1.0.34.13: add DERIVE-TYPE optimizer for %UNARY-ROUND
[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 ;;; Bind the value and make a closure that returns it.
33 (define-source-transform constantly (value)
34   (with-unique-names (rest n-value)
35     `(let ((,n-value ,value))
36       (lambda (&rest ,rest)
37         (declare (ignore ,rest))
38         ,n-value))))
39
40 ;;; If the function has a known number of arguments, then return a
41 ;;; lambda with the appropriate fixed number of args. If the
42 ;;; destination is a FUNCALL, then do the &REST APPLY thing, and let
43 ;;; MV optimization figure things out.
44 (deftransform complement ((fun) * * :node node)
45   "open code"
46   (multiple-value-bind (min max)
47       (fun-type-nargs (lvar-type fun))
48     (cond
49      ((and min (eql min max))
50       (let ((dums (make-gensym-list min)))
51         `#'(lambda ,dums (not (funcall fun ,@dums)))))
52      ((awhen (node-lvar node)
53         (let ((dest (lvar-dest it)))
54           (and (combination-p dest)
55                (eq (combination-fun dest) it))))
56       '#'(lambda (&rest args)
57            (not (apply fun args))))
58      (t
59       (give-up-ir1-transform
60        "The function doesn't have a fixed argument count.")))))
61 \f
62 ;;;; list hackery
63
64 ;;; Translate CxR into CAR/CDR combos.
65 (defun source-transform-cxr (form)
66   (if (/= (length form) 2)
67       (values nil t)
68       (let* ((name (car form))
69              (string (symbol-name
70                       (etypecase name
71                         (symbol name)
72                         (leaf (leaf-source-name name))))))
73         (do ((i (- (length string) 2) (1- i))
74              (res (cadr form)
75                   `(,(ecase (char string i)
76                        (#\A 'car)
77                        (#\D 'cdr))
78                     ,res)))
79             ((zerop i) res)))))
80
81 ;;; Make source transforms to turn CxR forms into combinations of CAR
82 ;;; and CDR. ANSI specifies that everything up to 4 A/D operations is
83 ;;; defined.
84 (/show0 "about to set CxR source transforms")
85 (loop for i of-type index from 2 upto 4 do
86       ;; Iterate over BUF = all names CxR where x = an I-element
87       ;; string of #\A or #\D characters.
88       (let ((buf (make-string (+ 2 i))))
89         (setf (aref buf 0) #\C
90               (aref buf (1+ i)) #\R)
91         (dotimes (j (ash 2 i))
92           (declare (type index j))
93           (dotimes (k i)
94             (declare (type index k))
95             (setf (aref buf (1+ k))
96                   (if (logbitp k j) #\A #\D)))
97           (setf (info :function :source-transform (intern buf))
98                 #'source-transform-cxr))))
99 (/show0 "done setting CxR source transforms")
100
101 ;;; Turn FIRST..FOURTH and REST into the obvious synonym, assuming
102 ;;; whatever is right for them is right for us. FIFTH..TENTH turn into
103 ;;; Nth, which can be expanded into a CAR/CDR later on if policy
104 ;;; favors it.
105 (define-source-transform first (x) `(car ,x))
106 (define-source-transform rest (x) `(cdr ,x))
107 (define-source-transform second (x) `(cadr ,x))
108 (define-source-transform third (x) `(caddr ,x))
109 (define-source-transform fourth (x) `(cadddr ,x))
110 (define-source-transform fifth (x) `(nth 4 ,x))
111 (define-source-transform sixth (x) `(nth 5 ,x))
112 (define-source-transform seventh (x) `(nth 6 ,x))
113 (define-source-transform eighth (x) `(nth 7 ,x))
114 (define-source-transform ninth (x) `(nth 8 ,x))
115 (define-source-transform tenth (x) `(nth 9 ,x))
116
117 ;;; LIST with one arg is an extremely common operation (at least inside
118 ;;; SBCL itself); translate it to CONS to take advantage of common
119 ;;; allocation routines.
120 (define-source-transform list (&rest args)
121   (case (length args)
122     (1 `(cons ,(first args) nil))
123     (t (values nil t))))
124
125 ;;; And similarly for LIST*.
126 (define-source-transform list* (arg &rest others)
127   (cond ((not others) arg)
128         ((not (cdr others)) `(cons ,arg ,(car others)))
129         (t (values nil t))))
130
131 (defoptimizer (list* derive-type) ((arg &rest args))
132   (if args
133       (specifier-type 'cons)
134       (lvar-type arg)))
135
136 ;;; Translate RPLACx to LET and SETF.
137 (define-source-transform rplaca (x y)
138   (once-only ((n-x x))
139     `(progn
140        (setf (car ,n-x) ,y)
141        ,n-x)))
142 (define-source-transform rplacd (x y)
143   (once-only ((n-x x))
144     `(progn
145        (setf (cdr ,n-x) ,y)
146        ,n-x)))
147
148 (define-source-transform nth (n l) `(car (nthcdr ,n ,l)))
149
150 (deftransform last ((list &optional n) (t &optional t))
151   (let ((c (constant-lvar-p n)))
152     (cond ((or (not n)
153                (and c (eql 1 (lvar-value n))))
154            '(%last1 list))
155           ((and c (eql 0 (lvar-value n)))
156            '(%last0 list))
157           (t
158            (let ((type (lvar-type n)))
159              (cond ((csubtypep type (specifier-type 'fixnum))
160                     '(%lastn/fixnum list n))
161                    ((csubtypep type (specifier-type 'bignum))
162                     '(%lastn/bignum list n))
163                    (t
164                     (give-up-ir1-transform "second argument type too vague"))))))))
165
166 (define-source-transform gethash (&rest args)
167   (case (length args)
168    (2 `(sb!impl::gethash3 ,@args nil))
169    (3 `(sb!impl::gethash3 ,@args))
170    (t (values nil t))))
171 (define-source-transform get (&rest args)
172   (case (length args)
173    (2 `(sb!impl::get2 ,@args))
174    (3 `(sb!impl::get3 ,@args))
175    (t (values nil t))))
176
177 (defvar *default-nthcdr-open-code-limit* 6)
178 (defvar *extreme-nthcdr-open-code-limit* 20)
179
180 (deftransform nthcdr ((n l) (unsigned-byte t) * :node node)
181   "convert NTHCDR to CAxxR"
182   (unless (constant-lvar-p n)
183     (give-up-ir1-transform))
184   (let ((n (lvar-value n)))
185     (when (> n
186              (if (policy node (and (= speed 3) (= space 0)))
187                  *extreme-nthcdr-open-code-limit*
188                  *default-nthcdr-open-code-limit*))
189       (give-up-ir1-transform))
190
191     (labels ((frob (n)
192                (if (zerop n)
193                    'l
194                    `(cdr ,(frob (1- n))))))
195       (frob n))))
196 \f
197 ;;;; arithmetic and numerology
198
199 (define-source-transform plusp (x) `(> ,x 0))
200 (define-source-transform minusp (x) `(< ,x 0))
201 (define-source-transform zerop (x) `(= ,x 0))
202
203 (define-source-transform 1+ (x) `(+ ,x 1))
204 (define-source-transform 1- (x) `(- ,x 1))
205
206 (define-source-transform oddp (x) `(logtest ,x 1))
207 (define-source-transform evenp (x) `(not (logtest ,x 1)))
208
209 ;;; Note that all the integer division functions are available for
210 ;;; inline expansion.
211
212 (macrolet ((deffrob (fun)
213              `(define-source-transform ,fun (x &optional (y nil y-p))
214                 (declare (ignore y))
215                 (if y-p
216                     (values nil t)
217                     `(,',fun ,x 1)))))
218   (deffrob truncate)
219   (deffrob round)
220   #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
221   (deffrob floor)
222   #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
223   (deffrob ceiling))
224
225 ;;; This used to be a source transform (hence the lack of restrictions
226 ;;; on the argument types), but we make it a regular transform so that
227 ;;; the VM has a chance to see the bare LOGTEST and potentiall choose
228 ;;; to implement it differently.  --njf, 06-02-2006
229 (deftransform logtest ((x y) * *)
230   `(not (zerop (logand x y))))
231
232 (deftransform logbitp
233     ((index integer) (unsigned-byte (or (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits)
234                                         (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))))
235   `(if (>= index #.sb!vm:n-word-bits)
236        (minusp integer)
237        (not (zerop (logand integer (ash 1 index))))))
238
239 (define-source-transform byte (size position)
240   `(cons ,size ,position))
241 (define-source-transform byte-size (spec) `(car ,spec))
242 (define-source-transform byte-position (spec) `(cdr ,spec))
243 (define-source-transform ldb-test (bytespec integer)
244   `(not (zerop (mask-field ,bytespec ,integer))))
245
246 ;;; With the ratio and complex accessors, we pick off the "identity"
247 ;;; case, and use a primitive to handle the cell access case.
248 (define-source-transform numerator (num)
249   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
250     `(if (ratiop ,n-num)
251          (%numerator ,n-num)
252          ,n-num)))
253 (define-source-transform denominator (num)
254   (once-only ((n-num `(the rational ,num)))
255     `(if (ratiop ,n-num)
256          (%denominator ,n-num)
257          1)))
258 \f
259 ;;;; interval arithmetic for computing bounds
260 ;;;;
261 ;;;; This is a set of routines for operating on intervals. It
262 ;;;; implements a simple interval arithmetic package. Although SBCL
263 ;;;; has an interval type in NUMERIC-TYPE, we choose to use our own
264 ;;;; for two reasons:
265 ;;;;
266 ;;;;   1. This package is simpler than NUMERIC-TYPE.
267 ;;;;
268 ;;;;   2. It makes debugging much easier because you can just strip
269 ;;;;   out these routines and test them independently of SBCL. (This is a
270 ;;;;   big win!)
271 ;;;;
272 ;;;; One disadvantage is a probable increase in consing because we
273 ;;;; have to create these new interval structures even though
274 ;;;; numeric-type has everything we want to know. Reason 2 wins for
275 ;;;; now.
276
277 ;;; Support operations that mimic real arithmetic comparison
278 ;;; operators, but imposing a total order on the floating points such
279 ;;; that negative zeros are strictly less than positive zeros.
280 (macrolet ((def (name op)
281              `(defun ,name (x y)
282                 (declare (real x y))
283                 (if (and (floatp x) (floatp y) (zerop x) (zerop y))
284                     (,op (float-sign x) (float-sign y))
285                     (,op x y)))))
286   (def signed-zero->= >=)
287   (def signed-zero-> >)
288   (def signed-zero-= =)
289   (def signed-zero-< <)
290   (def signed-zero-<= <=))
291
292 ;;; The basic interval type. It can handle open and closed intervals.
293 ;;; A bound is open if it is a list containing a number, just like
294 ;;; Lisp says. NIL means unbounded.
295 (defstruct (interval (:constructor %make-interval)
296                      (:copier nil))
297   low high)
298
299 (defun make-interval (&key low high)
300   (labels ((normalize-bound (val)
301              (cond #-sb-xc-host
302                    ((and (floatp val)
303                          (float-infinity-p val))
304                     ;; Handle infinities.
305                     nil)
306                    ((or (numberp val)
307                         (eq val nil))
308                     ;; Handle any closed bounds.
309                     val)
310                    ((listp val)
311                     ;; We have an open bound. Normalize the numeric
312                     ;; bound. If the normalized bound is still a number
313                     ;; (not nil), keep the bound open. Otherwise, the
314                     ;; bound is really unbounded, so drop the openness.
315                     (let ((new-val (normalize-bound (first val))))
316                       (when new-val
317                         ;; The bound exists, so keep it open still.
318                         (list new-val))))
319                    (t
320                     (error "unknown bound type in MAKE-INTERVAL")))))
321     (%make-interval :low (normalize-bound low)
322                     :high (normalize-bound high))))
323
324 ;;; Given a number X, create a form suitable as a bound for an
325 ;;; interval. Make the bound open if OPEN-P is T. NIL remains NIL.
326 #!-sb-fluid (declaim (inline set-bound))
327 (defun set-bound (x open-p)
328   (if (and x open-p) (list x) x))
329
330 ;;; Apply the function F to a bound X. If X is an open bound, then
331 ;;; the result will be open. IF X is NIL, the result is NIL.
332 (defun bound-func (f x)
333   (declare (type function f))
334   (and x
335        (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
336          ;; With these traps masked, we might get things like infinity
337          ;; or negative infinity returned. Check for this and return
338          ;; NIL to indicate unbounded.
339          (let ((y (funcall f (type-bound-number x))))
340            (if (and (floatp y)
341                     (float-infinity-p y))
342                nil
343                (set-bound y (consp x)))))))
344
345 (defun safe-double-coercion-p (x)
346   (or (typep x 'double-float)
347       (<= most-negative-double-float x most-positive-double-float)))
348
349 (defun safe-single-coercion-p (x)
350   (or (typep x 'single-float)
351       ;; Fix for bug 420, and related issues: during type derivation we often
352       ;; end up deriving types for both
353       ;;
354       ;;   (some-op <int> <single>)
355       ;; and
356       ;;   (some-op (coerce <int> 'single-float) <single>)
357       ;;
358       ;; or other equivalent transformed forms. The problem with this is that
359       ;; on some platforms like x86 (+ <int> <single>) is on the machine level
360       ;; equivalent of
361       ;;
362       ;;   (coerce (+ (coerce <int> 'double-float)
363       ;;              (coerce <single> 'double-float))
364       ;;           'single-float)
365       ;;
366       ;; so if the result of (coerce <int> 'single-float) is not exact, the
367       ;; derived types for the transformed forms will have an empty
368       ;; intersection -- which in turn means that the compiler will conclude
369       ;; that the call never returns, and all hell breaks lose when it *does*
370       ;; return at runtime. (This affects not just +, but other operators are
371       ;; well.)
372       (and (not (typep x `(or (integer * (,most-negative-exactly-single-float-fixnum))
373                               (integer (,most-positive-exactly-single-float-fixnum) *))))
374            (<= most-negative-single-float x most-positive-single-float))))
375
376 ;;; Apply a binary operator OP to two bounds X and Y. The result is
377 ;;; NIL if either is NIL. Otherwise bound is computed and the result
378 ;;; is open if either X or Y is open.
379 ;;;
380 ;;; FIXME: only used in this file, not needed in target runtime
381
382 ;;; ANSI contaigon specifies coercion to floating point if one of the
383 ;;; arguments is floating point. Here we should check to be sure that
384 ;;; the other argument is within the bounds of that floating point
385 ;;; type.
386
387 (defmacro safely-binop (op x y)
388   `(cond
389      ((typep ,x 'double-float)
390       (when (safe-double-coercion-p ,y)
391         (,op ,x ,y)))
392      ((typep ,y 'double-float)
393       (when (safe-double-coercion-p ,x)
394         (,op ,x ,y)))
395      ((typep ,x 'single-float)
396       (when (safe-single-coercion-p ,y)
397         (,op ,x ,y)))
398      ((typep ,y 'single-float)
399       (when (safe-single-coercion-p ,x)
400         (,op ,x ,y)))
401      (t (,op ,x ,y))))
402
403 (defmacro bound-binop (op x y)
404   `(and ,x ,y
405        (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
406          (set-bound (safely-binop ,op (type-bound-number ,x)
407                                   (type-bound-number ,y))
408                     (or (consp ,x) (consp ,y))))))
409
410 (defun coerce-for-bound (val type)
411   (if (consp val)
412       (list (coerce-for-bound (car val) type))
413       (cond
414         ((subtypep type 'double-float)
415          (if (<= most-negative-double-float val most-positive-double-float)
416              (coerce val type)))
417         ((or (subtypep type 'single-float) (subtypep type 'float))
418          ;; coerce to float returns a single-float
419          (if (<= most-negative-single-float val most-positive-single-float)
420              (coerce val type)))
421         (t (coerce val type)))))
422
423 (defun coerce-and-truncate-floats (val type)
424   (when val
425     (if (consp val)
426         (list (coerce-and-truncate-floats (car val) type))
427         (cond
428           ((subtypep type 'double-float)
429            (if (<= most-negative-double-float val most-positive-double-float)
430                (coerce val type)
431                (if (< val most-negative-double-float)
432                    most-negative-double-float most-positive-double-float)))
433           ((or (subtypep type 'single-float) (subtypep type 'float))
434            ;; coerce to float returns a single-float
435            (if (<= most-negative-single-float val most-positive-single-float)
436                (coerce val type)
437                (if (< val most-negative-single-float)
438                    most-negative-single-float most-positive-single-float)))
439           (t (coerce val type))))))
440
441 ;;; Convert a numeric-type object to an interval object.
442 (defun numeric-type->interval (x)
443   (declare (type numeric-type x))
444   (make-interval :low (numeric-type-low x)
445                  :high (numeric-type-high x)))
446
447 (defun type-approximate-interval (type)
448   (declare (type ctype type))
449   (let ((types (prepare-arg-for-derive-type type))
450         (result nil))
451     (dolist (type types)
452       (let ((type (if (member-type-p type)
453                       (convert-member-type type)
454                       type)))
455         (unless (numeric-type-p type)
456           (return-from type-approximate-interval nil))
457         (let ((interval (numeric-type->interval type)))
458           (setq result
459                 (if result
460                     (interval-approximate-union result interval)
461                     interval)))))
462     result))
463
464 (defun copy-interval-limit (limit)
465   (if (numberp limit)
466       limit
467       (copy-list limit)))
468
469 (defun copy-interval (x)
470   (declare (type interval x))
471   (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
472                  :high (copy-interval-limit (interval-high x))))
473
474 ;;; Given a point P contained in the interval X, split X into two
475 ;;; interval at the point P. If CLOSE-LOWER is T, then the left
476 ;;; interval contains P. If CLOSE-UPPER is T, the right interval
477 ;;; contains P. You can specify both to be T or NIL.
