a power of two. The quotient is rounded
3318 ;;; towards zero.
3319 ;;; The algorithm is taken from the paper "Division by Invariant
3320 ;;; Integers using Multiplication", 1994 by Torbj\"{o}rn Granlund and
3321 ;;; Peter L. Montgomery, Figures 4.2 and 6.2, modified to exclude the
3322 ;;; case of division by powers of two.
3323 ;;; The algorithm includes an adaptive precision argument.  Use it, since
3324 ;;; we often have sub-word value ranges.  Careful, in this case, we need
3325 ;;; p s.t 2^p > n, not the ceiling of the binary log.
3326 ;;; Also, for some reason, the paper prefers shifting to masking.  Mask
3327 ;;; instead.  Masking is equivalent to shifting right, then left again;
3328 ;;; all the intermediate values are still words, so we just have to shift
3329 ;;; right a bit more to compensate, at the end.
3330 ;;;
3331 ;;; The following two examples show an average case and the worst case
3332 ;;; with respect to the complexity of the generated expression, under
3333 ;;; a word size of 64 bits:
3334 ;;;
3335 ;;; (UNSIGNED-DIV-TRANSFORMER 10 MOST-POSITIVE-WORD) ->
3336 ;;; (ASH (%MULTIPLY (LOGANDC2 X 0) 14757395258967641293) -3)
3337 ;;;
3338 ;;; (UNSIGNED-DIV-TRANSFORMER 7 MOST-POSITIVE-WORD) ->
3339 ;;; (LET* ((NUM X)
3340 ;;;        (T1 (%MULTIPLY NUM 2635249153387078803)))
3341 ;;;   (ASH (LDB (BYTE 64 0)
3342 ;;;             (+ T1 (ASH (LDB (BYTE 64 0)
3343 ;;;                             (- NUM T1))
3344 ;;;                        -1)))
3345 ;;;        -2))
3346 ;;;
3347 (defun gen-unsigned-div-by-constant-expr (y max-x)
3348   (declare (type (integer 3 #.most-positive-word) y)
3349            (type word max-x))
3350   (aver (not (zerop (logand y (1- y)))))
3351   (labels ((ld (x)
3352              ;; the floor of the binary logarithm of (positive) X
3353              (integer-length (1- x)))
3354            (choose-multiplier (y precision)
3355              (do* ((l (ld y))
3356                    (shift l (1- shift))
3357                    (expt-2-n+l (expt 2 (+ sb!vm:n-word-bits l)))
3358                    (m-low (truncate expt-2-n+l y) (ash m-low -1))
3359                    (m-high (truncate (+ expt-2-n+l
3360                                         (ash expt-2-n+l (- precision)))
3361                                      y)
3362                            (ash m-high -1)))
3363                   ((not (and (< (ash m-low -1) (ash m-high -1))
3364                              (> shift 0)))
3365                    (values m-high shift)))))
3366     (let ((n (expt 2 sb!vm:n-word-bits))
3367           (precision (integer-length max-x))
3368           (shift1 0))
3369       (multiple-value-bind (m shift2)
3370           (choose-multiplier y precision)
3371         (when (and (>= m n) (evenp y))
3372           (setq shift1 (ld (logand y (- y))))
3373           (multiple-value-setq (m shift2)
3374             (choose-multiplier (/ y (ash 1 shift1))
3375                                (- precision shift1))))
3376         (cond ((>= m n)
3377                (flet ((word (x)
3378                         `(truly-the word ,x)))
3379                  `(let* ((num x)
3380                          (t1 (%multiply-high num ,(- m n))))
3381                     (ash ,(word `(+ t1 (ash ,(word `(- num t1))
3382                                             -1)))
3383                          ,(- 1 shift2)))))
3384               ((and (zerop shift1) (zerop shift2))
3385                (let ((max (truncate max-x y)))
3386                  ;; Explicit TRULY-THE needed to get the FIXNUM=>FIXNUM
3387                  ;; VOP.
3388                  `(truly-the (integer 0 ,max)
3389                              (%multiply-high x ,m))))
3390               (t
3391                `(ash (%multiply-high (logandc2 x ,(1- (ash 1 shift1))) ,m)
3392                      ,(- (+ shift1 shift2)))))))))
3393
3394 ;;; If the divisor is constant and both args are positive and fit in a
3395 ;;; machine word, replace the division by a multiplication and possibly
3396 ;;; some shifts and an addition. Calculate the remainder by a second
3397 ;;; multiplication and a subtraction. Dead code elimination will
3398 ;;; suppress the latter part if only the quotient is needed. If the type
3399 ;;; of the dividend allows to derive that the quotient will always have
3400 ;;; the same value, emit much simpler code to handle that. (This case
3401 ;;; may be rare but it's easy to detect and the compiler doesn't find
3402 ;;; this optimization on its own.)
3403 (deftransform truncate ((x y) (word (constant-arg word))
3404                         *
3405                         :policy (and (> speed compilation-speed)
3406                                      (> speed space)))
3407   "convert integer division to multiplication"
3408   (let* ((y      (lvar-value y))
3409          (x-type (lvar-type x))
3410          (max-x  (or (and (numeric-type-p x-type)
3411                           (numeric-type-high x-type))
3412                      most-positive-word)))
3413     ;; Division by zero, one or powers of two is handled elsewhere.
3414     (when (zerop (logand y (1- y)))
3415       (give-up-ir1-transform))
3416     `(let* ((quot ,(gen-unsigned-div-by-constant-expr y max-x))
3417             (rem (ldb (byte #.sb!vm:n-word-bits 0)
3418                       (- x (* quot ,y)))))
3419        (values quot rem))))
3420 \f
3421 ;;;; arithmetic and logical identity operation elimination
3422
3423 ;;; Flush calls to various arith functions that convert to the
3424 ;;; identity function or a constant.
3425 (macrolet ((def (name identity result)
3426              `(deftransform ,name ((x y) (* (constant-arg (member ,identity))) *)
3427                 "fold identity operations"
3428                 ',result)))
3429   (def ash 0 x)
3430   (def logand -1 x)
3431   (def logand 0 0)
3432   (def logior 0 x)
3433   (def logior -1 -1)
3434   (def logxor -1 (lognot x))
3435   (def logxor 0 x))
3436
3437 (deftransform logand ((x y) (* (constant-arg t)) *)
3438   "fold identity operation"
3439   (let ((y (lvar-value y)))
3440     (unless (and (plusp y)
3441                  (= y (1- (ash 1 (integer-length y)))))
3442       (give-up-ir1-transform))
3443     (unless (csubtypep (lvar-type x)
3444                        (specifier-type `(integer 0 ,y)))
3445       (give-up-ir1-transform))
3446     'x))
3447
3448 (deftransform mask-signed-field ((size x) ((constant-arg t) *) *)
3449   "fold identity operation"
3450   (let ((size (lvar-value size)))
3451     (unless (csubtypep (lvar-type x) (specifier-type `(signed-byte ,size)))
3452       (give-up-ir1-transform))
3453     'x))
3454
3455 ;;; These are restricted to rationals, because (- 0 0.0) is 0.0, not -0.0, and
3456 ;;; (* 0 -4.0) is -0.0.