478 (defun interval-split (p x &optional close-lower close-upper)
479   (declare (type number p)
480            (type interval x))
481   (list (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
482                        :high (if close-lower p (list p)))
483         (make-interval :low (if close-upper (list p) p)
484                        :high (copy-interval-limit (interval-high x)))))
485
486 ;;; Return the closure of the interval. That is, convert open bounds
487 ;;; to closed bounds.
488 (defun interval-closure (x)
489   (declare (type interval x))
490   (make-interval :low (type-bound-number (interval-low x))
491                  :high (type-bound-number (interval-high x))))
492
493 ;;; For an interval X, if X >= POINT, return '+. If X <= POINT, return
494 ;;; '-. Otherwise return NIL.
495 (defun interval-range-info (x &optional (point 0))
496   (declare (type interval x))
497   (let ((lo (interval-low x))
498         (hi (interval-high x)))
499     (cond ((and lo (signed-zero->= (type-bound-number lo) point))
500            '+)
501           ((and hi (signed-zero->= point (type-bound-number hi)))
502            '-)
503           (t
504            nil))))
505
506 ;;; Test to see whether the interval X is bounded. HOW determines the
507 ;;; test, and should be either ABOVE, BELOW, or BOTH.
508 (defun interval-bounded-p (x how)
509   (declare (type interval x))
510   (ecase how
511     (above
512      (interval-high x))
513     (below
514      (interval-low x))
515     (both
516      (and (interval-low x) (interval-high x)))))
517
518 ;;; See whether the interval X contains the number P, taking into
519 ;;; account that the interval might not be closed.
520 (defun interval-contains-p (p x)
521   (declare (type number p)
522            (type interval x))
523   ;; Does the interval X contain the number P?  This would be a lot
524   ;; easier if all intervals were closed!
525   (let ((lo (interval-low x))
526         (hi (interval-high x)))
527     (cond ((and lo hi)
528            ;; The interval is bounded
529            (if (and (signed-zero-<= (type-bound-number lo) p)
530                     (signed-zero-<= p (type-bound-number hi)))
531                ;; P is definitely in the closure of the interval.
532                ;; We just need to check the end points now.
533                (cond ((signed-zero-= p (type-bound-number lo))
534                       (numberp lo))
535                      ((signed-zero-= p (type-bound-number hi))
536                       (numberp hi))
537                      (t t))
538                nil))
539           (hi
540            ;; Interval with upper bound
541            (if (signed-zero-< p (type-bound-number hi))
542                t
543                (and (numberp hi) (signed-zero-= p hi))))
544           (lo
545            ;; Interval with lower bound
546            (if (signed-zero-> p (type-bound-number lo))
547                t
548                (and (numberp lo) (signed-zero-= p lo))))
549           (t
550            ;; Interval with no bounds
551            t))))
552
553 ;;; Determine whether two intervals X and Y intersect. Return T if so.
554 ;;; If CLOSED-INTERVALS-P is T, the treat the intervals as if they
555 ;;; were closed. Otherwise the intervals are treated as they are.
556 ;;;
557 ;;; Thus if X = [0, 1) and Y = (1, 2), then they do not intersect
558 ;;; because no element in X is in Y. However, if CLOSED-INTERVALS-P
559 ;;; is T, then they do intersect because we use the closure of X = [0,
560 ;;; 1] and Y = [1, 2] to determine intersection.
561 (defun interval-intersect-p (x y &optional closed-intervals-p)
562   (declare (type interval x y))
563   (and (interval-intersection/difference (if closed-intervals-p
564                                              (interval-closure x)
565                                              x)
566                                          (if closed-intervals-p
567                                              (interval-closure y)
568                                              y))
569        t))
570
571 ;;; Are the two intervals adjacent?  That is, is there a number
572 ;;; between the two intervals that is not an element of either
573 ;;; interval?  If so, they are not adjacent. For example [0, 1) and
574 ;;; [1, 2] are adjacent but [0, 1) and (1, 2] are not because 1 lies
575 ;;; between both intervals.
576 (defun interval-adjacent-p (x y)
577   (declare (type interval x y))
578   (flet ((adjacent (lo hi)
579            ;; Check to see whether lo and hi are adjacent. If either is
580            ;; nil, they can't be adjacent.
581            (when (and lo hi (= (type-bound-number lo) (type-bound-number hi)))
582              ;; The bounds are equal. They are adjacent if one of
583              ;; them is closed (a number). If both are open (consp),
584              ;; then there is a number that lies between them.
585              (or (numberp lo) (numberp hi)))))
586     (or (adjacent (interval-low y) (interval-high x))
587         (adjacent (interval-low x) (interval-high y)))))
588
589 ;;; Compute the intersection and difference between two intervals.
590 ;;; Two values are returned: the intersection and the difference.
591 ;;;
592 ;;; Let the two intervals be X and Y, and let I and D be the two
593 ;;; values returned by this function. Then I = X intersect Y. If I
594 ;;; is NIL (the empty set), then D is X union Y, represented as the
595 ;;; list of X and Y. If I is not the empty set, then D is (X union Y)
596 ;;; - I, which is a list of two intervals.
597 ;;;
598 ;;; For example, let X = [1,5] and Y = [-1,3). Then I = [1,3) and D =
599 ;;; [-1,1) union [3,5], which is returned as a list of two intervals.
600 (defun interval-intersection/difference (x y)
601   (declare (type interval x y))
602   (let ((x-lo (interval-low x))
603         (x-hi (interval-high x))
604         (y-lo (interval-low y))
605         (y-hi (interval-high y)))
606     (labels
607         ((opposite-bound (p)
608            ;; If p is an open bound, make it closed. If p is a closed
609            ;; bound, make it open.
610            (if (listp p)
611                (first p)
612                (list p)))
613          (test-number (p int bound)
614            ;; Test whether P is in the interval.
615            (let ((pn (type-bound-number p)))
616              (when (interval-contains-p pn (interval-closure int))
617                ;; Check for endpoints.
618                (let* ((lo (interval-low int))
619                       (hi (interval-high int))
620                       (lon (type-bound-number lo))
621                       (hin (type-bound-number hi)))
622                  (cond
623                    ;; Interval may be a point.
624                    ((and lon hin (= lon hin pn))
625                     (and (numberp p) (numberp lo) (numberp hi)))
626                    ;; Point matches the low end.
627                    ;; [P] [P,?} => TRUE     [P] (P,?} => FALSE
628                    ;; (P  [P,?} => TRUE      P) [P,?} => FALSE
629                    ;; (P  (P,?} => TRUE      P) (P,?} => FALSE
630                    ((and lon (= pn lon))
631                     (or (and (numberp p) (numberp lo))
632                         (and (consp p) (eq :low bound))))
633                    ;; [P] {?,P] => TRUE     [P] {?,P) => FALSE
634                    ;;  P) {?,P] => TRUE     (P  {?,P] => FALSE
635                    ;;  P) {?,P) => TRUE     (P  {?,P) => FALSE
636                    ((and hin (= pn hin))
637                     (or (and (numberp p) (numberp hi))
638                         (and (consp p) (eq :high bound))))
639                    ;; Not an endpoint, all is well.
640                    (t
641                     t))))))
642          (test-lower-bound (p int)
643            ;; P is a lower bound of an interval.
644            (if p
645                (test-number p int :low)
646                (not (interval-bounded-p int 'below))))
647          (test-upper-bound (p int)
648            ;; P is an upper bound of an interval.
649            (if p
650                (test-number p int :high)
651                (not (interval-bounded-p int 'above)))))
652       (let ((x-lo-in-y (test-lower-bound x-lo y))
653             (x-hi-in-y (test-upper-bound x-hi y))
654             (y-lo-in-x (test-lower-bound y-lo x))
655             (y-hi-in-x (test-upper-bound y-hi x)))
656         (cond ((or x-lo-in-y x-hi-in-y y-lo-in-x y-hi-in-x)
657                ;; Intervals intersect. Let's compute the intersection
658                ;; and the difference.
659                (multiple-value-bind (lo left-lo left-hi)
660                    (cond (x-lo-in-y (values x-lo y-lo (opposite-bound x-lo)))
661                          (y-lo-in-x (values y-lo x-lo (opposite-bound y-lo))))
662                  (multiple-value-bind (hi right-lo right-hi)
663                      (cond (x-hi-in-y
664                             (values x-hi (opposite-bound x-hi) y-hi))
665                            (y-hi-in-x
666                             (values y-hi (opposite-bound y-hi) x-hi)))
667                    (values (make-interval :low lo :high hi)
668                            (list (make-interval :low left-lo
669                                                 :high left-hi)
670                                  (make-interval :low right-lo
671                                                 :high right-hi))))))
672               (t
673                (values nil (list x y))))))))
674
675 ;;; If intervals X and Y intersect, return a new interval that is the
676 ;;; union of the two. If they do not intersect, return NIL.
677 (defun interval-merge-pair (x y)
678   (declare (type interval x y))
679   ;; If x and y intersect or are adjacent, create the union.
680   ;; Otherwise return nil
681   (when (or (interval-intersect-p x y)
682             (interval-adjacent-p x y))
683     (flet ((select-bound (x1 x2 min-op max-op)
684              (let ((x1-val (type-bound-number x1))
685                    (x2-val (type-bound-number x2)))
686                (cond ((and x1 x2)
687                       ;; Both bounds are finite. Select the right one.
688                       (cond ((funcall min-op x1-val x2-val)
689                              ;; x1 is definitely better.
690                              x1)
691                             ((funcall max-op x1-val x2-val)
692                              ;; x2 is definitely better.
693                              x2)
694                             (t
695                              ;; Bounds are equal. Select either
696                              ;; value and make it open only if
697                              ;; both were open.
698                              (set-bound x1-val (and (consp x1) (consp x2))))))
699                      (t
700                       ;; At least one bound is not finite. The
701                       ;; non-finite bound always wins.
702                       nil)))))
703       (let* ((x-lo (copy-interval-limit (interval-low x)))
704              (x-hi (copy-interval-limit (interval-high x)))
705              (y-lo (copy-interval-limit (interval-low y)))
706              (y-hi (copy-interval-limit (interval-high y))))
707         (make-interval :low (select-bound x-lo y-lo #'< #'>)
708                        :high (select-bound x-hi y-hi #'> #'<))))))
709
710 ;;; return the minimal interval, containing X and Y
711 (defun interval-approximate-union (x y)
712   (cond ((interval-merge-pair x y))
713         ((interval-< x y)
714          (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low x))
715                         :high (copy-interval-limit (interval-high y))))
716         (t
717          (make-interval :low (copy-interval-limit (interval-low y))
718                         :high (copy-interval-limit (interval-high x))))))
719
720 ;;; basic arithmetic operations on intervals. We probably should do
721 ;;; true interval arithmetic here, but it's complicated because we
722 ;;; have float and integer types and bounds can be open or closed.
723
724 ;;; the negative of an interval
725 (defun interval-neg (x)
726   (declare (type interval x))
727   (make-interval :low (bound-func #'- (interval-high x))
728                  :high (bound-func #'- (interval-low x))))
729
730 ;;; Add two intervals.
731 (defun interval-add (x y)
732   (declare (type interval x y))
733   (make-interval :low (bound-binop + (interval-low x) (interval-low y))
734                  :high (bound-binop + (interval-high x) (interval-high y))))
735
736 ;;; Subtract two intervals.
737 (defun interval-sub (x y)
738   (declare (type interval x y))
739   (make-interval :low (bound-binop - (interval-low x) (interval-high y))
740                  :high (bound-binop - (interval-high x) (interval-low y))))
741
742 ;;; Multiply two intervals.
743 (defun interval-mul (x y)
744   (declare (type interval x y))
745   (flet ((bound-mul (x y)
746            (cond ((or (null x) (null y))
747                   ;; Multiply by infinity is infinity
748                   nil)
749                  ((or (and (numberp x) (zerop x))
750                       (and (numberp y) (zerop y)))
751                   ;; Multiply by closed zero is special. The result
752                   ;; is always a closed bound. But don't replace this
753                   ;; with zero; we want the multiplication to produce
754                   ;; the correct signed zero, if needed. Use SIGNUM
755                   ;; to avoid trying to multiply huge bignums with 0.0.
756                   (* (signum (type-bound-number x)) (signum (type-bound-number y))))
757                  ((or (and (floatp x) (float-infinity-p x))
758                       (and (floatp y) (float-infinity-p y)))
759                   ;; Infinity times anything is infinity
760                   nil)
761                  (t
762                   ;; General multiply. The result is open if either is open.
763                   (bound-binop * x y)))))
764     (let ((x-range (interval-range-info x))
765           (y-range (interval-range-info y)))
766       (cond ((null x-range)
767              ;; Split x into two and multiply each separately
768              (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
769                (interval-merge-pair (interval-mul x- y)
770                                     (interval-mul x+ y))))
771             ((null y-range)
772              ;; Split y into two and multiply each separately
773              (destructuring-bind (y- y+) (interval-split 0 y t t)
774                (interval-merge-pair (interval-mul x y-)
775                                     (interval-mul x y+))))
776             ((eq x-range '-)
777              (interval-neg (interval-mul (interval-neg x) y)))
778             ((eq y-range '-)
779              (interval-neg (interval-mul x (interval-neg y))))
780             ((and (eq x-range '+) (eq y-range '+))
781              ;; If we are here, X and Y are both positive.
782              (make-interval
783               :low (bound-mul (interval-low x) (interval-low y))
784               :high (bound-mul (interval-high x) (interval-high y))))
785             (t
786              (bug "excluded case in INTERVAL-MUL"))))))
787
788 ;;; Divide two intervals.
789 (defun interval-div (top bot)
790   (declare (type interval top bot))
791   (flet ((bound-div (x y y-low-p)
792            ;; Compute x/y
793            (cond ((null y)
794                   ;; Divide by infinity means result is 0. However,
795                   ;; we need to watch out for the sign of the result,
796                   ;; to correctly handle signed zeros. We also need
797                   ;; to watch out for positive or negative infinity.
798                   (if (floatp (type-bound-number x))
799                       (if y-low-p
800                           (- (float-sign (type-bound-number x) 0.0))
801                           (float-sign (type-bound-number x) 0.0))
802                       0))
803                  ((zerop (type-bound-number y))
804                   ;; Divide by zero means result is infinity
805                   nil)
806                  ((and (numberp x) (zerop x))
807                   ;; Zero divided by anything is zero.
808                   x)
809                  (t
810                   (bound-binop / x y)))))
811     (let ((top-range (interval-range-info top))
812           (bot-range (interval-range-info bot)))
813       (cond ((null bot-range)
814              ;; The denominator contains zero, so anything goes!
815              (make-interval :low nil :high nil))
816             ((eq bot-range '-)
817              ;; Denominator is negative so flip the sign, compute the
818              ;; result, and flip it back.
819              (interval-neg (interval-div top (interval-neg bot))))
820             ((null top-range)
821              ;; Split top into two positive and negative parts, and
822              ;; divide each separately
823              (destructuring-bind (top- top+) (interval-split 0 top t t)
824                (interval-merge-pair (interval-div top- bot)
825                                     (interval-div top+ bot))))
826             ((eq top-range '-)
827              ;; Top is negative so flip the sign, divide, and flip the
828              ;; sign of the result.
829              (interval-neg (interval-div (interval-neg top) bot)))
830             ((and (eq top-range '+) (eq bot-range '+))
831              ;; the easy case
832              (make-interval
833               :low (bound-div (interval-low top) (interval-high bot) t)
834               :high (bound-div (interval-high top) (interval-low bot) nil)))
835             (t
836              (bug "excluded case in INTERVAL-DIV"))))))
837
838 ;;; Apply the function F to the interval X. If X = [a, b], then the
839 ;;; result is [f(a), f(b)]. It is up to the user to make sure the
840 ;;; result makes sense. It will if F is monotonic increasing (or
841 ;;; non-decreasing).
842 (defun interval-func (f x)
843   (declare (type function f)
844            (type interval x))
845   (let ((lo (bound-func f (interval-low x)))
846         (hi (bound-func f (interval-high x))))
847     (make-interval :low lo :high hi)))
848
849 ;;; Return T if X < Y. That is every number in the interval X is
850 ;;; always less than any number in the interval Y.
851 (defun interval-< (x y)
852   (declare (type interval x y))
853   ;; X < Y only if X is bounded above, Y is bounded below, and they
854   ;; don't overlap.
855   (when (and (interval-bounded-p x 'above)
856              (interval-bounded-p y 'below))
857     ;; Intervals are bounded in the appropriate way. Make sure they
858     ;; don't overlap.
859     (let ((left (interval-high x))
860           (right (interval-low y)))
861       (cond ((> (type-bound-number left)
862                 (type-bound-number right))
863              ;; The intervals definitely overlap, so result is NIL.
864              nil)
865             ((< (type-bound-number left)
866                 (type-bound-number right))
867              ;; The intervals definitely don't touch, so result is T.
868              t)
869             (t
870              ;; Limits are equal. Check for open or closed bounds.
871              ;; Don't overlap if one or the other are open.
872              (or (consp left) (consp right)))))))
873
874 ;;; Return T if X >= Y. That is, every number in the interval X is
875 ;;; always greater than any number in the interval Y.
876 (defun interval->= (x y)
877   (declare (type interval x y))
878   ;; X >= Y if lower bound of X >= upper bound of Y
879   (when (and (interval-bounded-p x 'below)
880              (interval-bounded-p y 'above))
881     (>= (type-bound-number (interval-low x))
882         (type-bound-number (interval-high y)))))
883
884 ;;; Return T if X = Y.
885 (defun interval-= (x y)
886   (declare (type interval x y))
887   (and (interval-bounded-p x 'both)
888        (interval-bounded-p y 'both)
889        (flet ((bound (v)
890                 (if (numberp v)
891                     v
892                     ;; Open intervals cannot be =
893                     (return-from interval-= nil))))
894          ;; Both intervals refer to the same point
895          (= (bound (interval-high x)) (bound (interval-low x))
896             (bound (interval-high y)) (bound (interval-low y))))))
897
898 ;;; Return T if X /= Y
899 (defun interval-/= (x y)
900   (not (interval-intersect-p x y)))
901
902 ;;; Return an interval that is the absolute value of X. Thus, if
903 ;;; X = [-1 10], the result is [0, 10].
904 (defun interval-abs (x)
905   (declare (type interval x))
906   (case (interval-range-info x)
907     (+
908      (copy-interval x))
909     (-
910      (interval-neg x))
911     (t
912      (destructuring-bind (x- x+) (interval-split 0 x t t)
913        (interval-merge-pair (interval-neg x-) x+)))))
914
915 ;;; Compute the square of an interval.
916 (defun interval-sqr (x)
917   (declare (type interval x))
918   (interval-func (lambda (x) (* x x))
919                  (interval-abs x)))
920 \f
921 ;;;; numeric DERIVE-TYPE methods
922
923 ;;; a utility for defining derive-type methods of integer operations. If
924 ;;; the types of both X and Y are integer types, then we compute a new
925 ;;; integer type with bounds determined Fun when applied to X and Y.
926 ;;; Otherwise, we use NUMERIC-CONTAGION.
927 (defun derive-integer-type-aux (x y fun)
928   (declare (type function fun))
929   (if (and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y)
930            (eq (numeric-type-class x) 'integer)
931            (eq (numeric-type-class y) 'integer)
932            (eq (numeric-type-complexp x) :real)
933            (eq (numeric-type-complexp y) :real))
934       (multiple-value-bind (low high) (funcall fun x y)
935         (make-numeric-type :class 'integer
936                            :complexp :real
937                            :low low
938                            :high high))
939       (numeric-contagion x y)))
940
941 (defun derive-integer-type (x y fun)
942   (declare (type lvar x y) (type function fun))
943   (let ((x (lvar-type x))
944         (y (lvar-type y)))
945     (derive-integer-type-aux x y fun)))
946
947 ;;; simple utility to flatten a list
948 (defun flatten-list (x)
949   (labels ((flatten-and-append (tree list)
950              (cond ((null tree) list)
951                    ((atom tree) (cons tree list))
952                    (t (flatten-and-append
953                        (car tree) (flatten-and-append (cdr tree) list))))))
954     (flatten-and-append x nil)))
955
956 ;;; Take some type of lvar and massage it so that we get a list of the
957 ;;; constituent types. If ARG is *EMPTY-TYPE*, return NIL to indicate
958 ;;; failure.
959 (defun prepare-arg-for-derive-type (arg)
960   (flet ((listify (arg)
961            (typecase arg
962              (numeric-type
963               (list arg))
964              (union-type
965               (union-type-types arg))
966              (t
967               (list arg)))))
968     (unless (eq arg *empty-type*)
969       ;; Make sure all args are some type of numeric-type. For member
970       ;; types, convert the list of members into a union of equivalent
971       ;; single-element member-type's.
972       (let ((new-args nil))
973         (dolist (arg (listify arg))
974           (if (member-type-p arg)
975               ;; Run down the list of members and convert to a list of
976               ;; member types.
977               (mapc-member-type-members
978                (lambda (member)
979                  (push (if (numberp member)
980                            (make-member-type :members (list member))
981                            *empty-type*)
982                        new-args))
983                arg)
984               (push arg new-args)))
985         (unless (member *empty-type* new-args)
986           new-args)))))
987
988 ;;; Convert from the standard type convention for which -0.0 and 0.0
989 ;;; are equal to an intermediate convention for which they are
990 ;;; considered different which is more natural for some of the
991 ;;; optimisers.
992 (defun convert-numeric-type (type)
993   (declare (type numeric-type type))
994   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
995   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
996       (let* ((lo (numeric-type-low type))
997              (lo-val (type-bound-number lo))
998              (lo-float-zero-p (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)))
999              (hi (numeric-type-high type))
1000              (hi-val (type-bound-number hi))
1001              (hi-float-zero-p (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0))))
1002         (if (or lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1003             (make-numeric-type
1004              :class (numeric-type-class type)
1005              :format (numeric-type-format type)
1006              :complexp :real
1007              :low (if lo-float-zero-p
1008                       (if (consp lo)
1009                           (list (float 0.0 lo-val))
1010                           (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) lo-val))
1011                       lo)
1012              :high (if hi-float-zero-p
1013                        (if (consp hi)
1014                            (list (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) hi-val))
1015                            (float 0.0 hi-val))
1016                        hi))
1017             type))
1018       ;; Not real float.
1019       type))
1020
1021 ;;; Convert back from the intermediate convention for which -0.0 and
1022 ;;; 0.0 are considered different to the standard type convention for
1023 ;;; which and equal.
1024 (defun convert-back-numeric-type (type)
1025   (declare (type numeric-type type))
1026   ;;; Only convert real float interval delimiters types.
1027   (if (eq (numeric-type-complexp type) :real)
1028       (let* ((lo (numeric-type-low type))
1029              (lo-val (type-bound-number lo))
1030              (lo-float-zero-p
1031               (and lo (floatp lo-val) (= lo-val 0.0)
1032                    (float-sign lo-val)))
1033              (hi (numeric-type-high type))
1034              (hi-val (type-bound-number hi))
1035              (hi-float-zero-p
1036               (and hi (floatp hi-val) (= hi-val 0.0)
1037                    (float-sign hi-val))))
1038         (cond
1039           ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
1040           ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
1041           ((and lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1042            ;; shouldn't have exclusive bounds here..
1043            (aver (and (not (consp lo)) (not (consp hi))))
1044            (if (= lo-float-zero-p hi-float-zero-p)
1045                ;; (float +0.0 +0.0) => (member 0.0)
1046                ;; (float -0.0 -0.0) => (member -0.0)
1047                (specifier-type `(member ,lo-val))
1048                ;; (float -0.0 +0.0) => (float 0.0 0.0)
1049                ;; (float +0.0 -0.0) => (float 0.0 0.0)
1050                (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1051                                   :format (numeric-type-format type)
1052                                   :complexp :real
1053                                   :low hi-val
1054                                   :high hi-val)))
1055           (lo-float-zero-p
1056            (cond
1057              ;; (float -0.0 x) => (float 0.0 x)
1058              ((and (not (consp lo)) (minusp lo-float-zero-p))
1059               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1060                                  :format (numeric-type-format type)
1061                                  :complexp :real
1062                                  :low (float 0.0 lo-val)
1063                                  :high hi))
1064              ;; (float (+0.0) x) => (float (0.0) x)
1065              ((and (consp lo) (plusp lo-float-zero-p))
1066               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1067                                  :format (numeric-type-format type)
1068                                  :complexp :real
1069                                  :low (list (float 0.0 lo-val))
1070                                  :high hi))
1071              (t
1072               ;; (float +0.0 x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
1073               ;; (float (-0.0) x) => (or (member 0.0) (float (0.0) x))
1074               (list (make-member-type :members (list (float 0.0 lo-val)))
1075                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1076                                        :format (numeric-type-format type)
1077                                        :complexp :real
1078                                        :low (list (float 0.0 lo-val))
1079                                        :high hi)))))
1080           (hi-float-zero-p
1081            (cond
1082              ;; (float x +0.0) => (float x 0.0)
1083              ((and (not (consp hi)) (plusp hi-float-zero-p))
1084               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1085                                  :format (numeric-type-format type)
1086                                  :complexp :real
1087                                  :low lo
1088                                  :high (float 0.0 hi-val)))
1089              ;; (float x (-0.0)) => (float x (0.0))
1090              ((and (consp hi) (minusp hi-float-zero-p))
1091               (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1092                                  :format (numeric-type-format type)
1093                                  :complexp :real
1094                                  :low lo
1095                                  :high (list (float 0.0 hi-val))))
1096              (t
1097               ;; (float x (+0.0)) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
1098               ;; (float x -0.0) => (or (member -0.0) (float x (0.0)))
1099               (list (make-member-type :members (list (float (load-time-value (make-unportable-float :single-float-negative-zero)) hi-val)))
1100                     (make-numeric-type :class (numeric-type-class type)
1101                                        :format (numeric-type-format type)
1102                                        :complexp :real
1103                                        :low lo
1104                                        :high (list (float 0.0 hi-val)))))))
1105           (t
1106            type)))
1107       ;; not real float
1108       type))
1109
1110 ;;; Convert back a possible list of numeric types.
1111 (defun convert-back-numeric-type-list (type-list)
1112   (typecase type-list
1113     (list
1114      (let ((results '()))
1115        (dolist (type type-list)
1116          (if (numeric-type-p type)
1117              (let ((result (convert-back-numeric-type type)))
1118                (if (listp result)
1119                    (setf results (append results result))
1120                    (push result results)))
1121              (push type results)))
1122        results))
1123     (numeric-type
1124      (convert-back-numeric-type type-list))
1125     (union-type
1126      (convert-back-numeric-type-list (union-type-types type-list)))
1127     (t
1128      type-list)))
1129
1130 ;;; FIXME: MAKE-CANONICAL-UNION-TYPE and CONVERT-MEMBER-TYPE probably
1131 ;;; belong in the kernel's type logic, invoked always, instead of in
1132 ;;; the compiler, invoked only during some type optimizations. (In
1133 ;;; fact, as of 0.pre8.100 or so they probably are, under
1134 ;;; MAKE-MEMBER-TYPE, so probably this code can be deleted)
1135
1136 ;;; Take a list of types and return a canonical type specifier,
1137 ;;; combining any MEMBER types together. If both positive and negative
1138 ;;; MEMBER types are present they are converted to a float type.
1139 ;;; XXX This would be far simpler if the type-union methods could handle
1140 ;;; member/number unions.
1141 (defun make-canonical-union-type (type-list)
1142   (let ((xset (alloc-xset))
1143         (fp-zeroes '())
1144         (misc-types '()))
1145     (dolist (type type-list)
1146       (cond ((member-type-p type)
1147              (mapc-member-type-members
1148               (lambda (member)
1149                 (if (fp-zero-p member)
1150                     (unless (member member fp-zeroes)
1151                       (pushnew member fp-zeroes))
1152                     (add-to-xset member xset)))
1153               type))
1154             (t
1155              (push type misc-types))))
1156     (if (and (xset-empty-p xset) (not fp-zeroes))
1157         (apply #'type-union misc-types)
1158         (apply #'type-union (make-member-type :xset xset :fp-zeroes fp-zeroes) misc-types))))
1159
1160 ;;; Convert a member type with a single member to a numeric type.
1161 (defun convert-member-type (arg)
1162   (let* ((members (member-type-members arg))
1163          (member (first members))
1164          (member-type (type-of member)))
1165     (aver (not (rest members)))
1166     (specifier-type (cond ((typep member 'integer)
1167                            `(integer ,member ,member))
1168                           ((memq member-type '(short-float single-float
1169                                                double-float long-float))
1170                            `(,member-type ,member ,member))
1171                           (t
1172                            member-type)))))
1173
1174 ;;; This is used in defoptimizers for computing the resulting type of
1175 ;;; a function.
1176 ;;;
1177 ;;; Given the lvar ARG, derive the resulting type using the
1178 ;;; DERIVE-FUN. DERIVE-FUN takes exactly one argument which is some
1179 ;;; "atomic" lvar type like numeric-type or member-type (containing
1180 ;;; just one element). It should return the resulting type, which can
1181 ;;; be a list of types.
1182 ;;;
1183 ;;; For the case of member types, if a MEMBER-FUN is given it is
1184 ;;; called to compute the result otherwise the member type is first
1185 ;;; converted to a numeric type and the DERIVE-FUN is called.
1186 (defun one-arg-derive-type (arg derive-fun member-fun
1187                                 &optional (convert-type t))
1188   (declare (type function derive-fun)
1189            (type (or null function) member-fun))
1190   (let ((arg-list (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg))))
1191     (when arg-list
1192       (flet ((deriver (x)
1193                (typecase x
1194                  (member-type
1195                   (if member-fun
1196                       (with-float-traps-masked
1197                           (:underflow :overflow :divide-by-zero)
1198                         (specifier-type
1199                          `(eql ,(funcall member-fun
1200                                          (first (member-type-members x))))))
1201                       ;; Otherwise convert to a numeric type.
1202                       (let ((result-type-list
1203                              (funcall derive-fun (convert-member-type x))))
1204                         (if convert-type
1205                             (convert-back-numeric-type-list result-type-list)
1206                             result-type-list))))
1207                  (numeric-type
1208                   (if convert-type
1209                       (convert-back-numeric-type-list
1210                        (funcall derive-fun (convert-numeric-type x)))
1211                       (funcall derive-fun x)))
1212                  (t
1213                   *universal-type*))))
1214         ;; Run down the list of args and derive the type of each one,
1215         ;; saving all of the results in a list.
1216         (let ((results nil))
1217           (dolist (arg arg-list)
1218             (let ((result (deriver arg)))
1219               (if (listp result)
1220                   (setf results (append results result))
1221                   (push result results))))
1222           (if (rest results)
1223               (make-canonical-union-type results)
1224               (first results)))))))
1225
1226 ;;; Same as ONE-ARG-DERIVE-TYPE, except we assume the function takes
1227 ;;; two arguments. DERIVE-FUN takes 3 args in this case: the two
1228 ;;; original args and a third which is T to indicate if the two args
1229 ;;; really represent the same lvar. This is useful for deriving the
1230 ;;; type of things like (* x x), which should always be positive. If
1231 ;;; we didn't do this, we wouldn't be able to tell.
1232 (defun two-arg-derive-type (arg1 arg2 derive-fun fun
1233                                  &optional (convert-type t))
1234   (declare (type function derive-fun fun))
1235   (flet ((deriver (x y same-arg)
1236            (cond ((and (member-type-p x) (member-type-p y))
1237                   (let* ((x (first (member-type-members x)))
1238                          (y (first (member-type-members y)))
1239                          (result (ignore-errors
1240                                    (with-float-traps-masked
1241                                        (:underflow :overflow :divide-by-zero
1242                                                    :invalid)
1243                                      (funcall fun x y)))))
1244                     (cond ((null result) *empty-type*)
1245                           ((and (floatp result) (float-nan-p result))
1246                            (make-numeric-type :class 'float
1247                                               :format (type-of result)
1248                                               :complexp :real))
1249                           (t
1250                            (specifier-type `(eql ,result))))))
1251                  ((and (member-type-p x) (numeric-type-p y))
1252                   (let* ((x (convert-member-type x))
1253                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1254                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1255                     (if convert-type
1256                         (convert-back-numeric-type-list result)
1257                         result)))
1258                  ((and (numeric-type-p x) (member-type-p y))
1259                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1260                          (y (convert-member-type y))
1261                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1262                     (if convert-type
1263                         (convert-back-numeric-type-list result)
1264                         result)))
1265                  ((and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y))
1266                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1267                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1268                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1269                     (if convert-type
1270                         (convert-back-numeric-type-list result)
1271                         result)))
1272                  (t
1273                   *universal-type*))))
1274     (let ((same-arg (same-leaf-ref-p arg1 arg2))
1275           (a1 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg1)))
1276           (a2 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg2))))
1277       (when (and a1 a2)
1278         (let ((results nil))
1279           (if same-arg
1280               ;; Since the args are the same LVARs, just run down the
1281               ;; lists.
1282               (dolist (x a1)
1283                 (let ((result (deriver x x same-arg)))
1284                   (if (listp result)
1285                       (setf results (append results result))
1286                       (push result results))))
1287               ;; Try all pairwise combinations.