3457 (deftransform - ((x y) ((constant-arg (member 0)) rational) *)
3458   "convert (- 0 x) to negate"
3459   '(%negate y))
3460 (deftransform * ((x y) (rational (constant-arg (member 0))) *)
3461   "convert (* x 0) to 0"
3462   0)
3463
3464 ;;; Return T if in an arithmetic op including lvars X and Y, the
3465 ;;; result type is not affected by the type of X. That is, Y is at
3466 ;;; least as contagious as X.
3467 #+nil
3468 (defun not-more-contagious (x y)
3469   (declare (type continuation x y))
3470   (let ((x (lvar-type x))
3471         (y (lvar-type y)))
3472     (values (type= (numeric-contagion x y)
3473                    (numeric-contagion y y)))))
3474 ;;; Patched version by Raymond Toy. dtc: Should be safer although it
3475 ;;; XXX needs more work as valid transforms are missed; some cases are
3476 ;;; specific to particular transform functions so the use of this
3477 ;;; function may need a re-think.
3478 (defun not-more-contagious (x y)
3479   (declare (type lvar x y))
3480   (flet ((simple-numeric-type (num)
3481            (and (numeric-type-p num)
3482                 ;; Return non-NIL if NUM is integer, rational, or a float
3483                 ;; of some type (but not FLOAT)
3484                 (case (numeric-type-class num)
3485                   ((integer rational)
3486                    t)
3487                   (float
3488                    (numeric-type-format num))
3489                   (t
3490                    nil)))))
3491     (let ((x (lvar-type x))
3492           (y (lvar-type y)))
3493       (if (and (simple-numeric-type x)
3494                (simple-numeric-type y))
3495           (values (type= (numeric-contagion x y)
3496                          (numeric-contagion y y)))))))
3497
3498 (def!type exact-number ()
3499   '(or rational (complex rational)))
3500
3501 ;;; Fold (+ x 0).
3502 ;;;
3503 ;;; Only safely applicable for exact numbers. For floating-point
3504 ;;; x, one would have to first show that neither x or y are signed
3505 ;;; 0s, and that x isn't an SNaN.
3506 (deftransform + ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3507   "fold zero arg"
3508   'x)
3509
3510 ;;; Fold (- x 0).
3511 (deftransform - ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3512   "fold zero arg"
3513   'x)
3514
3515 ;;; Fold (OP x +/-1)
3516 ;;;
3517 ;;; %NEGATE might not always signal correctly.
3518 (macrolet
3519     ((def (name result minus-result)
3520          `(deftransform ,name ((x y)
3521                                (exact-number (constant-arg (member 1 -1))))
3522             "fold identity operations"
3523             (if (minusp (lvar-value y)) ',minus-result ',result))))
3524   (def * x (%negate x))
3525   (def / x (%negate x))
3526   (def expt x (/ 1 x)))
3527
3528 ;;; Fold (expt x n) into multiplications for small integral values of
3529 ;;; N; convert (expt x 1/2) to sqrt.
3530 (deftransform expt ((x y) (t (constant-arg real)) *)
3531   "recode as multiplication or sqrt"
3532   (let ((val (lvar-value y)))
3533     ;; If Y would cause the result to be promoted to the same type as
3534     ;; Y, we give up. If not, then the result will be the same type
3535     ;; as X, so we can replace the exponentiation with simple
3536     ;; multiplication and division for small integral powers.
3537     (unless (not-more-contagious y x)
3538       (give-up-ir1-transform))
3539     (cond ((zerop val)
3540            (let ((x-type (lvar-type x)))
3541              (cond ((csubtypep x-type (specifier-type '(or rational
3542                                                         (complex rational))))
3543                     '1)
3544                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'real))
3545                     `(if (rationalp x)
3546                          1
3547                          (float 1 x)))
3548                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'complex))
3549                     ;; both parts are float
3550                     `(1+ (* x ,val)))
3551                    (t (give-up-ir1-transform)))))
3552           ((= val 2) '(* x x))
3553           ((= val -2) '(/ (* x x)))
3554           ((= val 3) '(* x x x))
3555           ((= val -3) '(/ (* x x x)))
3556           ((= val 1/2) '(sqrt x))
3557           ((= val -1/2) '(/ (sqrt x)))
3558           (t (give-up-ir1-transform)))))
3559
3560 (deftransform expt ((x y) ((constant-arg (member -1 -1.0 -1.0d0)) integer) *)
3561   "recode as an ODDP check"
3562   (let ((val (lvar-value x)))
3563     (if (eql -1 val)
3564         '(- 1 (* 2 (logand 1 y)))
3565         `(if (oddp y)
3566              ,val
3567              ,(abs val)))))
3568
3569 ;;; KLUDGE: Shouldn't (/ 0.0 0.0), etc. cause exceptions in these
3570 ;;; transformations?
3571 ;;; Perhaps we should have to prove that the denominator is nonzero before
3572 ;;; doing them?  -- WHN 19990917
3573 (macrolet ((def (name)
3574              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3575                                    *)
3576                 "fold zero arg"
3577                 0)))
3578   (def ash)
3579   (def /))
3580
3581 (macrolet ((def (name)
3582              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3583                                    *)
3584                 "fold zero arg"
3585                 '(values 0 0))))
3586   (def truncate)
3587   (def round)
3588   (def floor)
3589   (def ceiling))
3590 \f
3591 ;;;; character operations
3592
3593 (deftransform char-equal ((a b) (base-char base-char))
3594   "open code"
3595   '(let* ((ac (char-code a))
3596           (bc (char-code b))
3597           (sum (logxor ac bc)))
3598      (or (zerop sum)
3599          (when (eql sum #x20)
3600            (let ((sum (+ ac bc)))
3601              (or (and (> sum 161) (< sum 213))
3602                  (and (> sum 415) (< sum 461))
3603                  (and (> sum 463) (< sum 477))))))))
3604
3605 (deftransform char-upcase ((x) (base-char))
3606   "open code"
3607   '(let ((n-code (char-code x)))
3608      (if (or (and (> n-code #o140)      ; Octal 141 is #\a.
3609                   (< n-code #o173))     ; Octal 172 is #\z.
3610              (and (> n-code #o337)
3611                   (< n-code #o367))
3612              (and (> n-code #o367)
3613                   (< n-code #o377)))
3614          (code-char (logxor #x20 n-code))
3615          x)))
3616
3617 (deftransform char-downcase ((x) (base-char))
3618   "open code"
3619   '(let ((n-code (char-code x)))
3620      (if (or (and (> n-code 64)         ; 65 is #\A.
3621                   (< n-code 91))        ; 90 is #\Z.
3622              (and (> n-code 191)
3623                   (< n-code 215))
3624              (and (> n-code 215)
3625                   (< n-code 223)))
3626          (code-char (logxor #x20 n-code))
3627          x)))
3628 \f
3629 ;;;; equality predicate transforms
3630
3631 ;;; Return true if X and Y are lvars whose only use is a
3632 ;;; reference to the same leaf, and the value of the leaf cannot
3633 ;;; change.
3634 (defun same-leaf-ref-p (x y)
3635   (declare (type lvar x y))
3636   (let ((x-use (principal-lvar-use x))
3637         (y-use (principal-lvar-use y)))
3638     (and (ref-p x-use)
3639          (ref-p y-use)
3640          (eq (ref-leaf x-use) (ref-leaf y-use))
3641          (constant-reference-p x-use))))
3642
3643 ;;; If X and Y are the same leaf, then the result is true. Otherwise,
3644 ;;; if there is no intersection between the types of the arguments,
3645 ;;; then the result is definitely false.
3646 (deftransform simple-equality-transform ((x y) * *
3647                                          :defun-only t)
3648   (cond
3649     ((same-leaf-ref-p x y) t)
3650     ((not (types-equal-or-intersect (lvar-type x) (lvar-type y)))
3651          nil)
3652     (t (give-up-ir1-transform))))
3653
3654 (macrolet ((def (x)
3655              `(%deftransform ',x '(function * *) #'simple-equality-transform)))
3656   (def eq)
3657   (def char=))
3658
3659 ;;; This is similar to SIMPLE-EQUALITY-TRANSFORM, except that we also
3660 ;;; try to convert to a type-specific predicate or EQ:
3661 ;;; -- If both args are characters, convert to CHAR=. This is better than
3662 ;;;    just converting to EQ, since CHAR= may have special compilation
3663 ;;;    strategies for non-standard representations, etc.
3664 ;;; -- If either arg is definitely a fixnum, we check to see if X is
3665 ;;;    constant and if so, put X second. Doing this results in better
3666 ;;;    code from the backend, since the backend assumes that any constant
3667 ;;;    argument comes second.
3668 ;;; -- If either arg is definitely not a number or a fixnum, then we
3669 ;;;    can compare with EQ.
3670 ;;; -- Otherwise, we try to put the arg we know more about second. If X
3671 ;;;    is constant then we put it second. If X is a subtype of Y, we put
3672 ;;;    it second. These rules make it easier for the back end to match
3673 ;;;    these interesting cases.
3674 (deftransform eql ((x y) * * :node node)
3675   "convert to simpler equality predicate"
3676   (let ((x-type (lvar-type x))
3677         (y-type (lvar-type y))
3678         (char-type (specifier-type 'character)))
3679     (flet ((fixnum-type-p (type)
3680              (csubtypep type (specifier-type 'fixnum))))
3681       (cond
3682         ((same-leaf-ref-p x y) t)
3683         ((not (types-equal-or-intersect x-type y-type))
3684          nil)
3685         ((and (csubtypep x-type char-type)
3686               (csubtypep y-type char-type))
3687          '(char= x y))
3688         ((or (fixnum-type-p x-type) (fixnum-type-p y-type))
3689          (commutative-arg-swap node))
3690         ((or (eq-comparable-type-p x-type) (eq-comparable-type-p y-type))
3691          '(eq x y))
3692         ((and (not (constant-lvar-p y))
3693               (or (constant-lvar-p x)
3694                   (and (csubtypep x-type y-type)
3695                        (not (csubtypep y-type x-type)))))
3696          '(eql y x))
3697         (t
3698          (give-up-ir1-transform))))))
3699
3700 ;;; similarly to the EQL transform above, we attempt to constant-fold
3701 ;;; or convert to a simpler predicate: mostly we have to be careful
3702 ;;; with strings and bit-vectors.
3703 (deftransform equal ((x y) * *)
3704   "convert to simpler equality predicate"
3705   (let ((x-type (lvar-type x))
3706         (y-type (lvar-type y))
3707         (string-type (specifier-type 'string))
3708         (bit-vector-type (specifier-type 'bit-vector)))
3709     (cond
3710       ((same-leaf-ref-p x y) t)
3711       ((and (csubtypep x-type string-type)
3712             (csubtypep y-type string-type))
3713        '(string= x y))
3714       ((and (csubtypep x-type bit-vector-type)
3715             (csubtypep y-type bit-vector-type))
3716        '(bit-vector-= x y))
3717       ;; if at least one is not a string, and at least one is not a
3718       ;; bit-vector, then we can reason from types.
3719       ((and (not (and (types-equal-or-intersect x-type string-type)
3720                       (types-equal-or-intersect y-type string-type)))
3721             (not (and (types-equal-or-intersect x-type bit-vector-type)
3722                       (types-equal-or-intersect y-type bit-vector-type)))
3723             (not (types-equal-or-intersect x-type y-type)))
3724        nil)
3725       (t (give-up-ir1-transform)))))
3726
3727 ;;; Convert to EQL if both args are rational and complexp is specified
3728 ;;; and the same for both.
3729 (deftransform = ((x y) (number number) *)
3730   "open code"
3731   (let ((x-type (lvar-type x))
3732         (y-type (lvar-type y)))
3733     (cond ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'float))
3734                     (csubtypep y-type (specifier-type 'float)))
3735                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(complex float)))
3736                     (csubtypep y-type (specifier-type '(complex float))))
3737                #!+complex-float-vops
3738                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float))))
3739                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float)))))
3740                #!+complex-float-vops
3741                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))
3742                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))))
3743            ;; They are both floats. Leave as = so that -0.0 is
3744            ;; handled correctly.
3745            (give-up-ir1-transform))
3746           ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'rational))
3747                     (csubtypep y-type (specifier-type 'rational)))
3748                (and (csubtypep x-type
3749                                (specifier-type '(complex rational)))
3750                     (csubtypep y-type
3751                                (specifier-type '(complex rational)))))
3752            ;; They are both rationals and complexp is the same.
3753            ;; Convert to EQL.
3754            '(eql x y))
3755           (t
3756            (give-up-ir1-transform
3757             "The operands might not be the same type.")))))
3758
3759 (defun maybe-float-lvar-p (lvar)
3760   (neq *empty-type* (type-intersection (specifier-type 'float)
3761                                        (lvar-type lvar))))
3762
3763 (flet ((maybe-invert (node op inverted x y)
3764          ;; Don't invert if either argument can be a float (NaNs)
3765          (cond
3766            ((or (maybe-float-lvar-p x) (maybe-float-lvar-p y))
3767             (delay-ir1-transform node :constraint)
3768             `(or (,op x y) (= x y)))
3769            (t
3770             `(if (,inverted x y) nil t)))))
3771   (deftransform >= ((x y) (number number) * :node node)
3772     "invert or open code"
3773     (maybe-invert node '> '< x y))
3774   (deftransform <= ((x y) (number number) * :node node)
3775     "invert or open code"
3776     (maybe-invert node '< '> x y)))
3777
3778 ;;; See whether we can statically determine (< X Y) using type
3779 ;;; information. If X's high bound is < Y's low, then X < Y.
3780 ;;; Similarly, if X's low is >= to Y's high, the X >= Y (so return
3781 ;;; NIL). If not, at least make sure any constant arg is second.
3782 (macrolet ((def (name inverse reflexive-p surely-true surely-false)
3783              `(deftransform ,name ((x y))
3784                 "optimize using intervals"
3785                 (if (and (same-leaf-ref-p x y)
3786                          ;; For non-reflexive functions we don't need
3787                          ;; to worry about NaNs: (non-ref-op NaN NaN) => false,
3788                          ;; but with reflexive ones we don't know...