1288               (dolist (x a1)
1289                 (dolist (y a2)
1290                   (let ((result (or (deriver x y same-arg)
1291                                     (numeric-contagion x y))))
1292                     (if (listp result)
1293                         (setf results (append results result))
1294                         (push result results))))))
1295           (if (rest results)
1296               (make-canonical-union-type results)
1297               (first results)))))))
1298 \f
1299 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1300 (progn
1301 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1302   (derive-integer-type
1303    x y
1304    #'(lambda (x y)
1305        (flet ((frob (x y)
1306                 (if (and x y)
1307                     (+ x y)
1308                     nil)))
1309          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-low y))
1310                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-high y)))))))
1311
1312 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1313   (derive-integer-type
1314    x y
1315    #'(lambda (x y)
1316        (flet ((frob (x y)
1317                 (if (and x y)
1318                     (- x y)
1319                     nil)))
1320          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-high y))
1321                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-low y)))))))
1322
1323 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1324   (derive-integer-type
1325    x y
1326    #'(lambda (x y)
1327        (let ((x-low (numeric-type-low x))
1328              (x-high (numeric-type-high x))
1329              (y-low (numeric-type-low y))
1330              (y-high (numeric-type-high y)))
1331          (cond ((not (and x-low y-low))
1332                 (values nil nil))
1333                ((or (minusp x-low) (minusp y-low))
1334                 (if (and x-high y-high)
1335                     (let ((max (* (max (abs x-low) (abs x-high))
1336                                   (max (abs y-low) (abs y-high)))))
1337                       (values (- max) max))
1338                     (values nil nil)))
1339                (t
1340                 (values (* x-low y-low)
1341                         (if (and x-high y-high)
1342                             (* x-high y-high)
1343                             nil))))))))
1344
1345 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1346   (numeric-contagion (lvar-type x) (lvar-type y)))
1347
1348 ) ; PROGN
1349
1350 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1351 (progn
1352 (defun +-derive-type-aux (x y same-arg)
1353   (if (and (numeric-type-real-p x)
1354            (numeric-type-real-p y))
1355       (let ((result
1356              (if same-arg
1357                  (let ((x-int (numeric-type->interval x)))
1358                    (interval-add x-int x-int))
1359                  (interval-add (numeric-type->interval x)
1360                                (numeric-type->interval y))))
1361             (result-type (numeric-contagion x y)))
1362         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1363         ;; the bounds into the correct type.
1364         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1365           (setf result (interval-func
1366                         #'(lambda (x)
1367                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1368                                                     'float)))
1369                         result)))
1370         (make-numeric-type
1371          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1372                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1373                     ;; The sum of integers is always an integer.
1374                     'integer
1375                     (numeric-type-class result-type))
1376          :format (numeric-type-format result-type)
1377          :low (interval-low result)
1378          :high (interval-high result)))
1379       ;; general contagion
1380       (numeric-contagion x y)))
1381
1382 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1383   (two-arg-derive-type x y #'+-derive-type-aux #'+))
1384
1385 (defun --derive-type-aux (x y same-arg)
1386   (if (and (numeric-type-real-p x)
1387            (numeric-type-real-p y))
1388       (let ((result
1389              ;; (- X X) is always 0.
1390              (if same-arg
1391                  (make-interval :low 0 :high 0)
1392                  (interval-sub (numeric-type->interval x)
1393                                (numeric-type->interval y))))
1394             (result-type (numeric-contagion x y)))
1395         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1396         ;; the bounds into the correct type.
1397         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1398           (setf result (interval-func
1399                         #'(lambda (x)
1400                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1401                                                     'float)))
1402                         result)))
1403         (make-numeric-type
1404          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1405                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1406                     ;; The difference of integers is always an integer.
1407                     'integer
1408                     (numeric-type-class result-type))
1409          :format (numeric-type-format result-type)
1410          :low (interval-low result)
1411          :high (interval-high result)))
1412       ;; general contagion
1413       (numeric-contagion x y)))
1414
1415 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1416   (two-arg-derive-type x y #'--derive-type-aux #'-))
1417
1418 (defun *-derive-type-aux (x y same-arg)
1419   (if (and (numeric-type-real-p x)
1420            (numeric-type-real-p y))
1421       (let ((result
1422              ;; (* X X) is always positive, so take care to do it right.
1423              (if same-arg
1424                  (interval-sqr (numeric-type->interval x))
1425                  (interval-mul (numeric-type->interval x)
1426                                (numeric-type->interval y))))
1427             (result-type (numeric-contagion x y)))
1428         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1429         ;; the bounds into the correct type.
1430         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1431           (setf result (interval-func
1432                         #'(lambda (x)
1433                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1434                                                     'float)))
1435                         result)))
1436         (make-numeric-type
1437          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1438                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1439                     ;; The product of integers is always an integer.
1440                     'integer
1441                     (numeric-type-class result-type))
1442          :format (numeric-type-format result-type)
1443          :low (interval-low result)
1444          :high (interval-high result)))
1445       (numeric-contagion x y)))
1446
1447 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1448   (two-arg-derive-type x y #'*-derive-type-aux #'*))
1449
1450 (defun /-derive-type-aux (x y same-arg)
1451   (if (and (numeric-type-real-p x)
1452            (numeric-type-real-p y))
1453       (let ((result
1454              ;; (/ X X) is always 1, except if X can contain 0. In
1455              ;; that case, we shouldn't optimize the division away
1456              ;; because we want 0/0 to signal an error.
1457              (if (and same-arg
1458                       (not (interval-contains-p
1459                             0 (interval-closure (numeric-type->interval y)))))
1460                  (make-interval :low 1 :high 1)
1461                  (interval-div (numeric-type->interval x)
1462                                (numeric-type->interval y))))
1463             (result-type (numeric-contagion x y)))
1464         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1465         ;; the bounds into the correct type.
1466         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1467           (setf result (interval-func
1468                         #'(lambda (x)
1469                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1470                                                     'float)))
1471                         result)))
1472         (make-numeric-type :class (numeric-type-class result-type)
1473                            :format (numeric-type-format result-type)
1474                            :low (interval-low result)
1475                            :high (interval-high result)))
1476       (numeric-contagion x y)))
1477
1478 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1479   (two-arg-derive-type x y #'/-derive-type-aux #'/))
1480
1481 ) ; PROGN
1482
1483 (defun ash-derive-type-aux (n-type shift same-arg)
1484   (declare (ignore same-arg))
1485   ;; KLUDGE: All this ASH optimization is suppressed under CMU CL for
1486   ;; some bignum cases because as of version 2.4.6 for Debian and 18d,
1487   ;; CMU CL blows up on (ASH 1000000000 -100000000000) (i.e. ASH of
1488   ;; two bignums yielding zero) and it's hard to avoid that
1489   ;; calculation in here.
1490   #+(and cmu sb-xc-host)
1491   (when (and (or (typep (numeric-type-low n-type) 'bignum)
1492                  (typep (numeric-type-high n-type) 'bignum))
1493              (or (typep (numeric-type-low shift) 'bignum)
1494                  (typep (numeric-type-high shift) 'bignum)))
1495     (return-from ash-derive-type-aux *universal-type*))
1496   (flet ((ash-outer (n s)
1497            (when (and (fixnump s)
1498                       (<= s 64)
1499                       (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1500              (ash n s)))
1501          ;; KLUDGE: The bare 64's here should be related to
1502          ;; symbolic machine word size values somehow.
1503
1504          (ash-inner (n s)
1505            (if (and (fixnump s)
1506                     (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1507              (ash n (min s 64))
1508              (if (minusp n) -1 0))))
1509     (or (and (csubtypep n-type (specifier-type 'integer))
1510              (csubtypep shift (specifier-type 'integer))
1511              (let ((n-low (numeric-type-low n-type))
1512                    (n-high (numeric-type-high n-type))
1513                    (s-low (numeric-type-low shift))
1514                    (s-high (numeric-type-high shift)))
1515                (make-numeric-type :class 'integer  :complexp :real
1516                                   :low (when n-low
1517                                          (if (minusp n-low)
1518                                            (ash-outer n-low s-high)
1519                                            (ash-inner n-low s-low)))
1520                                   :high (when n-high
1521                                           (if (minusp n-high)
1522                                             (ash-inner n-high s-low)
1523                                             (ash-outer n-high s-high))))))
1524         *universal-type*)))
1525
1526 (defoptimizer (ash derive-type) ((n shift))
1527   (two-arg-derive-type n shift #'ash-derive-type-aux #'ash))
1528
1529 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1530 (macrolet ((frob (fun)
1531              `#'(lambda (type type2)
1532                   (declare (ignore type2))
1533                   (let ((lo (numeric-type-low type))
1534                         (hi (numeric-type-high type)))
1535                     (values (if hi (,fun hi) nil) (if lo (,fun lo) nil))))))
1536
1537   (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1538     (derive-integer-type num num (frob -))))
1539
1540 (defun lognot-derive-type-aux (int)
1541   (derive-integer-type-aux int int
1542                            (lambda (type type2)
1543                              (declare (ignore type2))
1544                              (let ((lo (numeric-type-low type))
1545                                    (hi (numeric-type-high type)))
1546                                (values (if hi (lognot hi) nil)
1547                                        (if lo (lognot lo) nil)
1548                                        (numeric-type-class type)
1549                                        (numeric-type-format type))))))
1550
1551 (defoptimizer (lognot derive-type) ((int))
1552   (lognot-derive-type-aux (lvar-type int)))
1553
1554 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1555 (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1556   (flet ((negate-bound (b)
1557            (and b
1558                 (set-bound (- (type-bound-number b))
1559                            (consp b)))))
1560     (one-arg-derive-type num
1561                          (lambda (type)
1562                            (modified-numeric-type
1563                             type
1564                             :low (negate-bound (numeric-type-high type))
1565                             :high (negate-bound (numeric-type-low type))))
1566                          #'-)))
1567
1568 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1569 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1570   (let ((type (lvar-type num)))
1571     (if (and (numeric-type-p type)
1572              (eq (numeric-type-class type) 'integer)
1573              (eq (numeric-type-complexp type) :real))
1574         (let ((lo (numeric-type-low type))
1575               (hi (numeric-type-high type)))
1576           (make-numeric-type :class 'integer :complexp :real
1577                              :low (cond ((and hi (minusp hi))
1578                                          (abs hi))
1579                                         (lo
1580                                          (max 0 lo))
1581                                         (t
1582                                          0))
1583                              :high (if (and hi lo)
1584                                        (max (abs hi) (abs lo))
1585                                        nil)))
1586         (numeric-contagion type type))))
1587
1588 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1589 (defun abs-derive-type-aux (type)
1590   (cond ((eq (numeric-type-complexp type) :complex)
1591          ;; The absolute value of a complex number is always a
1592          ;; non-negative float.
1593          (let* ((format (case (numeric-type-class type)
1594                           ((integer rational) 'single-float)
1595                           (t (numeric-type-format type))))
1596                 (bound-format (or format 'float)))
1597            (make-numeric-type :class 'float
1598                               :format format
1599                               :complexp :real
1600                               :low (coerce 0 bound-format)
1601                               :high nil)))
1602         (t
1603          ;; The absolute value of a real number is a non-negative real
1604          ;; of the same type.
1605          (let* ((abs-bnd (interval-abs (numeric-type->interval type)))
1606                 (class (numeric-type-class type))
1607                 (format (numeric-type-format type))
1608                 (bound-type (or format class 'real)))
1609            (make-numeric-type
1610             :class class
1611             :format format
1612             :complexp :real
1613             :low (coerce-and-truncate-floats (interval-low abs-bnd) bound-type)
1614             :high (coerce-and-truncate-floats
1615                    (interval-high abs-bnd) bound-type))))))
1616
1617 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1618 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1619   (one-arg-derive-type num #'abs-derive-type-aux #'abs))
1620
1621 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1622 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1623   (let ((number-type (lvar-type number))
1624         (divisor-type (lvar-type divisor))
1625         (integer-type (specifier-type 'integer)))
1626     (if (and (numeric-type-p number-type)
1627              (csubtypep number-type integer-type)
1628              (numeric-type-p divisor-type)
1629              (csubtypep divisor-type integer-type))
1630         (let ((number-low (numeric-type-low number-type))
1631               (number-high (numeric-type-high number-type))
1632               (divisor-low (numeric-type-low divisor-type))
1633               (divisor-high (numeric-type-high divisor-type)))
1634           (values-specifier-type
1635            `(values ,(integer-truncate-derive-type number-low number-high
1636                                                    divisor-low divisor-high)
1637                     ,(integer-rem-derive-type number-low number-high
1638                                               divisor-low divisor-high))))
1639         *universal-type*)))
1640
1641 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1642 (progn
1643
1644 (defun rem-result-type (number-type divisor-type)
1645   ;; Figure out what the remainder type is. The remainder is an
1646   ;; integer if both args are integers; a rational if both args are
1647   ;; rational; and a float otherwise.
1648   (cond ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'integer))
1649               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'integer)))
1650          'integer)
1651         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'rational))
1652               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1653          'rational)
1654         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1655               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float)))
1656          ;; Both are floats so the result is also a float, of
1657          ;; the largest type.
1658          (or (float-format-max (numeric-type-format number-type)
1659                                (numeric-type-format divisor-type))
1660              'float))
1661         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1662               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1663          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1664          ;; rational. The remainder is a float of the same
1665          ;; type.
1666          (or (numeric-type-format number-type) 'float))
1667         ((and (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float))
1668               (csubtypep number-type (specifier-type 'rational)))
1669          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1670          ;; rational. The remainder is a float of the same
1671          ;; type.
1672          (or (numeric-type-format divisor-type) 'float))
1673         (t
1674          ;; Some unhandled combination. This usually means both args
1675          ;; are REAL so the result is a REAL.
1676          'real)))
1677
1678 (defun truncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1679   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1680          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1681          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type)))
1682     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1683     ;; We have real numbers now.
1684     (cond ((eq rem-type 'integer)
1685            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1686            ;; INTEGERs.
1687            (let* ((res (integer-truncate-derive-type
1688                         (interval-low number-interval)
1689                         (interval-high number-interval)
1690                         (interval-low divisor-interval)
1691                         (interval-high divisor-interval))))
1692              (specifier-type (if (listp res) res 'integer))))
1693           (t
1694            (let ((quot (truncate-quotient-bound
1695                         (interval-div number-interval
1696                                       divisor-interval))))
1697              (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1698                                        ,(or (interval-high quot) '*))))))))
1699
1700 (defun truncate-derive-type-rem (number-type divisor-type)
1701   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1702          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1703          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type))
1704          (rem (truncate-rem-bound number-interval divisor-interval)))
1705     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1706     ;; We have real numbers now.
1707     (cond ((eq rem-type 'integer)
1708            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1709            ;; INTEGERs.
1710            (specifier-type `(,rem-type ,(or (interval-low rem) '*)
1711                                        ,(or (interval-high rem) '*))))
1712           (t
1713            (multiple-value-bind (class format)
1714                (ecase rem-type
1715                  (integer
1716                   (values 'integer nil))
1717                  (rational
1718                   (values 'rational nil))
1719                  ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1720                   (values 'float rem-type))
1721                  (float
1722                   (values 'float nil))
1723                  (real
1724                   (values nil nil)))
1725              (when (member rem-type '(float single-float double-float
1726                                             #!+long-float long-float))
1727                (setf rem (interval-func #'(lambda (x)
1728                                             (coerce-for-bound x rem-type))
1729                                         rem)))
1730              (make-numeric-type :class class
1731                                 :format format
1732                                 :low (interval-low rem)
1733                                 :high (interval-high rem)))))))
1734
1735 (defun truncate-derive-type-quot-aux (num div same-arg)
1736   (declare (ignore same-arg))
1737   (if (and (numeric-type-real-p num)
1738            (numeric-type-real-p div))
1739       (truncate-derive-type-quot num div)
1740       *empty-type*))
1741
1742 (defun truncate-derive-type-rem-aux (num div same-arg)
1743   (declare (ignore same-arg))
1744   (if (and (numeric-type-real-p num)
1745            (numeric-type-real-p div))
1746       (truncate-derive-type-rem num div)
1747       *empty-type*))
1748
1749 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1750   (let ((quot (two-arg-derive-type number divisor
1751                                    #'truncate-derive-type-quot-aux #'truncate))
1752         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1753                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1754     (when (and quot rem)
1755       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1756
1757 (defun ftruncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1758   ;; The bounds are the same as for truncate. However, the first
1759   ;; result is a float of some type. We need to determine what that
1760   ;; type is. Basically it's the more contagious of the two types.
1761   (let ((q-type (truncate-derive-type-quot number-type divisor-type))
1762         (res-type (numeric-contagion number-type divisor-type)))
1763     (make-numeric-type :class 'float
1764                        :format (numeric-type-format res-type)
1765                        :low (numeric-type-low q-type)
1766                        :high (numeric-type-high q-type))))
1767
1768 (defun ftruncate-derive-type-quot-aux (n d same-arg)
1769   (declare (ignore same-arg))
1770   (if (and (numeric-type-real-p n)
1771            (numeric-type-real-p d))
1772       (ftruncate-derive-type-quot n d)
1773       *empty-type*))
1774
1775 (defoptimizer (ftruncate derive-type) ((number divisor))
1776   (let ((quot
1777          (two-arg-derive-type number divisor
1778                               #'ftruncate-derive-type-quot-aux #'ftruncate))
1779         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1780                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1781     (when (and quot rem)
1782       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1783
1784 (defun %unary-truncate-derive-type-aux (number)
1785   (truncate-derive-type-quot number (specifier-type '(integer 1 1))))
1786
1787 (defoptimizer (%unary-truncate derive-type) ((number))
1788   (one-arg-derive-type number
1789                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1790                        #'%unary-truncate))
1791
1792 (defoptimizer (%unary-truncate/single-float derive-type) ((number))
1793   (one-arg-derive-type number
1794                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1795                        #'%unary-truncate))
1796
1797 (defoptimizer (%unary-truncate/double-float derive-type) ((number))
1798   (one-arg-derive-type number
1799                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1800                        #'%unary-truncate))
1801
1802 (defoptimizer (%unary-ftruncate derive-type) ((number))
1803   (let ((divisor (specifier-type '(integer 1 1))))
1804     (one-arg-derive-type number
1805                          #'(lambda (n)
1806                              (ftruncate-derive-type-quot-aux n divisor nil))
1807                          #'%unary-ftruncate)))
1808
1809 (defoptimizer (%unary-round derive-type) ((number))
1810   (one-arg-derive-type number
1811                        (lambda (n)
1812                          (block nil
1813                            (unless (numeric-type-real-p n)
1814                              (return *empty-type*))
1815                            (let* ((interval (numeric-type->interval n))
1816                                   (low      (interval-low interval))
1817                                   (high     (interval-high interval)))
1818                              (specifier-type
1819                               `(integer ,(if low
1820                                              (round low)
1821                                              '*)
1822                                         ,(if high
1823                                              (round high)
1824                                              '*))))))
1825                        #'%unary-round))
1826
1827 ;;; Define optimizers for FLOOR and CEILING.
1828 (macrolet
1829     ((def (name q-name r-name)
1830        (let ((q-aux (symbolicate q-name "-AUX"))
1831              (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1832          `(progn
1833            ;; Compute type of quotient (first) result.
1834            (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1835              (let* ((number-interval
1836                      (numeric-type->interval number-type))
1837                     (divisor-interval
1838                      (numeric-type->interval divisor-type))
1839                     (quot (,q-name (interval-div number-interval
1840                                                  divisor-interval))))
1841                (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1842                                          ,(or (interval-high quot) '*)))))
1843            ;; Compute type of remainder.
1844            (defun ,r-aux (number-type divisor-type)
1845              (let* ((divisor-interval
1846                      (numeric-type->interval divisor-type))
1847                     (rem (,r-name divisor-interval))
1848                     (result-type (rem-result-type number-type divisor-type)))
1849                (multiple-value-bind (class format)
1850                    (ecase result-type
1851                      (integer
1852                       (values 'integer nil))
1853                      (rational
1854                       (values 'rational nil))
1855                      ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1856                       (values 'float result-type))
1857                      (float
1858                       (values 'float nil))
1859                      (real
1860                       (values nil nil)))
1861                  (when (member result-type '(float single-float double-float
1862                                              #!+long-float long-float))
1863                    ;; Make sure that the limits on the interval have
1864                    ;; the right type.
1865                    (setf rem (interval-func (lambda (x)
1866                                               (coerce-for-bound x result-type))
1867                                             rem)))
1868                  (make-numeric-type :class class
1869                                     :format format
1870                                     :low (interval-low rem)
1871                                     :high (interval-high rem)))))
1872            ;; the optimizer itself
1873            (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1874              (flet ((derive-q (n d same-arg)
1875                       (declare (ignore same-arg))
1876                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1877                                (numeric-type-real-p d))
1878                           (,q-aux n d)
1879                           *empty-type*))
1880                     (derive-r (n d same-arg)
1881                       (declare (ignore same-arg))
1882                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1883                                (numeric-type-real-p d))
1884                           (,r-aux n d)
1885                           *empty-type*)))
1886                (let ((quot (two-arg-derive-type
1887                             number divisor #'derive-q #',name))
1888                      (rem (two-arg-derive-type
1889                            number divisor #'derive-r #'mod)))
1890                  (when (and quot rem)
1891                    (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1892
1893   (def floor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1894   (def ceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1895
1896 ;;; Define optimizers for FFLOOR and FCEILING
1897 (macrolet ((def (name q-name r-name)
1898              (let ((q-aux (symbolicate "F" q-name "-AUX"))
1899                    (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1900                `(progn
1901                   ;; Compute type of quotient (first) result.
1902                   (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1903                     (let* ((number-interval
1904                             (numeric-type->interval number-type))
1905                            (divisor-interval
1906                             (numeric-type->interval divisor-type))
1907                            (quot (,q-name (interval-div number-interval
1908                                                         divisor-interval)))
1909                            (res-type (numeric-contagion number-type
1910                                                         divisor-type)))
1911                       (make-numeric-type
1912                        :class (numeric-type-class res-type)
1913                        :format (numeric-type-format res-type)
1914                        :low  (interval-low quot)
1915                        :high (interval-high quot))))
1916
1917                   (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1918                     (flet ((derive-q (n d same-arg)
1919                              (declare (ignore same-arg))
1920                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1921                                       (numeric-type-real-p d))
1922                                  (,q-aux n d)
1923                                  *empty-type*))
1924                            (derive-r (n d same-arg)
1925                              (declare (ignore same-arg))
1926                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1927                                       (numeric-type-real-p d))
1928                                  (,r-aux n d)
1929                                  *empty-type*)))
1930                       (let ((quot (two-arg-derive-type
1931                                    number divisor #'derive-q #',name))
1932                             (rem (two-arg-derive-type
1933                                   number divisor #'derive-r #'mod)))
1934                         (when (and quot rem)
1935                           (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1936
1937   (def ffloor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1938   (def fceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1939
1940 ;;; functions to compute the bounds on the quotient and remainder for
1941 ;;; the FLOOR function
1942 (defun floor-quotient-bound (quot)
1943   ;; Take the floor of the quotient and then massage it into what we
1944   ;; need.
1945   (let ((lo (interval-low quot))
1946         (hi (interval-high quot)))
1947     ;; Take the floor of the lower bound. The result is always a
1948     ;; closed lower bound.
1949     (setf lo (if lo
1950                  (floor (type-bound-number lo))
1951                  nil))
1952     ;; For the upper bound, we need to be careful.
1953     (setf hi
1954           (cond ((consp hi)
1955                  ;; An open bound. We need to be careful here because
1956                  ;; the floor of '(10.0) is 9, but the floor of
1957                  ;; 10.0 is 10.
1958                  (multiple-value-bind (q r) (floor (first hi))
1959                    (if (zerop r)
1960                        (1- q)
1961                        q)))
1962                 (hi
1963                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
1964                  (floor hi))
1965                 (t
1966                  hi)))
1967     (make-interval :low lo :high hi)))
1968 (defun floor-rem-bound (div)
1969   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
1970   ;; correct sign for the remainder if we can.
1971   (case (interval-range-info div)
1972     (+
1973      ;; The divisor is always positive.
1974      (let ((rem (interval-abs div)))
1975        (setf (interval-low rem) 0)
1976        (when (and (numberp (interval-high rem))
1977                   (not (zerop (interval-high rem))))
1978          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
1979          ;; watch out for the case where the high limit is zero!
1980          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
1981        rem))
1982     (-
1983      ;; The divisor is always negative.
1984      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
1985        (setf (interval-high rem) 0)
1986        (when (numberp (interval-low rem))
1987          ;; The remainder never contains the lower bound.
1988          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
1989        rem))
1990     (otherwise
1991      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
1992      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
1993      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
1994        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
1995        (make-interval :low (if limit
1996                                (list (- limit))
1997                                limit)
1998                       :high (list limit))))))
1999 #| Test cases
2000 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2001 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2002 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2003 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2004 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2005 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2006 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2007 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 9)
2008 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2009 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2010 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2011 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2012 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2013 => #S(INTERVAL :LOW -2 :HIGH 10)
2014 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2015 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2016 (floor-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2017 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2018
2019 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2020 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2021 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2022 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2023 (floor-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2024 #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2025 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2026 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10))
2027 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2028 => #S(INTERVAL :LOW '(-10.3) :HIGH '(10.3))
2029 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2030 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2031 |#
2032 \f
2033 ;;; same functions for CEILING
2034 (defun ceiling-quotient-bound (quot)
2035   ;; Take the ceiling of the quotient and then massage it into what we
2036   ;; need.
2037   (let ((lo (interval-low quot))
2038         (hi (interval-high quot)))
2039     ;; Take the ceiling of the upper bound. The result is always a
2040     ;; closed upper bound.
2041     (setf hi (if hi
2042                  (ceiling (type-bound-number hi))
2043                  nil))
2044     ;; For the lower bound, we need to be careful.
2045     (setf lo
2046           (cond ((consp lo)
2047                  ;; An open bound. We need to be careful here because
2048                  ;; the ceiling of '(10.0) is 11, but the ceiling of
2049                  ;; 10.0 is 10.
2050                  (multiple-value-bind (q r) (ceiling (first lo))
2051                    (if (zerop r)
2052                        (1+ q)
2053                        q)))
2054                 (lo
2055                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
2056                  (ceiling lo))
2057                 (t
2058                  lo)))
2059     (make-interval :low lo :high hi)))
2060 (defun ceiling-rem-bound (div)
2061   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
2062   ;; correct sign for the remainder if we can.
2063   (case (interval-range-info div)
2064     (+
2065      ;; Divisor is always positive. The remainder is negative.
2066      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
2067        (setf (interval-high rem) 0)
2068        (when (and (numberp (interval-low rem))
2069                   (not (zerop (interval-low rem))))
2070          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
2071          ;; watch out for the case when the upper bound is zero!
2072          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
2073        rem))
2074     (-
2075      ;; Divisor is always negative. The remainder is positive
2076      (let ((rem (interval-abs div)))
2077        (setf (interval-low rem) 0)
2078        (when (numberp (interval-high rem))
2079          ;; The remainder never contains the lower bound.
2080          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
2081        rem))
2082     (otherwise
2083      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
2084      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
2085      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
2086        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
2087        (make-interval :low (if limit
2088                                (list (- limit))
2089                                limit)
2090                       :high (list limit))))))
2091
2092 #| Test cases
2093 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2094 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2095 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2096 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2097 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2098 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2099 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2100 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2101 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2102 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2103 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2104 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2105 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2106 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2107 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2108 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 11)
2109 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2110 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2111
2112 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2113 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH 0)
2114 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2115 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2116 (ceiling-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2117 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH (10))
2118 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2119 => #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2120 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2121 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH (10.3))
2122 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2123 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2124 |#
2125 \f
2126 (defun truncate-quotient-bound (quot)
2127   ;; For positive quotients, truncate is exactly like floor. For
2128   ;; negative quotients, truncate is exactly like ceiling. Otherwise,
2129   ;; it's the union of the two pieces.
2130   (case (interval-range-info quot)
2131     (+
2132      ;; just like FLOOR
2133      (floor-quotient-bound quot))
2134     (-
2135      ;; just like CEILING
2136      (ceiling-quotient-bound quot))
2137     (otherwise
2138      ;; Split the interval into positive and negative pieces, compute
2139      ;; the result for each piece and put them back together.
2140      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 quot t t)
2141        (interval-merge-pair (ceiling-quotient-bound neg)
2142                             (floor-quotient-bound pos))))))
2143
2144 (defun truncate-rem-bound (num div)
2145   ;; This is significantly more complicated than FLOOR or CEILING. We
2146   ;; need both the number and the divisor to determine the range. The
2147   ;; basic idea is to split the ranges of NUM and DEN into positive
2148   ;; and negative pieces and deal with each of the four possibilities
2149   ;; in turn.
2150   (case (interval-range-info num)
2151     (+
2152      (case (interval-range-info div)
2153        (+
2154         (floor-rem-bound div))
2155        (-
2156         (ceiling-rem-bound div))
2157        (otherwise
2158         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2159           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2160                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2161     (-
2162      (case (interval-range-info div)
2163        (+
2164         (ceiling-rem-bound div))
2165        (-
2166         (floor-rem-bound div))
2167        (otherwise
2168         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2169           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2170                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2171     (otherwise
2172      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 num t t)
2173        (interval-merge-pair (truncate-rem-bound neg div)
2174                             (truncate-rem-bound pos div))))))
2175 ) ; PROGN
2176
2177 ;;; Derive useful information about the range. Returns three values:
2178 ;;; - '+ if its positive, '- negative, or nil if it overlaps 0.
2179 ;;; - The abs of the minimal value (i.e. closest to 0) in the range.
2180 ;;; - The abs of the maximal value if there is one, or nil if it is
2181 ;;;   unbounded.
2182 (defun numeric-range-info (low high)
2183   (cond ((and low (not (minusp low)))
2184          (values '+ low high))
2185         ((and high (not (plusp high)))
2186          (values '- (- high) (if low (- low) nil)))
2187         (t
2188          (values nil 0 (and low high (max (- low) high))))))
2189
2190 (defun integer-truncate-derive-type
2191        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2192   ;; The result cannot be larger in magnitude than the number, but the
2193   ;; sign might change. If we can determine the sign of either the
2194   ;; number or the divisor, we can eliminate some of the cases.
2195   (multiple-value-bind (number-sign number-min number-max)
2196       (numeric-range-info number-low number-high)
2197     (multiple-value-bind (divisor-sign divisor-min divisor-max)
2198         (numeric-range-info divisor-low divisor-high)
2199       (when (and divisor-max (zerop divisor-max))
2200         ;; We've got a problem: guaranteed division by zero.
2201         (return-from integer-truncate-derive-type t))
2202       (when (zerop divisor-min)
2203         ;; We'll assume that they aren't going to divide by zero.
2204         (incf divisor-min))
2205       (cond ((and number-sign divisor-sign)
2206              ;; We know the sign of both.
2207              (if (eq number-sign divisor-sign)
2208                  ;; Same sign, so the result will be positive.
2209                  `(integer ,(if divisor-max
2210                                 (truncate number-min divisor-max)
2211                                 0)
2212                            ,(if number-max
2213                                 (truncate number-max divisor-min)
2214                                 '*))
2215                  ;; Different signs, the result will be negative.
2216                  `(integer ,(if number-max
2217                                 (- (truncate number-max divisor-min))
2218                                 '*)
2219                            ,(if divisor-max
2220                                 (- (truncate number-min divisor-max))
2221                                 0))))
2222             ((eq divisor-sign '+)
2223              ;; The divisor is positive. Therefore, the number will just
2224              ;; become closer to zero.
2225              `(integer ,(if number-low
2226                             (truncate number-low divisor-min)
2227                             '*)
2228                        ,(if number-high
2229                             (truncate number-high divisor-min)
2230                             '*)))
2231             ((eq divisor-sign '-)
2232              ;; The divisor is negative. Therefore, the absolute value of
2233              ;; the number will become closer to zero, but the sign will also
2234              ;; change.
2235              `(integer ,(if number-high
2236                             (- (truncate number-high divisor-min))
2237                             '*)
2238                        ,(if number-low
2239                             (- (truncate number-low divisor-min))
2240                             '*)))
2241             ;; The divisor could be either positive or negative.
2242             (number-max
2243              ;; The number we are dividing has a bound. Divide that by the
2244              ;; smallest posible divisor.
2245              (let ((bound (truncate number-max divisor-min)))
2246                `(integer ,(- bound) ,bound)))
2247             (t
2248              ;; The number we are dividing is unbounded, so we can't tell
2249              ;; anything about the result.
2250              `integer)))))
2251
2252 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2253 (defun integer-rem-derive-type
2254        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2255   (if (and divisor-low divisor-high)
2256       ;; We know the range of the divisor, and the remainder must be
2257       ;; smaller than the divisor. We can tell the sign of the
2258       ;; remainer if we know the sign of the number.
2259       (let ((divisor-max (1- (max (abs divisor-low) (abs divisor-high)))))
2260         `(integer ,(if (or (null number-low)
2261                            (minusp number-low))
2262                        (- divisor-max)
2263                        0)
2264                   ,(if (or (null number-high)
2265                            (plusp number-high))
2266                        divisor-max
2267                        0)))
2268       ;; The divisor is potentially either very positive or very
2269       ;; negative. Therefore, the remainer is unbounded, but we might
2270       ;; be able to tell something about the sign from the number.
2271       `(integer ,(if (and number-low (not (minusp number-low)))
2272                      ;; The number we are dividing is positive.
2273                      ;; Therefore, the remainder must be positive.
2274                      0
2275                      '*)
2276                 ,(if (and number-high (not (plusp number-high)))
2277                      ;; The number we are dividing is negative.
2278                      ;; Therefore, the remainder must be negative.
2279                      0
2280                      '*))))
2281
2282 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2283 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2284   (let ((type (lvar-type bound)))
2285     (when (numeric-type-p type)
2286       (let ((class (numeric-type-class type))
2287             (high (numeric-type-high type))
2288             (format (numeric-type-format type)))
2289         (make-numeric-type
2290          :class class
2291          :format format
2292          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2293          :high (cond ((not high) nil)
2294                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2295                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2296                      (t `(,high))))))))
2297
2298 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2299 (defun random-derive-type-aux (type)
2300   (let ((class (numeric-type-class type))
2301         (high (numeric-type-high type))
2302         (format (numeric-type-format type)))
2303     (make-numeric-type
2304          :class class
2305          :format format
2306          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2307          :high (cond ((not high) nil)
2308                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2309                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2310                      (t `(,high))))))
2311
2312 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2313 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2314   (one-arg-derive-type bound #'random-derive-type-aux nil))
2315 \f
2316 ;;;; DERIVE-TYPE methods for LOGAND, LOGIOR, and friends
2317
2318 ;;; Return the maximum number of bits an integer of the supplied type
2319 ;;; can take up, or NIL if it is unbounded. The second (third) value
2320 ;;; is T if the integer can be positive (negative) and NIL if not.