3789                          ,@(when reflexive-p
3790                                  '((and (not (maybe-float-lvar-p x))
3791                                         (not (maybe-float-lvar-p y))))))
3792                     ,reflexive-p
3793                     (let ((ix (or (type-approximate-interval (lvar-type x))
3794                                   (give-up-ir1-transform)))
3795                           (iy (or (type-approximate-interval (lvar-type y))
3796                                   (give-up-ir1-transform))))
3797                       (cond (,surely-true
3798                              t)
3799                             (,surely-false
3800                              nil)
3801                             ((and (constant-lvar-p x)
3802                                   (not (constant-lvar-p y)))
3803                              `(,',inverse y x))
3804                             (t
3805                              (give-up-ir1-transform))))))))
3806   (def = = t (interval-= ix iy) (interval-/= ix iy))
3807   (def /= /= nil (interval-/= ix iy) (interval-= ix iy))
3808   (def < > nil (interval-< ix iy) (interval->= ix iy))
3809   (def > < nil (interval-< iy ix) (interval->= iy ix))
3810   (def <= >= t (interval->= iy ix) (interval-< iy ix))
3811   (def >= <= t (interval->= ix iy) (interval-< ix iy)))
3812
3813 (defun ir1-transform-char< (x y first second inverse)
3814   (cond
3815     ((same-leaf-ref-p x y) nil)
3816     ;; If we had interval representation of character types, as we
3817     ;; might eventually have to to support 2^21 characters, then here
3818     ;; we could do some compile-time computation as in transforms for
3819     ;; < above. -- CSR, 2003-07-01
3820     ((and (constant-lvar-p first)
3821           (not (constant-lvar-p second)))
3822      `(,inverse y x))
3823     (t (give-up-ir1-transform))))
3824
3825 (deftransform char< ((x y) (character character) *)
3826   (ir1-transform-char< x y x y 'char>))
3827
3828 (deftransform char> ((x y) (character character) *)
3829   (ir1-transform-char< y x x y 'char<))
3830 \f
3831 ;;;; converting N-arg comparisons
3832 ;;;;
3833 ;;;; We convert calls to N-arg comparison functions such as < into
3834 ;;;; two-arg calls. This transformation is enabled for all such
3835 ;;;; comparisons in this file. If any of these predicates are not
3836 ;;;; open-coded, then the transformation should be removed at some
3837 ;;;; point to avoid pessimization.
3838
3839 ;;; This function is used for source transformation of N-arg
3840 ;;; comparison functions other than inequality. We deal both with
3841 ;;; converting to two-arg calls and inverting the sense of the test,
3842 ;;; if necessary. If the call has two args, then we pass or return a
3843 ;;; negated test as appropriate. If it is a degenerate one-arg call,
3844 ;;; then we transform to code that returns true. Otherwise, we bind
3845 ;;; all the arguments and expand into a bunch of IFs.
3846 (defun multi-compare (predicate args not-p type &optional force-two-arg-p)
3847   (let ((nargs (length args)))
3848     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3849           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3850           ((= nargs 2)
3851            (if not-p
3852                `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t)
3853                (if force-two-arg-p
3854                    `(,predicate ,(first args) ,(second args))
3855                    (values nil t))))
3856           (t
3857            (do* ((i (1- nargs) (1- i))
3858                  (last nil current)
3859                  (current (gensym) (gensym))
3860                  (vars (list current) (cons current vars))
3861                  (result t (if not-p
3862                                `(if (,predicate ,current ,last)
3863                                     nil ,result)
3864                                `(if (,predicate ,current ,last)
3865                                     ,result nil))))
3866                ((zerop i)
3867                 `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3868                   ,@args)))))))
3869
3870 (define-source-transform = (&rest args) (multi-compare '= args nil 'number))
3871 (define-source-transform < (&rest args) (multi-compare '< args nil 'real))
3872 (define-source-transform > (&rest args) (multi-compare '> args nil 'real))
3873 ;;; We cannot do the inversion for >= and <= here, since both
3874 ;;;   (< NaN X) and (> NaN X)
3875 ;;; are false, and we don't have type-information available yet. The
3876 ;;; deftransforms for two-argument versions of >= and <= takes care of
3877 ;;; the inversion to > and < when possible.
3878 (define-source-transform <= (&rest args) (multi-compare '<= args nil 'real))
3879 (define-source-transform >= (&rest args) (multi-compare '>= args nil 'real))
3880
3881 (define-source-transform char= (&rest args) (multi-compare 'char= args nil
3882                                                            'character))
3883 (define-source-transform char< (&rest args) (multi-compare 'char< args nil
3884                                                            'character))
3885 (define-source-transform char> (&rest args) (multi-compare 'char> args nil
3886                                                            'character))
3887 (define-source-transform char<= (&rest args) (multi-compare 'char> args t
3888                                                             'character))
3889 (define-source-transform char>= (&rest args) (multi-compare 'char< args t
3890                                                             'character))
3891
3892 (define-source-transform char-equal (&rest args)
3893   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-equal args nil 'character t))
3894 (define-source-transform char-lessp (&rest args)
3895   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args nil 'character t))
3896 (define-source-transform char-greaterp (&rest args)
3897   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args nil 'character t))
3898 (define-source-transform char-not-greaterp (&rest args)
3899   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args t 'character t))
3900 (define-source-transform char-not-lessp (&rest args)
3901   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args t 'character t))
3902
3903 ;;; This function does source transformation of N-arg inequality
3904 ;;; functions such as /=. This is similar to MULTI-COMPARE in the <3
3905 ;;; arg cases. If there are more than two args, then we expand into
3906 ;;; the appropriate n^2 comparisons only when speed is important.
3907 (declaim (ftype (function (symbol list t) *) multi-not-equal))
3908 (defun multi-not-equal (predicate args type)
3909   (let ((nargs (length args)))
3910     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3911           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3912           ((= nargs 2)
3913            `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t))
3914           ((not (policy *lexenv*
3915                         (and (>= speed space)
3916                              (>= speed compilation-speed))))
3917            (values nil t))
3918           (t
3919            (let ((vars (make-gensym-list nargs)))
3920              (do ((var vars next)
3921                   (next (cdr vars) (cdr next))
3922                   (result t))
3923                  ((null next)
3924                   `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3925                     ,@args))
3926                (let ((v1 (first var)))
3927                  (dolist (v2 next)
3928                    (setq result `(if (,predicate ,v1 ,v2) nil ,result))))))))))
3929
3930 (define-source-transform /= (&rest args)
3931   (multi-not-equal '= args 'number))
3932 (define-source-transform char/= (&rest args)
3933   (multi-not-equal 'char= args 'character))
3934 (define-source-transform char-not-equal (&rest args)
3935   (multi-not-equal 'char-equal args 'character))
3936
3937 ;;; Expand MAX and MIN into the obvious comparisons.
3938 (define-source-transform max (arg0 &rest rest)
3939   (once-only ((arg0 arg0))
3940     (if (null rest)
3941         `(values (the real ,arg0))
3942         `(let ((maxrest (max ,@rest)))
3943           (if (>= ,arg0 maxrest) ,arg0 maxrest)))))
3944 (define-source-transform min (arg0 &rest rest)
3945   (once-only ((arg0 arg0))
3946     (if (null rest)
3947         `(values (the real ,arg0))
3948         `(let ((minrest (min ,@rest)))
3949           (if (<= ,arg0 minrest) ,arg0 minrest)))))
3950 \f
3951 ;;;; converting N-arg arithmetic functions
3952 ;;;;
3953 ;;;; N-arg arithmetic and logic functions are associated into two-arg
3954 ;;;; versions, and degenerate cases are flushed.