2321 ;;; Zero counts as positive.
2322 (defun integer-type-length (type)
2323   (if (numeric-type-p type)
2324       (let ((min (numeric-type-low type))
2325             (max (numeric-type-high type)))
2326         (values (and min max (max (integer-length min) (integer-length max)))
2327                 (or (null max) (not (minusp max)))
2328                 (or (null min) (minusp min))))
2329       (values nil t t)))
2330
2331 ;;; See _Hacker's Delight_, Henry S. Warren, Jr. pp 58-63 for an
2332 ;;; explanation of LOG{AND,IOR,XOR}-DERIVE-UNSIGNED-{LOW,HIGH}-BOUND.
2333 ;;; Credit also goes to Raymond Toy for writing (and debugging!) similar
2334 ;;; versions in CMUCL, from which these functions copy liberally.
2335
2336 (defun logand-derive-unsigned-low-bound (x y)
2337   (let ((a (numeric-type-low x))
2338         (b (numeric-type-high x))
2339         (c (numeric-type-low y))
2340         (d (numeric-type-high y)))
2341     (loop for m = (ash 1 (integer-length (lognor a c))) then (ash m -1)
2342           until (zerop m) do
2343           (unless (zerop (logand m (lognot a) (lognot c)))
2344             (let ((temp (logandc2 (logior a m) (1- m))))
2345               (when (<= temp b)
2346                 (setf a temp)
2347                 (loop-finish))
2348               (setf temp (logandc2 (logior c m) (1- m)))
2349               (when (<= temp d)
2350                 (setf c temp)
2351                 (loop-finish))))
2352           finally (return (logand a c)))))
2353
2354 (defun logand-derive-unsigned-high-bound (x y)
2355   (let ((a (numeric-type-low x))
2356         (b (numeric-type-high x))
2357         (c (numeric-type-low y))
2358         (d (numeric-type-high y)))
2359     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor b d))) then (ash m -1)
2360           until (zerop m) do
2361           (cond
2362             ((not (zerop (logand b (lognot d) m)))
2363              (let ((temp (logior (logandc2 b m) (1- m))))
2364                (when (>= temp a)
2365                  (setf b temp)
2366                  (loop-finish))))
2367             ((not (zerop (logand (lognot b) d m)))
2368              (let ((temp (logior (logandc2 d m) (1- m))))
2369                (when (>= temp c)
2370                  (setf d temp)
2371                  (loop-finish)))))
2372           finally (return (logand b d)))))
2373
2374 (defun logand-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2375   (when same-leaf
2376     (return-from logand-derive-type-aux x))
2377   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2378     (declare (ignore x-pos))
2379     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2380       (declare (ignore y-pos))
2381       (if (not x-neg)
2382           ;; X must be positive.
2383           (if (not y-neg)
2384               ;; They must both be positive.
2385               (cond ((and (null x-len) (null y-len))
2386                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2387                     ((null x-len)
2388                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len)))
2389                     ((null y-len)
2390                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))
2391                     (t
2392                      (let ((low (logand-derive-unsigned-low-bound x y))
2393                            (high (logand-derive-unsigned-high-bound x y)))
2394                        (specifier-type `(integer ,low ,high)))))
2395               ;; X is positive, but Y might be negative.
2396               (cond ((null x-len)
2397                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2398                     (t
2399                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))))
2400           ;; X might be negative.
2401           (if (not y-neg)
2402               ;; Y must be positive.
2403               (cond ((null y-len)
2404                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2405                     (t (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len))))
2406               ;; Either might be negative.
2407               (if (and x-len y-len)
2408                   ;; The result is bounded.
2409                   (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2410                   ;; We can't tell squat about the result.
2411                   (specifier-type 'integer)))))))
2412
2413 (defun logior-derive-unsigned-low-bound (x y)
2414   (let ((a (numeric-type-low x))
2415         (b (numeric-type-high x))
2416         (c (numeric-type-low y))
2417         (d (numeric-type-high y)))
2418     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2419           until (zerop m) do
2420           (cond
2421             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2422              (let ((temp (logand (logior a m) (1+ (lognot m)))))
2423                (when (<= temp b)
2424                  (setf a temp)
2425                  (loop-finish))))
2426             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2427              (let ((temp (logand (logior c m) (1+ (lognot m)))))
2428                (when (<= temp d)
2429                  (setf c temp)
2430                  (loop-finish)))))
2431           finally (return (logior a c)))))
2432
2433 (defun logior-derive-unsigned-high-bound (x y)
2434   (let ((a (numeric-type-low x))
2435         (b (numeric-type-high x))
2436         (c (numeric-type-low y))
2437         (d (numeric-type-high y)))
2438     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2439           until (zerop m) do
2440           (unless (zerop (logand b d m))
2441             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2442               (when (>= temp a)
2443                 (setf b temp)
2444                 (loop-finish))
2445               (setf temp (logior (- d m) (1- m)))
2446               (when (>= temp c)
2447                 (setf d temp)
2448                 (loop-finish))))
2449           finally (return (logior b d)))))
2450
2451 (defun logior-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2452   (when same-leaf
2453     (return-from logior-derive-type-aux x))
2454   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2455     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2456       (cond
2457        ((and (not x-neg) (not y-neg))
2458         ;; Both are positive.
2459         (if (and x-len y-len)
2460             (let ((low (logior-derive-unsigned-low-bound x y))
2461                   (high (logior-derive-unsigned-high-bound x y)))
2462               (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2463             (specifier-type `(unsigned-byte* *))))
2464        ((not x-pos)
2465         ;; X must be negative.
2466         (if (not y-pos)
2467             ;; Both are negative. The result is going to be negative
2468             ;; and be the same length or shorter than the smaller.
2469             (if (and x-len y-len)
2470                 ;; It's bounded.
2471                 (specifier-type `(integer ,(ash -1 (min x-len y-len)) -1))
2472                 ;; It's unbounded.
2473                 (specifier-type '(integer * -1)))
2474             ;; X is negative, but we don't know about Y. The result
2475             ;; will be negative, but no more negative than X.
2476             (specifier-type
2477              `(integer ,(or (numeric-type-low x) '*)
2478                        -1))))
2479        (t
2480         ;; X might be either positive or negative.
2481         (if (not y-pos)
2482             ;; But Y is negative. The result will be negative.
2483             (specifier-type
2484              `(integer ,(or (numeric-type-low y) '*)
2485                        -1))
2486             ;; We don't know squat about either. It won't get any bigger.
2487             (if (and x-len y-len)
2488                 ;; Bounded.
2489                 (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2490                 ;; Unbounded.
2491                 (specifier-type 'integer))))))))
2492
2493 (defun logxor-derive-unsigned-low-bound (x y)
2494   (let ((a (numeric-type-low x))
2495         (b (numeric-type-high x))
2496         (c (numeric-type-low y))
2497         (d (numeric-type-high y)))
2498     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2499           until (zerop m) do
2500           (cond
2501             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2502              (let ((temp (logand (logior a m)
2503                                  (1+ (lognot m)))))
2504                (when (<= temp b)
2505                  (setf a temp))))
2506             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2507              (let ((temp (logand (logior c m)
2508                                  (1+ (lognot m)))))
2509                (when (<= temp d)
2510                  (setf c temp)))))
2511           finally (return (logxor a c)))))
2512
2513 (defun logxor-derive-unsigned-high-bound (x y)
2514   (let ((a (numeric-type-low x))
2515         (b (numeric-type-high x))
2516         (c (numeric-type-low y))
2517         (d (numeric-type-high y)))
2518     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2519           until (zerop m) do
2520           (unless (zerop (logand b d m))
2521             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2522               (cond
2523                 ((>= temp a) (setf b temp))
2524                 (t (let ((temp (logior (- d m) (1- m))))
2525                      (when (>= temp c)
2526                        (setf d temp)))))))
2527           finally (return (logxor b d)))))
2528
2529 (defun logxor-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2530   (when same-leaf
2531     (return-from logxor-derive-type-aux (specifier-type '(eql 0))))
2532   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2533     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2534       (cond
2535         ((and (not x-neg) (not y-neg))
2536          ;; Both are positive
2537          (if (and x-len y-len)
2538              (let ((low (logxor-derive-unsigned-low-bound x y))
2539                    (high (logxor-derive-unsigned-high-bound x y)))
2540                (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2541              (specifier-type '(unsigned-byte* *))))
2542         ((and (not x-pos) (not y-pos))
2543          ;; Both are negative.  The result will be positive, and as long
2544          ;; as the longer.
2545          (specifier-type `(unsigned-byte* ,(if (and x-len y-len)
2546                                                (max x-len y-len)
2547                                                '*))))
2548         ((or (and (not x-pos) (not y-neg))
2549              (and (not y-pos) (not x-neg)))
2550          ;; Either X is negative and Y is positive or vice-versa. The
2551          ;; result will be negative.
2552          (specifier-type `(integer ,(if (and x-len y-len)
2553                                         (ash -1 (max x-len y-len))
2554                                         '*)
2555                            -1)))
2556         ;; We can't tell what the sign of the result is going to be.
2557         ;; All we know is that we don't create new bits.
2558         ((and x-len y-len)
2559          (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len)))))
2560         (t
2561          (specifier-type 'integer))))))
2562
2563 (macrolet ((deffrob (logfun)
2564              (let ((fun-aux (symbolicate logfun "-DERIVE-TYPE-AUX")))
2565              `(defoptimizer (,logfun derive-type) ((x y))
2566                 (two-arg-derive-type x y #',fun-aux #',logfun)))))
2567   (deffrob logand)
2568   (deffrob logior)
2569   (deffrob logxor))
2570
2571 (defoptimizer (logeqv derive-type) ((x y))
2572   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2573                              (lognot-derive-type-aux
2574                               (logxor-derive-type-aux x y same-leaf)))
2575                        #'logeqv))
2576 (defoptimizer (lognand derive-type) ((x y))
2577   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2578                              (lognot-derive-type-aux
2579                               (logand-derive-type-aux x y same-leaf)))
2580                        #'lognand))
2581 (defoptimizer (lognor derive-type) ((x y))
2582   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2583                              (lognot-derive-type-aux
2584                               (logior-derive-type-aux x y same-leaf)))
2585                        #'lognor))
2586 (defoptimizer (logandc1 derive-type) ((x y))
2587   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2588                              (if same-leaf
2589                                  (specifier-type '(eql 0))
2590                                  (logand-derive-type-aux
2591                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2592                        #'logandc1))
2593 (defoptimizer (logandc2 derive-type) ((x y))
2594   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2595                              (if same-leaf
2596                                  (specifier-type '(eql 0))
2597                                  (logand-derive-type-aux
2598                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2599                        #'logandc2))
2600 (defoptimizer (logorc1 derive-type) ((x y))
2601   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2602                              (if same-leaf
2603                                  (specifier-type '(eql -1))
2604                                  (logior-derive-type-aux
2605                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2606                        #'logorc1))
2607 (defoptimizer (logorc2 derive-type) ((x y))
2608   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2609                              (if same-leaf
2610                                  (specifier-type '(eql -1))
2611                                  (logior-derive-type-aux
2612                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2613                        #'logorc2))
2614 \f
2615 ;;;; miscellaneous derive-type methods
2616
2617 (defoptimizer (integer-length derive-type) ((x))
2618   (let ((x-type (lvar-type x)))
2619     (when (numeric-type-p x-type)
2620       ;; If the X is of type (INTEGER LO HI), then the INTEGER-LENGTH
2621       ;; of X is (INTEGER (MIN lo hi) (MAX lo hi), basically.  Be
2622       ;; careful about LO or HI being NIL, though.  Also, if 0 is
2623       ;; contained in X, the lower bound is obviously 0.
2624       (flet ((null-or-min (a b)
2625                (and a b (min (integer-length a)
2626                              (integer-length b))))
2627              (null-or-max (a b)
2628                (and a b (max (integer-length a)
2629                              (integer-length b)))))
2630         (let* ((min (numeric-type-low x-type))
2631                (max (numeric-type-high x-type))
2632                (min-len (null-or-min min max))
2633                (max-len (null-or-max min max)))
2634           (when (ctypep 0 x-type)
2635             (setf min-len 0))
2636           (specifier-type `(integer ,(or min-len '*) ,(or max-len '*))))))))
2637
2638 (defoptimizer (isqrt derive-type) ((x))
2639   (let ((x-type (lvar-type x)))
2640     (when (numeric-type-p x-type)
2641       (let* ((lo (numeric-type-low x-type))
2642              (hi (numeric-type-high x-type))
2643              (lo-res (if lo (isqrt lo) '*))
2644              (hi-res (if hi (isqrt hi) '*)))
2645         (specifier-type `(integer ,lo-res ,hi-res))))))
2646
2647 (defoptimizer (char-code derive-type) ((char))
2648   (let ((type (type-intersection (lvar-type char) (specifier-type 'character))))
2649     (cond ((member-type-p type)
2650            (specifier-type
2651             `(member
2652               ,@(loop for member in (member-type-members type)
2653                       when (characterp member)
2654                       collect (char-code member)))))
2655           ((sb!kernel::character-set-type-p type)
2656            (specifier-type
2657             `(or
2658               ,@(loop for (low . high)
2659                       in (character-set-type-pairs type)
2660                       collect `(integer ,low ,high)))))
2661           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2662            (specifier-type
2663             `(mod ,base-char-code-limit)))
2664           (t
2665            (specifier-type
2666             `(mod ,char-code-limit))))))
2667
2668 (defoptimizer (code-char derive-type) ((code))
2669   (let ((type (lvar-type code)))
2670     ;; FIXME: unions of integral ranges?  It ought to be easier to do
2671     ;; this, given that CHARACTER-SET is basically an integral range
2672     ;; type.  -- CSR, 2004-10-04
2673     (when (numeric-type-p type)
2674       (let* ((lo (numeric-type-low type))
2675              (hi (numeric-type-high type))
2676              (type (specifier-type `(character-set ((,lo . ,hi))))))
2677         (cond
2678           ;; KLUDGE: when running on the host, we lose a slight amount
2679           ;; of precision so that we don't have to "unparse" types
2680           ;; that formally we can't, such as (CHARACTER-SET ((0
2681           ;; . 0))).  -- CSR, 2004-10-06
2682           #+sb-xc-host
2683           ((csubtypep type (specifier-type 'standard-char)) type)
2684           #+sb-xc-host
2685           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2686            (specifier-type 'base-char))
2687           #+sb-xc-host
2688           ((csubtypep type (specifier-type 'extended-char))
2689            (specifier-type 'extended-char))
2690           (t #+sb-xc-host (specifier-type 'character)
2691              #-sb-xc-host type))))))
2692
2693 (defoptimizer (values derive-type) ((&rest values))
2694   (make-values-type :required (mapcar #'lvar-type values)))
2695
2696 (defun signum-derive-type-aux (type)
2697   (if (eq (numeric-type-complexp type) :complex)
2698       (let* ((format (case (numeric-type-class type)
2699                           ((integer rational) 'single-float)
2700                           (t (numeric-type-format type))))
2701                 (bound-format (or format 'float)))
2702            (make-numeric-type :class 'float
2703                               :format format
2704                               :complexp :complex
2705                               :low (coerce -1 bound-format)
2706                               :high (coerce 1 bound-format)))
2707       (let* ((interval (numeric-type->interval type))
2708              (range-info (interval-range-info interval))
2709              (contains-0-p (interval-contains-p 0 interval))
2710              (class (numeric-type-class type))
2711              (format (numeric-type-format type))
2712              (one (coerce 1 (or format class 'real)))
2713              (zero (coerce 0 (or format class 'real)))
2714              (minus-one (coerce -1 (or format class 'real)))
2715              (plus (make-numeric-type :class class :format format
2716                                       :low one :high one))
2717              (minus (make-numeric-type :class class :format format
2718                                        :low minus-one :high minus-one))
2719              ;; KLUDGE: here we have a fairly horrible hack to deal
2720              ;; with the schizophrenia in the type derivation engine.
2721              ;; The problem is that the type derivers reinterpret
2722              ;; numeric types as being exact; so (DOUBLE-FLOAT 0d0
2723              ;; 0d0) within the derivation mechanism doesn't include
2724              ;; -0d0.  Ugh.  So force it in here, instead.
2725              (zero (make-numeric-type :class class :format format
2726                                       :low (- zero) :high zero)))
2727         (case range-info
2728           (+ (if contains-0-p (type-union plus zero) plus))
2729           (- (if contains-0-p (type-union minus zero) minus))
2730           (t (type-union minus zero plus))))))
2731
2732 (defoptimizer (signum derive-type) ((num))
2733   (one-arg-derive-type num #'signum-derive-type-aux nil))
2734 \f
2735 ;;;; byte operations
2736 ;;;;
2737 ;;;; We try to turn byte operations into simple logical operations.
2738 ;;;; First, we convert byte specifiers into separate size and position
2739 ;;;; arguments passed to internal %FOO functions. We then attempt to
2740 ;;;; transform the %FOO functions into boolean operations when the
2741 ;;;; size and position are constant and the operands are fixnums.
2742
2743 (macrolet (;; Evaluate body with SIZE-VAR and POS-VAR bound to
2744            ;; expressions that evaluate to the SIZE and POSITION of
2745            ;; the byte-specifier form SPEC. We may wrap a let around
2746            ;; the result of the body to bind some variables.