3955
3956 ;;; Left-associate FIRST-ARG and MORE-ARGS using FUNCTION.
3957 (declaim (ftype (sfunction (symbol t list t) list) associate-args))
3958 (defun associate-args (fun first-arg more-args identity)
3959   (let ((next (rest more-args))
3960         (arg (first more-args)))
3961     (if (null next)
3962         `(,fun ,first-arg ,(if arg arg identity))
3963         (associate-args fun `(,fun ,first-arg ,arg) next identity))))
3964
3965 ;;; Reduce constants in ARGS list.
3966 (declaim (ftype (sfunction (symbol list t symbol) list) reduce-constants))
3967 (defun reduce-constants (fun args identity one-arg-result-type)
3968   (let ((one-arg-constant-p (ecase one-arg-result-type
3969                               (number #'numberp)
3970                               (integer #'integerp)))
3971         (reduced-value identity)
3972         (reduced-p nil))
3973     (collect ((not-constants))
3974       (dolist (arg args)
3975         (if (funcall one-arg-constant-p arg)
3976             (setf reduced-value (funcall fun reduced-value arg)
3977                   reduced-p t)
3978             (not-constants arg)))
3979       ;; It is tempting to drop constants reduced to identity here,
3980       ;; but if X is SNaN in (* X 1), we cannot drop the 1.
3981       (if (not-constants)
3982           (if reduced-p
3983               `(,reduced-value ,@(not-constants))
3984               (not-constants))
3985           `(,reduced-value)))))
3986
3987 ;;; Do source transformations for transitive functions such as +.
3988 ;;; One-arg cases are replaced with the arg and zero arg cases with
3989 ;;; the identity. ONE-ARG-RESULT-TYPE is the type to ensure (with THE)
3990 ;;; that the argument in one-argument calls is.
3991 (declaim (ftype (function (symbol list t &optional symbol list)
3992                           (values t &optional (member nil t)))
3993                 source-transform-transitive))
3994 (defun source-transform-transitive (fun args identity
3995                                     &optional (one-arg-result-type 'number)
3996                                               (one-arg-prefixes '(values)))
3997   (case (length args)
3998     (0 identity)
3999     (1 `(,@one-arg-prefixes (the ,one-arg-result-type ,(first args))))
4000     (2 (values nil t))
4001     (t (let ((reduced-args (reduce-constants fun args identity one-arg-result-type)))
4002          (associate-args fun (first reduced-args) (rest reduced-args) identity)))))
4003
4004 (define-source-transform + (&rest args)
4005   (source-transform-transitive '+ args 0))
4006 (define-source-transform * (&rest args)
4007   (source-transform-transitive '* args 1))
4008 (define-source-transform logior (&rest args)
4009   (source-transform-transitive 'logior args 0 'integer))
4010 (define-source-transform logxor (&rest args)
4011   (source-transform-transitive 'logxor args 0 'integer))
4012 (define-source-transform logand (&rest args)
4013   (source-transform-transitive 'logand args -1 'integer))
4014 (define-source-transform logeqv (&rest args)
4015   (source-transform-transitive 'logeqv args -1 'integer))
4016 (define-source-transform gcd (&rest args)
4017   (source-transform-transitive 'gcd args 0 'integer '(abs)))
4018 (define-source-transform lcm (&rest args)
4019   (source-transform-transitive 'lcm args 1 'integer '(abs)))
4020
4021 ;;; Do source transformations for intransitive n-arg functions such as
4022 ;;; /. With one arg, we form the inverse. With two args we pass.
4023 ;;; Otherwise we associate into two-arg calls.
4024 (declaim (ftype (function (symbol symbol list t list &optional symbol)
4025                           (values list &optional (member nil t)))
4026                 source-transform-intransitive))
4027 (defun source-transform-intransitive (fun fun* args identity one-arg-prefixes
4028                                       &optional (one-arg-result-type 'number))
4029   (case (length args)
4030     ((0 2) (values nil t))
4031     (1 `(,@one-arg-prefixes (the ,one-arg-result-type ,(first args))))
4032     (t (let ((reduced-args
4033               (reduce-constants fun* (rest args) identity one-arg-result-type)))
4034          (associate-args fun (first args) reduced-args identity)))))
4035
4036 (define-source-transform - (&rest args)
4037   (source-transform-intransitive '- '+ args 0 '(%negate)))
4038 (define-source-transform / (&rest args)
4039   (source-transform-intransitive '/ '* args 1 '(/ 1)))
4040 \f
4041 ;;;; transforming APPLY
4042
4043 ;;; We convert APPLY into MULTIPLE-VALUE-CALL so that the compiler
4044 ;;; only needs to understand one kind of variable-argument call. It is
4045 ;;; more efficient to convert APPLY to MV-CALL than MV-CALL to APPLY.
4046 (define-source-transform apply (fun arg &rest more-args)
4047   (let ((args (cons arg more-args)))
4048     `(multiple-value-call ,fun
4049        ,@(mapcar (lambda (x) `(values ,x)) (butlast args))
4050        (values-list ,(car (last args))))))
4051
4052 ;;; When &REST argument are at play, we also have extra context and count
4053 ;;; arguments -- convert to %VALUES-LIST-OR-CONTEXT when possible, so that the
4054 ;;; deftransform can decide what to do after everything has been converted.
4055 (define-source-transform values-list (list)
4056   (if (symbolp list)
4057       (let* ((var (lexenv-find list vars))
4058              (info (when (lambda-var-p var)
4059                      (lambda-var-arg-info var))))
4060         (if (and info
4061                  (eq :rest (arg-info-kind info))
4062                  (consp (arg-info-default info)))
4063             (destructuring-bind (context count &optional used) (arg-info-default info)
4064               (declare (ignore used))
4065               `(%values-list-or-context ,list ,context ,count))
4066             (values nil t)))
4067       (values nil t)))
4068
4069 (deftransform %values-list-or-context ((list context count) * * :node node)
4070   (let* ((use (lvar-use list))
4071          (var (when (ref-p use) (ref-leaf use)))
4072          (home (when (lambda-var-p var) (lambda-var-home var)))
4073          (info (when (lambda-var-p var) (lambda-var-arg-info var))))
4074     (flet ((ref-good-for-more-context-p (ref)
4075              (let ((dest (principal-lvar-end (node-lvar ref))))
4076                (and (combination-p dest)
4077                     ;; Uses outside VALUES-LIST will require a &REST list anyways,
4078                     ;; to it's no use saving effort here -- plus they might modify
4079                     ;; the list destructively.
4080                     (eq '%values-list-or-context (lvar-fun-name (combination-fun dest)))
4081                     ;; If the home lambda is different and isn't DX, it might
4082                     ;; escape -- in which case using the more context isn't safe.
4083                     (let ((clambda (node-home-lambda dest)))
4084                       (or (eq home clambda)
4085                           (leaf-dynamic-extent clambda)))))))
4086       (let ((context-ok
4087               (and info
4088                    (consp (arg-info-default info))
4089                    (not (lambda-var-specvar var))
4090                    (not (lambda-var-sets var))
4091                    (every #'ref-good-for-more-context-p (lambda-var-refs var))
4092                    (policy node (= 3 rest-conversion)))))
4093         (cond (context-ok
4094                (destructuring-bind (context count &optional used) (arg-info-default info)
4095                  (declare (ignore used))
4096                  (setf (arg-info-default info) (list context count t)))
4097                `(%more-arg-values context 0 count))
4098               (t
4099                (when info
4100                  (setf (arg-info-default info) t))
4101                `(values-list list)))))))
4102
4103 \f
4104 ;;;; transforming FORMAT
4105 ;;;;
4106 ;;;; If the control string is a compile-time constant, then replace it
4107 ;;;; with a use of the FORMATTER macro so that the control string is
4108 ;;;; ``compiled.'' Furthermore, if the destination is either a stream
4109 ;;;; or T and the control string is a function (i.e. FORMATTER), then
4110 ;;;; convert the call to FORMAT to just a FUNCALL of that function.
4111
4112 ;;; for compile-time argument count checking.
4113 ;;;
4114 ;;; FIXME II: In some cases, type information could be correlated; for
4115 ;;; instance, ~{ ... ~} requires a list argument, so if the lvar-type
4116 ;;; of a corresponding argument is known and does not intersect the
4117 ;;; list type, a warning could be signalled.
4118 (defun check-format-args (string args fun)
4119   (declare (type string string))
4120   (unless (typep string 'simple-string)
4121     (setq string (coerce string 'simple-string)))
4122   (multiple-value-bind (min max)
4123       (handler-case (sb!format:%compiler-walk-format-string string args)
4124         (sb!format:format-error (c)
4125           (compiler-warn "~A" c)))
4126     (when min
4127       (let ((nargs (length args)))
4128         (cond
4129           ((< nargs min)
4130            (warn 'format-too-few-args-warning
4131                  :format-control
4132                  "Too few arguments (~D) to ~S ~S: requires at least ~D."
4133                  :format-arguments (list nargs fun string min)))
4134           ((> nargs max)
4135            (warn 'format-too-many-args-warning
4136                  :format-control
4137                  "Too many arguments (~D) to ~S ~S: uses at most ~D."
4138                  :format-arguments (list nargs fun string max))))))))
4139
4140 (defoptimizer (format optimizer) ((dest control &rest args))
4141   (when (constant-lvar-p control)
4142     (let ((x (lvar-value control)))
4143       (when (stringp x)
4144         (check-format-args x args 'format)))))
4145
4146 ;;; We disable this transform in the cross-compiler to save memory in
4147 ;;; the target image; most of the uses of FORMAT in the compiler are for
4148 ;;; error messages, and those don't need to be particularly fast.
4149 #+sb-xc
4150 (deftransform format ((dest control &rest args) (t simple-string &rest t) *
4151                       :policy (>= speed space))
4152   (unless (constant-lvar-p control)
4153     (give-up-ir1-transform "The control string is not a constant."))
4154   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
4155     `(lambda (dest control ,@arg-names)
4156        (declare (ignore control))
4157        (format dest (formatter ,(lvar-value control)) ,@arg-names))))
4158
4159 (deftransform format ((stream control &rest args) (stream function &rest t))
4160   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
4161     `(lambda (stream control ,@arg-names)
4162        (funcall control stream ,@arg-names)
4163        nil)))
4164
4165 (deftransform format ((tee control &rest args) ((member t) function &rest t))
4166   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
4167     `(lambda (tee control ,@arg-names)
4168        (declare (ignore tee))
4169        (funcall control *standard-output* ,@arg-names)
4170        nil)))
4171
4172 (deftransform pathname ((pathspec) (pathname) *)
4173   'pathspec)
4174
4175 (deftransform pathname ((pathspec) (string) *)
4176   '(values (parse-namestring pathspec)))
4177
4178 (macrolet
4179     ((def (name)
4180          `(defoptimizer (,name optimizer) ((control &rest args))
4181             (when (constant-lvar-p control)
4182               (let ((x (lvar-value control)))
4183                 (when (stringp x)
4184                   (check-format-args x args ',name)))))))
4185   (def error)
4186   (def warn)
4187   #+sb-xc-host ; Only we should be using these
4188   (progn
4189     (def style-warn)
4190     (def compiler-error)
4191     (def compiler-warn)
4192     (def compiler-style-warn)
4193     (def compiler-notify)
4194     (def maybe-compiler-notify)
4195     (def bug)))
4196
4197 (defoptimizer (cerror optimizer) ((report control &rest args))
4198   (when (and (constant-lvar-p control)
4199              (constant-lvar-p report))
4200     (let ((x (lvar-value control))
4201           (y (lvar-value report)))
4202       (when (and (stringp x) (stringp y))
4203         (multiple-value-bind (min1 max1)
4204             (handler-case
4205                 (sb!format:%compiler-walk-format-string x args)
4206               (sb!format:format-error (c)
4207                 (compiler-warn "~A" c)))
4208           (when min1
4209             (multiple-value-bind (min2 max2)
4210                 (handler-case
4211                     (sb!format:%compiler-walk-format-string y args)
4212                   (sb!format:format-error (c)
4213                     (compiler-warn "~A" c)))
4214               (when min2
4215                 (let ((nargs (length args)))
4216                   (cond
4217                     ((< nargs (min min1 min2))
4218                      (warn 'format-too-few-args-warning
4219                            :format-control
4220                            "Too few arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
4221                             requires at least ~D."
4222                            :format-arguments
4223                            (list nargs 'cerror y x (min min1 min2))))
4224                     ((> nargs (max max1 max2))
4225                      (warn 'format-too-many-args-warning
4226                            :format-control
4227                            "Too many arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
4228                             uses at most ~D."
4229                            :format-arguments
4230                            (list nargs 'cerror y x (max max1 max2))))))))))))))
4231
4232 (defoptimizer (coerce derive-type) ((value type) node)
4233   (cond
4234     ((constant-lvar-p type)
4235      ;; This branch is essentially (RESULT-TYPE-SPECIFIER-NTH-ARG 2),
4236      ;; but dealing with the niggle that complex canonicalization gets
4237      ;; in the way: (COERCE 1 'COMPLEX) returns 1, which is not of
4238      ;; type COMPLEX.
4239      (let* ((specifier (lvar-value type))
4240             (result-typeoid (careful-specifier-type specifier)))
4241        (cond
4242          ((null result-typeoid) nil)
4243          ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'number))
4244           ;; the difficult case: we have to cope with ANSI 12.1.5.3
4245           ;; Rule of Canonical Representation for Complex Rationals,
4246           ;; which is a truly nasty delivery to field.
4247           (cond
4248             ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'real))
4249              ;; cleverness required here: it would be nice to deduce
4250              ;; that something of type (INTEGER 2 3) coerced to type
4251              ;; DOUBLE-FLOAT should return (DOUBLE-FLOAT 2.0d0 3.0d0).