2747            ;;
2748            ;; If the spec is a BYTE form, then bind the vars to the
2749            ;; subforms. otherwise, evaluate SPEC and use the BYTE-SIZE
2750            ;; and BYTE-POSITION. The goal of this transformation is to
2751            ;; avoid consing up byte specifiers and then immediately
2752            ;; throwing them away.
2753            (with-byte-specifier ((size-var pos-var spec) &body body)
2754              (once-only ((spec `(macroexpand ,spec))
2755                          (temp '(gensym)))
2756                         `(if (and (consp ,spec)
2757                                   (eq (car ,spec) 'byte)
2758                                   (= (length ,spec) 3))
2759                         (let ((,size-var (second ,spec))
2760                               (,pos-var (third ,spec)))
2761                           ,@body)
2762                         (let ((,size-var `(byte-size ,,temp))
2763                               (,pos-var `(byte-position ,,temp)))
2764                           `(let ((,,temp ,,spec))
2765                              ,,@body))))))
2766
2767   (define-source-transform ldb (spec int)
2768     (with-byte-specifier (size pos spec)
2769       `(%ldb ,size ,pos ,int)))
2770
2771   (define-source-transform dpb (newbyte spec int)
2772     (with-byte-specifier (size pos spec)
2773       `(%dpb ,newbyte ,size ,pos ,int)))
2774
2775   (define-source-transform mask-field (spec int)
2776     (with-byte-specifier (size pos spec)
2777       `(%mask-field ,size ,pos ,int)))
2778
2779   (define-source-transform deposit-field (newbyte spec int)
2780     (with-byte-specifier (size pos spec)
2781       `(%deposit-field ,newbyte ,size ,pos ,int))))
2782
2783 (defoptimizer (%ldb derive-type) ((size posn num))
2784   (let ((size (lvar-type size)))
2785     (if (and (numeric-type-p size)
2786              (csubtypep size (specifier-type 'integer)))
2787         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2788           (if (and size-high (<= size-high sb!vm:n-word-bits))
2789               (specifier-type `(unsigned-byte* ,size-high))
2790               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2791         *universal-type*)))
2792
2793 (defoptimizer (%mask-field derive-type) ((size posn num))
2794   (let ((size (lvar-type size))
2795         (posn (lvar-type posn)))
2796     (if (and (numeric-type-p size)
2797              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2798              (numeric-type-p posn)
2799              (csubtypep posn (specifier-type 'integer)))
2800         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2801               (posn-high (numeric-type-high posn)))
2802           (if (and size-high posn-high
2803                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:n-word-bits))
2804               (specifier-type `(unsigned-byte* ,(+ size-high posn-high)))
2805               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2806         *universal-type*)))
2807
2808 (defun %deposit-field-derive-type-aux (size posn int)
2809   (let ((size (lvar-type size))
2810         (posn (lvar-type posn))
2811         (int (lvar-type int)))
2812     (when (and (numeric-type-p size)
2813                (numeric-type-p posn)
2814                (numeric-type-p int))
2815       (let ((size-high (numeric-type-high size))
2816             (posn-high (numeric-type-high posn))
2817             (high (numeric-type-high int))
2818             (low (numeric-type-low int)))
2819         (when (and size-high posn-high high low
2820                    ;; KLUDGE: we need this cutoff here, otherwise we
2821                    ;; will merrily derive the type of %DPB as
2822                    ;; (UNSIGNED-BYTE 1073741822), and then attempt to
2823                    ;; canonicalize this type to (INTEGER 0 (1- (ASH 1
2824                    ;; 1073741822))), with hilarious consequences.  We
2825                    ;; cutoff at 4*SB!VM:N-WORD-BITS to allow inference
2826                    ;; over a reasonable amount of shifting, even on
2827                    ;; the alpha/32 port, where N-WORD-BITS is 32 but
2828                    ;; machine integers are 64-bits.  -- CSR,
2829                    ;; 2003-09-12
2830                    (<= (+ size-high posn-high) (* 4 sb!vm:n-word-bits)))
2831           (let ((raw-bit-count (max (integer-length high)
2832                                     (integer-length low)
2833                                     (+ size-high posn-high))))
2834             (specifier-type
2835              (if (minusp low)
2836                  `(signed-byte ,(1+ raw-bit-count))
2837                  `(unsigned-byte* ,raw-bit-count)))))))))
2838
2839 (defoptimizer (%dpb derive-type) ((newbyte size posn int))
2840   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2841
2842 (defoptimizer (%deposit-field derive-type) ((newbyte size posn int))
2843   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2844
2845 (deftransform %ldb ((size posn int)
2846                     (fixnum fixnum integer)
2847                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2848   "convert to inline logical operations"
2849   `(logand (ash int (- posn))
2850            (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2851                 (- size ,sb!vm:n-word-bits))))
2852
2853 (deftransform %mask-field ((size posn int)
2854                            (fixnum fixnum integer)
2855                            (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2856   "convert to inline logical operations"
2857   `(logand int
2858            (ash (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2859                      (- size ,sb!vm:n-word-bits))
2860                 posn)))
2861
2862 ;;; Note: for %DPB and %DEPOSIT-FIELD, we can't use
2863 ;;;   (OR (SIGNED-BYTE N) (UNSIGNED-BYTE N))
2864 ;;; as the result type, as that would allow result types that cover
2865 ;;; the range -2^(n-1) .. 1-2^n, instead of allowing result types of
2866 ;;; (UNSIGNED-BYTE N) and result types of (SIGNED-BYTE N).
2867
2868 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2869                     *
2870                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2871   "convert to inline logical operations"
2872   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2873      (logior (ash (logand new mask) posn)
2874              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2875
2876 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2877                     *
2878                     (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2879   "convert to inline logical operations"
2880   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2881      (logior (ash (logand new mask) posn)
2882              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2883
2884 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2885                               *
2886                               (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2887   "convert to inline logical operations"
2888   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2889      (logior (logand new mask)
2890              (logand int (lognot mask)))))
2891
2892 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2893                               *
2894                               (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2895   "convert to inline logical operations"
2896   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2897      (logior (logand new mask)
2898              (logand int (lognot mask)))))
2899
2900 (defoptimizer (mask-signed-field derive-type) ((size x))
2901   (let ((size (lvar-type size)))
2902     (if (numeric-type-p size)
2903         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2904           (if (and size-high (<= 1 size-high sb!vm:n-word-bits))
2905               (specifier-type `(signed-byte ,size-high))
2906               *universal-type*))
2907         *universal-type*)))
2908
2909 \f
2910 ;;; Modular functions
2911
2912 ;;; (ldb (byte s 0) (foo                 x  y ...)) =
2913 ;;; (ldb (byte s 0) (foo (ldb (byte s 0) x) y ...))
2914 ;;;
2915 ;;; and similar for other arguments.
2916
2917 (defun make-modular-fun-type-deriver (prototype kind width signedp)
2918   (declare (ignore kind))
2919   #!-sb-fluid
2920   (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
2921              (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
2922              (mask-type (specifier-type
2923                          (ecase signedp
2924                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
2925                                       `(integer ,mask ,mask)))
2926                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
2927     (lambda (call)
2928       (let ((res (funcall fun call)))
2929         (when res
2930           (if (eq signedp nil)
2931               (logand-derive-type-aux res mask-type))))))
2932   #!+sb-fluid
2933   (lambda (call)
2934     (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
2935                (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
2936                (res (funcall fun call) :exit-if-null)
2937                (mask-type (specifier-type
2938                            (ecase signedp
2939                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
2940                                       `(integer ,mask ,mask)))
2941                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
2942       (if (eq signedp nil)
2943           (logand-derive-type-aux res mask-type)))))
2944
2945 ;;; Try to recursively cut all uses of LVAR to WIDTH bits.
2946 ;;;
2947 ;;; For good functions, we just recursively cut arguments; their
2948 ;;; "goodness" means that the result will not increase (in the
2949 ;;; (unsigned-byte +infinity) sense). An ordinary modular function is
2950 ;;; replaced with the version, cutting its result to WIDTH or more
2951 ;;; bits. For most functions (e.g. for +) we cut all arguments; for
2952 ;;; others (e.g. for ASH) we have "optimizers", cutting only necessary
2953 ;;; arguments (maybe to a different width) and returning the name of a
2954 ;;; modular version, if it exists, or NIL. If we have changed
2955 ;;; anything, we need to flush old derived types, because they have
2956 ;;; nothing in common with the new code.
2957 (defun cut-to-width (lvar kind width signedp)
2958   (declare (type lvar lvar) (type (integer 0) width))
2959   (let ((type (specifier-type (if (zerop width)
2960                                   '(eql 0)
2961                                   `(,(ecase signedp
2962                                        ((nil) 'unsigned-byte)
2963                                        ((t) 'signed-byte))
2964                                      ,width)))))
2965     (labels ((reoptimize-node (node name)
2966                (setf (node-derived-type node)
2967                      (fun-type-returns
2968                       (info :function :type name)))
2969                (setf (lvar-%derived-type (node-lvar node)) nil)
2970                (setf (node-reoptimize node) t)
2971                (setf (block-reoptimize (node-block node)) t)
2972                (reoptimize-component (node-component node) :maybe))
2973              (cut-node (node &aux did-something)
2974                (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
2975                           (combination-p node)
2976                           (eq (basic-combination-kind node) :known))
2977                  (let* ((fun-ref (lvar-use (combination-fun node)))
2978                         (fun-name (leaf-source-name (ref-leaf fun-ref)))
2979                         (modular-fun (find-modular-version fun-name kind signedp width)))
2980                    (when (and modular-fun
2981                               (not (and (eq fun-name 'logand)
2982                                         (csubtypep
2983                                          (single-value-type (node-derived-type node))
2984                                          type))))
2985                      (binding* ((name (etypecase modular-fun
2986                                         ((eql :good) fun-name)
2987                                         (modular-fun-info
2988                                          (modular-fun-info-name modular-fun))
2989                                         (function
2990                                          (funcall modular-fun node width)))
2991                                       :exit-if-null))
2992                                (unless (eql modular-fun :good)
2993                                  (setq did-something t)
2994                                  (change-ref-leaf
2995                                   fun-ref
2996                                   (find-free-fun name "in a strange place"))
2997                                  (setf (combination-kind node) :full))
2998                                (unless (functionp modular-fun)
2999                                  (dolist (arg (basic-combination-args node))
3000                                    (when (cut-lvar arg)
3001                                      (setq did-something t))))
3002                                (when did-something
3003                                  (reoptimize-node node name))
3004                                did-something)))))
3005              (cut-lvar (lvar &aux did-something)
3006                (do-uses (node lvar)
3007                  (when (cut-node node)
3008                    (setq did-something t)))
3009                did-something))
3010       (cut-lvar lvar))))
3011
3012 (defun best-modular-version (width signedp)
3013   ;; 1. exact width-matched :untagged
3014   ;; 2. >/>= width-matched :tagged
3015   ;; 3. >/>= width-matched :untagged
3016   (let* ((uuwidths (modular-class-widths *untagged-unsigned-modular-class*))
3017          (uswidths (modular-class-widths *untagged-signed-modular-class*))
3018          (uwidths (merge 'list uuwidths uswidths #'< :key #'car))
3019          (twidths (modular-class-widths *tagged-modular-class*)))
3020     (let ((exact (find (cons width signedp) uwidths :test #'equal)))
3021       (when exact
3022         (return-from best-modular-version (values width :untagged signedp))))
3023     (flet ((inexact-match (w)
3024              (cond
3025                ((eq signedp (cdr w)) (<= width (car w)))
3026                ((eq signedp nil) (< width (car w))))))
3027       (let ((tgt (find-if #'inexact-match twidths)))
3028         (when tgt
3029           (return-from best-modular-version
3030             (values (car tgt) :tagged (cdr tgt)))))
3031       (let ((ugt (find-if #'inexact-match uwidths)))
3032         (when ugt
3033           (return-from best-modular-version
3034             (values (car ugt) :untagged (cdr ugt))))))))
3035
3036 (defoptimizer (logand optimizer) ((x y) node)
3037   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3038     (when (numeric-type-p result-type)
3039       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3040             (high (numeric-type-high result-type)))
3041         (when (and (numberp low)
3042                    (numberp high)
3043                    (>= low 0))
3044           (let ((width (integer-length high)))
3045             (multiple-value-bind (w kind signedp)
3046                 (best-modular-version width nil)
3047               (when w
3048                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH SIGNEDP).
3049                 (cut-to-width x kind width signedp)
3050                 (cut-to-width y kind width signedp)
3051                 nil ; After fixing above, replace with T.
3052                 ))))))))
3053
3054 (defoptimizer (mask-signed-field optimizer) ((width x) node)
3055   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3056     (when (numeric-type-p result-type)
3057       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3058             (high (numeric-type-high result-type)))
3059         (when (and (numberp low) (numberp high))
3060           (let ((width (max (integer-length high) (integer-length low))))
3061             (multiple-value-bind (w kind)
3062                 (best-modular-version width t)
3063               (when w
3064                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH T).
3065                 (cut-to-width x kind width t)
3066                 nil ; After fixing above, replace with T.
3067                 ))))))))
3068 \f
3069 ;;; miscellanous numeric transforms
3070
3071 ;;; If a constant appears as the first arg, swap the args.
3072 (deftransform commutative-arg-swap ((x y) * * :defun-only t :node node)
3073   (if (and (constant-lvar-p x)
3074            (not (constant-lvar-p y)))
3075       `(,(lvar-fun-name (basic-combination-fun node))
3076         y
3077         ,(lvar-value x))
3078       (give-up-ir1-transform)))
3079
3080 (dolist (x '(= char= + * logior logand logxor))
3081   (%deftransform x '(function * *) #'commutative-arg-swap
3082                  "place constant arg last"))
3083
3084 ;;; Handle the case of a constant BOOLE-CODE.
3085 (deftransform boole ((op x y) * *)
3086   "convert to inline logical operations"
3087   (unless (constant-lvar-p op)
3088     (give-up-ir1-transform "BOOLE code is not a constant."))
3089   (let ((control (lvar-value op)))
3090     (case control
3091       (#.sb!xc:boole-clr 0)
3092       (#.sb!xc:boole-set -1)
3093       (#.sb!xc:boole-1 'x)
3094       (#.sb!xc:boole-2 'y)
3095       (#.sb!xc:boole-c1 '(lognot x))
3096       (#.sb!xc:boole-c2 '(lognot y))
3097       (#.sb!xc:boole-and '(logand x y))
3098       (#.sb!xc:boole-ior '(logior x y))
3099       (#.sb!xc:boole-xor '(logxor x y))
3100       (#.sb!xc:boole-eqv '(logeqv x y))
3101       (#.sb!xc:boole-nand '(lognand x y))
3102       (#.sb!xc:boole-nor '(lognor x y))
3103       (#.sb!xc:boole-andc1 '(logandc1 x y))
3104       (#.sb!xc:boole-andc2 '(logandc2 x y))
3105       (#.sb!xc:boole-orc1 '(logorc1 x y))
3106       (#.sb!xc:boole-orc2 '(logorc2 x y))
3107       (t
3108        (abort-ir1-transform "~S is an illegal control arg to BOOLE."
3109                             control)))))
3110 \f
3111 ;;;; converting special case multiply/divide to shifts
3112
3113 ;;; If arg is a constant power of two, turn * into a shift.
3114 (deftransform * ((x y) (integer integer) *)
3115   "convert x*2^k to shift"
3116   (unless (constant-lvar-p y)
3117     (give-up-ir1-transform))
3118   (let* ((y (lvar-value y))
3119          (y-abs (abs y))
3120          (len (1- (integer-length y-abs))))
3121     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3122       (give-up-ir1-transform))
3123     (if (minusp y)
3124         `(- (ash x ,len))
3125         `(ash x ,len))))
3126
3127 ;;; If arg is a constant power of two, turn FLOOR into a shift and
3128 ;;; mask. If CEILING, add in (1- (ABS Y)), do FLOOR and correct a
3129 ;;; remainder.
3130 (flet ((frob (y ceil-p)
3131          (unless (constant-lvar-p y)
3132            (give-up-ir1-transform))
3133          (let* ((y (lvar-value y))
3134                 (y-abs (abs y))
3135                 (len (1- (integer-length y-abs))))
3136            (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3137              (give-up-ir1-transform))
3138            (let ((shift (- len))
3139                  (mask (1- y-abs))
3140                  (delta (if ceil-p (* (signum y) (1- y-abs)) 0)))
3141              `(let ((x (+ x ,delta)))
3142                 ,(if (minusp y)
3143                      `(values (ash (- x) ,shift)
3144                               (- (- (logand (- x) ,mask)) ,delta))
3145                      `(values (ash x ,shift)
3146                               (- (logand x ,mask) ,delta))))))))
3147   (deftransform floor ((x y) (integer integer) *)
3148     "convert division by 2^k to shift"
3149     (frob y nil))
3150   (deftransform ceiling ((x y) (integer integer) *)
3151     "convert division by 2^k to shift"
3152     (frob y t)))
3153
3154 ;;; Do the same for MOD.