4252              ;; FLOAT gets its own clause because it's implemented as
4253              ;; a UNION-TYPE, so we don't catch it in the NUMERIC-TYPE
4254              ;; logic below.
4255              result-typeoid)
4256             ((and (numeric-type-p result-typeoid)
4257                   (eq (numeric-type-complexp result-typeoid) :real))
4258              ;; FIXME: is this clause (a) necessary or (b) useful?
4259              result-typeoid)
4260             ((or (csubtypep result-typeoid
4261                             (specifier-type '(complex single-float)))
4262                  (csubtypep result-typeoid
4263                             (specifier-type '(complex double-float)))
4264                  #!+long-float
4265                  (csubtypep result-typeoid
4266                             (specifier-type '(complex long-float))))
4267              ;; float complex types are never canonicalized.
4268              result-typeoid)
4269             (t
4270              ;; if it's not a REAL, or a COMPLEX FLOAToid, it's
4271              ;; probably just a COMPLEX or equivalent.  So, in that
4272              ;; case, we will return a complex or an object of the
4273              ;; provided type if it's rational:
4274              (type-union result-typeoid
4275                          (type-intersection (lvar-type value)
4276                                             (specifier-type 'rational))))))
4277          ((and (policy node (zerop safety))
4278                (csubtypep result-typeoid (specifier-type '(array * (*)))))
4279           ;; At zero safety the deftransform for COERCE can elide dimension
4280           ;; checks for the things like (COERCE X '(SIMPLE-VECTOR 5)) -- so we
4281           ;; need to simplify the type to drop the dimension information.
4282           (let ((vtype (simplify-vector-type result-typeoid)))
4283             (if vtype
4284                 (specifier-type vtype)
4285                 result-typeoid)))
4286          (t
4287           result-typeoid))))
4288     (t
4289      ;; OK, the result-type argument isn't constant.  However, there
4290      ;; are common uses where we can still do better than just
4291      ;; *UNIVERSAL-TYPE*: e.g. (COERCE X (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y)),
4292      ;; where Y is of a known type.  See messages on cmucl-imp
4293      ;; 2001-02-14 and sbcl-devel 2002-12-12.  We only worry here
4294      ;; about types that can be returned by (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y), on
4295      ;; the basis that it's unlikely that other uses are both
4296      ;; time-critical and get to this branch of the COND (non-constant
4297      ;; second argument to COERCE).  -- CSR, 2002-12-16
4298      (let ((value-type (lvar-type value))
4299            (type-type (lvar-type type)))
4300        (labels
4301            ((good-cons-type-p (cons-type)
4302               ;; Make sure the cons-type we're looking at is something
4303               ;; we're prepared to handle which is basically something
4304               ;; that array-element-type can return.
4305               (or (and (member-type-p cons-type)
4306                        (eql 1 (member-type-size cons-type))
4307                        (null (first (member-type-members cons-type))))
4308                   (let ((car-type (cons-type-car-type cons-type)))
4309                     (and (member-type-p car-type)
4310                          (eql 1 (member-type-members car-type))
4311                          (let ((elt (first (member-type-members car-type))))
4312                            (or (symbolp elt)
4313                                (numberp elt)
4314                                (and (listp elt)
4315                                     (numberp (first elt)))))
4316                          (good-cons-type-p (cons-type-cdr-type cons-type))))))
4317             (unconsify-type (good-cons-type)
4318               ;; Convert the "printed" respresentation of a cons
4319               ;; specifier into a type specifier.  That is, the
4320               ;; specifier (CONS (EQL SIGNED-BYTE) (CONS (EQL 16)
4321               ;; NULL)) is converted to (SIGNED-BYTE 16).
4322               (cond ((or (null good-cons-type)
4323                          (eq good-cons-type 'null))
4324                      nil)
4325                     ((and (eq (first good-cons-type) 'cons)
4326                           (eq (first (second good-cons-type)) 'member))
4327                      `(,(second (second good-cons-type))
4328                        ,@(unconsify-type (caddr good-cons-type))))))
4329             (coerceable-p (part)
4330               ;; Can the value be coerced to the given type?  Coerce is
4331               ;; complicated, so we don't handle every possible case
4332               ;; here---just the most common and easiest cases:
4333               ;;
4334               ;; * Any REAL can be coerced to a FLOAT type.
4335               ;; * Any NUMBER can be coerced to a (COMPLEX
4336               ;;   SINGLE/DOUBLE-FLOAT).
4337               ;;
4338               ;; FIXME I: we should also be able to deal with characters
4339               ;; here.
4340               ;;
4341               ;; FIXME II: I'm not sure that anything is necessary
4342               ;; here, at least while COMPLEX is not a specialized
4343               ;; array element type in the system.  Reasoning: if
4344               ;; something cannot be coerced to the requested type, an
4345               ;; error will be raised (and so any downstream compiled
4346               ;; code on the assumption of the returned type is
4347               ;; unreachable).  If something can, then it will be of
4348               ;; the requested type, because (by assumption) COMPLEX
4349               ;; (and other difficult types like (COMPLEX INTEGER)
4350               ;; aren't specialized types.
4351               (let ((coerced-type (careful-specifier-type part)))
4352                 (when coerced-type
4353                   (or (and (csubtypep coerced-type (specifier-type 'float))
4354                            (csubtypep value-type (specifier-type 'real)))
4355                       (and (csubtypep coerced-type
4356                                       (specifier-type `(or (complex single-float)
4357                                                            (complex double-float))))
4358                           (csubtypep value-type (specifier-type 'number)))))))
4359             (process-types (type)
4360               ;; FIXME: This needs some work because we should be able
4361               ;; to derive the resulting type better than just the
4362               ;; type arg of coerce.  That is, if X is (INTEGER 10
4363               ;; 20), then (COERCE X 'DOUBLE-FLOAT) should say
4364               ;; (DOUBLE-FLOAT 10d0 20d0) instead of just
4365               ;; double-float.
4366               (cond ((member-type-p type)
4367                      (block punt
4368                        (let (members)
4369                          (mapc-member-type-members
4370                           (lambda (member)
4371                             (if (coerceable-p member)
4372                                 (push member members)
4373                                 (return-from punt *universal-type*)))
4374                           type)
4375                          (specifier-type `(or ,@members)))))
4376                     ((and (cons-type-p type)
4377                           (good-cons-type-p type))
4378                      (let ((c-type (unconsify-type (type-specifier type))))
4379                        (if (coerceable-p c-type)
4380                            (specifier-type c-type)
4381                            *universal-type*)))
4382                     (t
4383                      *universal-type*))))
4384          (cond ((union-type-p type-type)
4385                 (apply #'type-union (mapcar #'process-types
4386                                             (union-type-types type-type))))
4387                ((or (member-type-p type-type)
4388                     (cons-type-p type-type))
4389                 (process-types type-type))
4390                (t
4391                 *universal-type*)))))))
4392
4393 (defoptimizer (compile derive-type) ((nameoid function))
4394   (when (csubtypep (lvar-type nameoid)
4395                    (specifier-type 'null))
4396     (values-specifier-type '(values function boolean boolean))))
4397
4398 ;;; FIXME: Maybe also STREAM-ELEMENT-TYPE should be given some loving
4399 ;;; treatment along these lines? (See discussion in COERCE DERIVE-TYPE
4400 ;;; optimizer, above).
4401 (defoptimizer (array-element-type derive-type) ((array))
4402   (let ((array-type (lvar-type array)))
4403     (labels ((consify (list)
4404               (if (endp list)
4405                   '(eql nil)
4406                   `(cons (eql ,(car list)) ,(consify (rest list)))))
4407             (get-element-type (a)
4408               (let ((element-type
4409                      (type-specifier (array-type-specialized-element-type a))))
4410                 (cond ((eq element-type '*)
4411                        (specifier-type 'type-specifier))
4412                       ((symbolp element-type)
4413                        (make-member-type :members (list element-type)))
4414                       ((consp element-type)
4415                        (specifier-type (consify element-type)))
4416                       (t
4417                        (error "can't understand type ~S~%" element-type))))))
4418       (labels ((recurse (type)
4419                   (cond ((array-type-p type)
4420                          (get-element-type type))
4421                         ((union-type-p type)
4422                          (apply #'type-union
4423                                 (mapcar #'recurse (union-type-types type))))
4424                         (t
4425                          *universal-type*))))
4426         (recurse array-type)))))
4427
4428 (define-source-transform sb!impl::sort-vector (vector start end predicate key)
4429   ;; Like CMU CL, we use HEAPSORT. However, other than that, this code
4430   ;; isn't really related to the CMU CL code, since instead of trying
4431   ;; to generalize the CMU CL code to allow START and END values, this
4432   ;; code has been written from scratch following Chapter 7 of
4433   ;; _Introduction to Algorithms_ by Corman, Rivest, and Shamir.
4434   `(macrolet ((%index (x) `(truly-the index ,x))
4435               (%parent (i) `(ash ,i -1))
4436               (%left (i) `(%index (ash ,i 1)))
4437               (%right (i) `(%index (1+ (ash ,i 1))))
4438               (%heapify (i)
4439                `(do* ((i ,i)
4440                       (left (%left i) (%left i)))
4441                  ((> left current-heap-size))
4442                  (declare (type index i left))
4443                  (let* ((i-elt (%elt i))
4444                         (i-key (funcall keyfun i-elt))
4445                         (left-elt (%elt left))
4446                         (left-key (funcall keyfun left-elt)))
4447                    (multiple-value-bind (large large-elt large-key)
4448                        (if (funcall ,',predicate i-key left-key)
4449                            (values left left-elt left-key)
4450                            (values i i-elt i-key))
4451                      (let ((right (%right i)))
4452                        (multiple-value-bind (largest largest-elt)
4453                            (if (> right current-heap-size)
4454                                (values large large-elt)
4455                                (let* ((right-elt (%elt right))
4456                                       (right-key (funcall keyfun right-elt)))
4457                                  (if (funcall ,',predicate large-key right-key)
4458                                      (values right right-elt)
4459                                      (values large large-elt))))
4460                          (cond ((= largest i)
4461                                 (return))
4462                                (t
4463                                 (setf (%elt i) largest-elt
4464                                       (%elt largest) i-elt
4465                                       i largest)))))))))
4466               (%sort-vector (keyfun &optional (vtype 'vector))
4467                `(macrolet (;; KLUDGE: In SBCL ca. 0.6.10, I had
4468                            ;; trouble getting type inference to
4469                            ;; propagate all the way through this
4470                            ;; tangled mess of inlining. The TRULY-THE
4471                            ;; here works around that. -- WHN
4472                            (%elt (i)
4473                             `(aref (truly-the ,',vtype ,',',vector)
4474                               (%index (+ (%index ,i) start-1)))))
4475                  (let (;; Heaps prefer 1-based addressing.
4476                        (start-1 (1- ,',start))
4477                        (current-heap-size (- ,',end ,',start))
4478                        (keyfun ,keyfun))
4479                    (declare (type (integer -1 #.(1- sb!xc:most-positive-fixnum))
4480                                   start-1))
4481                    (declare (type index current-heap-size))
4482                    (declare (type function keyfun))
4483                    (loop for i of-type index
4484                          from (ash current-heap-size -1) downto 1 do
4485                          (%heapify i))
4486                    (loop
4487                     (when (< current-heap-size 2)
4488                       (return))
4489                     (rotatef (%elt 1) (%elt current-heap-size))
4490                     (decf current-heap-size)
4491                     (%heapify 1))))))
4492     (if (typep ,vector 'simple-vector)
4493         ;; (VECTOR T) is worth optimizing for, and SIMPLE-VECTOR is
4494         ;; what we get from (VECTOR T) inside WITH-ARRAY-DATA.
4495         (if (null ,key)
4496             ;; Special-casing the KEY=NIL case lets us avoid some
4497             ;; function calls.
4498             (%sort-vector #'identity simple-vector)
4499             (%sort-vector ,key simple-vector))
4500         ;; It's hard to anticipate many speed-critical applications for
4501         ;; sorting vector types other than (VECTOR T), so we just lump
4502         ;; them all together in one slow dynamically typed mess.
4503         (locally
4504           (declare (optimize (speed 2) (space 2) (inhibit-warnings 3)))
4505           (%sort-vector (or ,key #'identity))))))
4506 \f
4507 ;;;; debuggers' little helpers
4508
4509 ;;; for debugging when transforms are behaving mysteriously,
4510 ;;; e.g. when debugging a problem with an ASH transform
4511 ;;;   (defun foo (&optional s)
4512 ;;;     (sb-c::/report-lvar s "S outside WHEN")
4513 ;;;     (when (and (integerp s) (> s 3))
4514 ;;;       (sb-c::/report-lvar s "S inside WHEN")
4515 ;;;       (let ((bound (ash 1 (1- s))))
4516 ;;;         (sb-c::/report-lvar bound "BOUND")
4517 ;;;         (let ((x (- bound))
4518 ;;;               (y (1- bound)))
4519 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "X")
4520 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "Y"))
4521 ;;;         `(integer ,(- bound) ,(1- bound)))))
4522 ;;; (The DEFTRANSFORM doesn't do anything but report at compile time,
4523 ;;; and the function doesn't do anything at all.)
4524 #!+sb-show
4525 (progn
4526   (defknown /report-lvar (t t) null)
4527   (deftransform /report-lvar ((x message) (t t))
4528     (format t "~%/in /REPORT-LVAR~%")
4529     (format t "/(LVAR-TYPE X)=~S~%" (lvar-type x))
4530     (when (constant-lvar-p x)
4531       (format t "/(LVAR-VALUE X)=~S~%" (lvar-value x)))
4532     (format t "/MESSAGE=~S~%" (lvar-value message))
4533     (give-up-ir1-transform "not a real transform"))
4534   (defun /report-lvar (x message)
4535     (declare (ignore x message))))
4536
4537 \f
4538 ;;;; Transforms for internal compiler utilities
4539
4540 ;;; If QUALITY-NAME is constant and a valid name, don't bother
4541 ;;; checking that it's still valid at run-time.
4542 (deftransform policy-quality ((policy quality-name)
4543                               (t symbol))
4544   (unless (and (constant-lvar-p quality-name)
4545                (policy-quality-name-p (lvar-value quality-name)))
4546     (give-up-ir1-transform))
4547   '(%policy-quality policy quality-name))