3155 (deftransform mod ((x y) (integer integer) *)
3156   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3157   (unless (constant-lvar-p y)
3158     (give-up-ir1-transform))
3159   (let* ((y (lvar-value y))
3160          (y-abs (abs y))
3161          (len (1- (integer-length y-abs))))
3162     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3163       (give-up-ir1-transform))
3164     (let ((mask (1- y-abs)))
3165       (if (minusp y)
3166           `(- (logand (- x) ,mask))
3167           `(logand x ,mask)))))
3168
3169 ;;; If arg is a constant power of two, turn TRUNCATE into a shift and mask.
3170 (deftransform truncate ((x y) (integer integer))
3171   "convert division by 2^k to shift"
3172   (unless (constant-lvar-p y)
3173     (give-up-ir1-transform))
3174   (let* ((y (lvar-value y))
3175          (y-abs (abs y))
3176          (len (1- (integer-length y-abs))))
3177     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3178       (give-up-ir1-transform))
3179     (let* ((shift (- len))
3180            (mask (1- y-abs)))
3181       `(if (minusp x)
3182            (values ,(if (minusp y)
3183                         `(ash (- x) ,shift)
3184                         `(- (ash (- x) ,shift)))
3185                    (- (logand (- x) ,mask)))
3186            (values ,(if (minusp y)
3187                         `(ash (- ,mask x) ,shift)
3188                         `(ash x ,shift))
3189                    (logand x ,mask))))))
3190
3191 ;;; And the same for REM.
3192 (deftransform rem ((x y) (integer integer) *)
3193   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3194   (unless (constant-lvar-p y)
3195     (give-up-ir1-transform))
3196   (let* ((y (lvar-value y))
3197          (y-abs (abs y))
3198          (len (1- (integer-length y-abs))))
3199     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3200       (give-up-ir1-transform))
3201     (let ((mask (1- y-abs)))
3202       `(if (minusp x)
3203            (- (logand (- x) ,mask))
3204            (logand x ,mask)))))
3205 \f
3206 ;;;; arithmetic and logical identity operation elimination
3207
3208 ;;; Flush calls to various arith functions that convert to the
3209 ;;; identity function or a constant.
3210 (macrolet ((def (name identity result)
3211              `(deftransform ,name ((x y) (* (constant-arg (member ,identity))) *)
3212                 "fold identity operations"
3213                 ',result)))
3214   (def ash 0 x)
3215   (def logand -1 x)
3216   (def logand 0 0)
3217   (def logior 0 x)
3218   (def logior -1 -1)
3219   (def logxor -1 (lognot x))
3220   (def logxor 0 x))
3221
3222 (deftransform logand ((x y) (* (constant-arg t)) *)
3223   "fold identity operation"
3224   (let ((y (lvar-value y)))
3225     (unless (and (plusp y)
3226                  (= y (1- (ash 1 (integer-length y)))))
3227       (give-up-ir1-transform))
3228     (unless (csubtypep (lvar-type x)
3229                        (specifier-type `(integer 0 ,y)))
3230       (give-up-ir1-transform))
3231     'x))
3232
3233 (deftransform mask-signed-field ((size x) ((constant-arg t) *) *)
3234   "fold identity operation"
3235   (let ((size (lvar-value size)))
3236     (unless (csubtypep (lvar-type x) (specifier-type `(signed-byte ,size)))
3237       (give-up-ir1-transform))
3238     'x))
3239
3240 ;;; These are restricted to rationals, because (- 0 0.0) is 0.0, not -0.0, and
3241 ;;; (* 0 -4.0) is -0.0.
3242 (deftransform - ((x y) ((constant-arg (member 0)) rational) *)
3243   "convert (- 0 x) to negate"
3244   '(%negate y))
3245 (deftransform * ((x y) (rational (constant-arg (member 0))) *)
3246   "convert (* x 0) to 0"
3247   0)
3248
3249 ;;; Return T if in an arithmetic op including lvars X and Y, the
3250 ;;; result type is not affected by the type of X. That is, Y is at
3251 ;;; least as contagious as X.
3252 #+nil
3253 (defun not-more-contagious (x y)
3254   (declare (type continuation x y))
3255   (let ((x (lvar-type x))
3256         (y (lvar-type y)))
3257     (values (type= (numeric-contagion x y)
3258                    (numeric-contagion y y)))))
3259 ;;; Patched version by Raymond Toy. dtc: Should be safer although it
3260 ;;; XXX needs more work as valid transforms are missed; some cases are
3261 ;;; specific to particular transform functions so the use of this
3262 ;;; function may need a re-think.
3263 (defun not-more-contagious (x y)
3264   (declare (type lvar x y))
3265   (flet ((simple-numeric-type (num)
3266            (and (numeric-type-p num)
3267                 ;; Return non-NIL if NUM is integer, rational, or a float
3268                 ;; of some type (but not FLOAT)
3269                 (case (numeric-type-class num)
3270                   ((integer rational)
3271                    t)
3272                   (float
3273                    (numeric-type-format num))
3274                   (t
3275                    nil)))))
3276     (let ((x (lvar-type x))
3277           (y (lvar-type y)))
3278       (if (and (simple-numeric-type x)
3279                (simple-numeric-type y))
3280           (values (type= (numeric-contagion x y)
3281                          (numeric-contagion y y)))))))
3282
3283 (def!type exact-number ()
3284   '(or rational (complex rational)))
3285
3286 ;;; Fold (+ x 0).
3287 ;;;
3288 ;;; Only safely applicable for exact numbers. For floating-point
3289 ;;; x, one would have to first show that neither x or y are signed
3290 ;;; 0s, and that x isn't an SNaN.
3291 (deftransform + ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3292   "fold zero arg"
3293   'x)
3294
3295 ;;; Fold (- x 0).
3296 (deftransform - ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3297   "fold zero arg"
3298   'x)
3299
3300 ;;; Fold (OP x +/-1)
3301 ;;;
3302 ;;; %NEGATE might not always signal correctly.
3303 (macrolet
3304     ((def (name result minus-result)
3305          `(deftransform ,name ((x y)
3306                                (exact-number (constant-arg (member 1 -1))))
3307             "fold identity operations"
3308             (if (minusp (lvar-value y)) ',minus-result ',result))))
3309   (def * x (%negate x))
3310   (def / x (%negate x))
3311   (def expt x (/ 1 x)))
3312
3313 ;;; Fold (expt x n) into multiplications for small integral values of
3314 ;;; N; convert (expt x 1/2) to sqrt.
3315 (deftransform expt ((x y) (t (constant-arg real)) *)
3316   "recode as multiplication or sqrt"
3317   (let ((val (lvar-value y)))
3318     ;; If Y would cause the result to be promoted to the same type as
3319     ;; Y, we give up. If not, then the result will be the same type
3320     ;; as X, so we can replace the exponentiation with simple
3321     ;; multiplication and division for small integral powers.
3322     (unless (not-more-contagious y x)
3323       (give-up-ir1-transform))
3324     (cond ((zerop val)
3325            (let ((x-type (lvar-type x)))
3326              (cond ((csubtypep x-type (specifier-type '(or rational
3327                                                         (complex rational))))
3328                     '1)
3329                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'real))
3330                     `(if (rationalp x)
3331                          1
3332                          (float 1 x)))
3333                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'complex))
3334                     ;; both parts are float
3335                     `(1+ (* x ,val)))
3336                    (t (give-up-ir1-transform)))))
3337           ((= val 2) '(* x x))
3338           ((= val -2) '(/ (* x x)))
3339           ((= val 3) '(* x x x))
3340           ((= val -3) '(/ (* x x x)))
3341           ((= val 1/2) '(sqrt x))
3342           ((= val -1/2) '(/ (sqrt x)))
3343           (t (give-up-ir1-transform)))))
3344
3345 (deftransform expt ((x y) ((constant-arg (member -1 -1.0 -1.0d0)) integer) *)
3346   "recode as an ODDP check"
3347   (let ((val (lvar-value x)))
3348     (if (eql -1 val)
3349         '(- 1 (* 2 (logand 1 y)))
3350         `(if (oddp y)
3351              ,val
3352              ,(abs val)))))
3353
3354 ;;; KLUDGE: Shouldn't (/ 0.0 0.0), etc. cause exceptions in these
3355 ;;; transformations?
3356 ;;; Perhaps we should have to prove that the denominator is nonzero before
3357 ;;; doing them?  -- WHN 19990917
3358 (macrolet ((def (name)
3359              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3360                                    *)
3361                 "fold zero arg"
3362                 0)))
3363   (def ash)
3364   (def /))
3365
3366 (macrolet ((def (name)
3367              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3368                                    *)
3369                 "fold zero arg"
3370                 '(values 0 0))))
3371   (def truncate)
3372   (def round)
3373   (def floor)
3374   (def ceiling))
3375 \f
3376 ;;;; character operations
3377
3378 (deftransform char-equal ((a b) (base-char base-char))
3379   "open code"
3380   '(let* ((ac (char-code a))
3381           (bc (char-code b))
3382           (sum (logxor ac bc)))
3383      (or (zerop sum)
3384          (when (eql sum #x20)
3385            (let ((sum (+ ac bc)))
3386              (or (and (> sum 161) (< sum 213))
3387                  (and (> sum 415) (< sum 461))
3388                  (and (> sum 463) (< sum 477))))))))
3389
3390 (deftransform char-upcase ((x) (base-char))
3391   "open code"
3392   '(let ((n-code (char-code x)))
3393      (if (or (and (> n-code #o140)      ; Octal 141 is #\a.
3394                   (< n-code #o173))     ; Octal 172 is #\z.
3395              (and (> n-code #o337)
3396                   (< n-code #o367))
3397              (and (> n-code #o367)
3398                   (< n-code #o377)))
3399          (code-char (logxor #x20 n-code))
3400          x)))
3401
3402 (deftransform char-downcase ((x) (base-char))
3403   "open code"
3404   '(let ((n-code (char-code x)))
3405      (if (or (and (> n-code 64)         ; 65 is #\A.
3406                   (< n-code 91))        ; 90 is #\Z.
3407              (and (> n-code 191)
3408                   (< n-code 215))
3409              (and (> n-code 215)
3410                   (< n-code 223)))
3411          (code-char (logxor #x20 n-code))
3412          x)))
3413 \f
3414 ;;;; equality predicate transforms
3415
3416 ;;; Return true if X and Y are lvars whose only use is a
3417 ;;; reference to the same leaf, and the value of the leaf cannot
3418 ;;; change.
3419 (defun same-leaf-ref-p (x y)
3420   (declare (type lvar x y))
3421   (let ((x-use (principal-lvar-use x))
3422         (y-use (principal-lvar-use y)))
3423     (and (ref-p x-use)
3424          (ref-p y-use)
3425          (eq (ref-leaf x-use) (ref-leaf y-use))
3426          (constant-reference-p x-use))))
3427
3428 ;;; If X and Y are the same leaf, then the result is true. Otherwise,
3429 ;;; if there is no intersection between the types of the arguments,
3430 ;;; then the result is definitely false.
3431 (deftransform simple-equality-transform ((x y) * *
3432                                          :defun-only t)
3433   (cond
3434     ((same-leaf-ref-p x y) t)
3435     ((not (types-equal-or-intersect (lvar-type x) (lvar-type y)))
3436          nil)
3437     (t (give-up-ir1-transform))))
3438
3439 (macrolet ((def (x)
3440              `(%deftransform ',x '(function * *) #'simple-equality-transform)))
3441   (def eq)
3442   (def char=))
3443
3444 ;;; This is similar to SIMPLE-EQUALITY-TRANSFORM, except that we also
3445 ;;; try to convert to a type-specific predicate or EQ:
3446 ;;; -- If both args are characters, convert to CHAR=. This is better than
3447 ;;;    just converting to EQ, since CHAR= may have special compilation
3448 ;;;    strategies for non-standard representations, etc.
3449 ;;; -- If either arg is definitely a fixnum, we check to see if X is
3450 ;;;    constant and if so, put X second. Doing this results in better
3451 ;;;    code from the backend, since the backend assumes that any constant
3452 ;;;    argument comes second.
3453 ;;; -- If either arg is definitely not a number or a fixnum, then we
3454 ;;;    can compare with EQ.
3455 ;;; -- Otherwise, we try to put the arg we know more about second. If X
3456 ;;;    is constant then we put it second. If X is a subtype of Y, we put
3457 ;;;    it second. These rules make it easier for the back end to match
3458 ;;;    these interesting cases.
3459 (deftransform eql ((x y) * * :node node)
3460   "convert to simpler equality predicate"
3461   (let ((x-type (lvar-type x))
3462         (y-type (lvar-type y))
3463         (char-type (specifier-type 'character)))
3464     (flet ((fixnum-type-p (type)
3465              (csubtypep type (specifier-type 'fixnum))))
3466       (cond
3467         ((same-leaf-ref-p x y) t)
3468         ((not (types-equal-or-intersect x-type y-type))
3469          nil)
3470         ((and (csubtypep x-type char-type)
3471               (csubtypep y-type char-type))
3472          '(char= x y))
3473         ((or (fixnum-type-p x-type) (fixnum-type-p y-type))
3474          (commutative-arg-swap node))
3475         ((or (eq-comparable-type-p x-type) (eq-comparable-type-p y-type))
3476          '(eq x y))
3477         ((and (not (constant-lvar-p y))
3478               (or (constant-lvar-p x)
3479                   (and (csubtypep x-type y-type)
3480                        (not (csubtypep y-type x-type)))))
3481          '(eql y x))
3482         (t
3483          (give-up-ir1-transform))))))
3484
3485 ;;; similarly to the EQL transform above, we attempt to constant-fold
3486 ;;; or convert to a simpler predicate: mostly we have to be careful
3487 ;;; with strings and bit-vectors.
3488 (deftransform equal ((x y) * *)
3489   "convert to simpler equality predicate"
3490   (let ((x-type (lvar-type x))
3491         (y-type (lvar-type y))
3492         (string-type (specifier-type 'string))
3493         (bit-vector-type (specifier-type 'bit-vector)))
3494     (cond
3495       ((same-leaf-ref-p x y) t)
3496       ((and (csubtypep x-type string-type)
3497             (csubtypep y-type string-type))
3498        '(string= x y))
3499       ((and (csubtypep x-type bit-vector-type)
3500             (csubtypep y-type bit-vector-type))
3501        '(bit-vector-= x y))
3502       ;; if at least one is not a string, and at least one is not a
3503       ;; bit-vector, then we can reason from types.
3504       ((and (not (and (types-equal-or-intersect x-type string-type)
3505                       (types-equal-or-intersect y-type string-type)))
3506             (not (and (types-equal-or-intersect x-type bit-vector-type)
3507                       (types-equal-or-intersect y-type bit-vector-type)))
3508             (not (types-equal-or-intersect x-type y-type)))
3509        nil)
3510       (t (give-up-ir1-transform)))))
3511
3512 ;;; Convert to EQL if both args are rational and complexp is specified
3513 ;;; and the same for both.
3514 (deftransform = ((x y) (number number) *)
3515   "open code"
3516   (let ((x-type (lvar-type x))
3517         (y-type (lvar-type y)))
3518     (cond ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'float))
3519                     (csubtypep y-type (specifier-type 'float)))
3520                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(complex float)))
3521                     (csubtypep y-type (specifier-type '(complex float))))
3522                #!+complex-float-vops
3523                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float))))
3524                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float)))))
3525                #!+complex-float-vops
3526                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))
3527                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))))
3528            ;; They are both floats. Leave as = so that -0.0 is
3529            ;; handled correctly.
3530            (give-up-ir1-transform))
3531           ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'rational))
3532                     (csubtypep y-type (specifier-type 'rational)))
3533                (and (csubtypep x-type
3534                                (specifier-type '(complex rational)))
3535                     (csubtypep y-type
3536                                (specifier-type '(complex rational)))))
3537            ;; They are both rationals and complexp is the same.
3538            ;; Convert to EQL.
3539            '(eql x y))
3540           (t
3541            (give-up-ir1-transform
3542             "The operands might not be the same type.")))))
3543
3544 (defun maybe-float-lvar-p (lvar)
3545   (neq *empty-type* (type-intersection (specifier-type 'float)
3546                                        (lvar-type lvar))))
3547
3548 (flet ((maybe-invert (node op inverted x y)
3549          ;; Don't invert if either argument can be a float (NaNs)
3550          (cond
3551            ((or (maybe-float-lvar-p x) (maybe-float-lvar-p y))
3552             (delay-ir1-transform node :constraint)
3553             `(or (,op x y) (= x y)))
3554            (t
3555             `(if (,inverted x y) nil t)))))
3556   (deftransform >= ((x y) (number number) * :node node)
3557     "invert or open code"
3558     (maybe-invert node '> '< x y))
3559   (deftransform <= ((x y) (number number) * :node node)
3560     "invert or open code"
3561     (maybe-invert node '< '> x y)))
3562
3563 ;;; See whether we can statically determine (< X Y) using type
3564 ;;; information. If X's high bound is < Y's low, then X < Y.
3565 ;;; Similarly, if X's low is >= to Y's high, the X >= Y (so return
3566 ;;; NIL). If not, at least make sure any constant arg is second.
3567 (macrolet ((def (name inverse reflexive-p surely-true surely-false)
3568              `(deftransform ,name ((x y))
3569                 "optimize using intervals"
3570                 (if (and (same-leaf-ref-p x y)
3571                          ;; For non-reflexive functions we don't need
3572                          ;; to worry about NaNs: (non-ref-op NaN NaN) => false,
3573                          ;; but with reflexive ones we don't know...
3574                          ,@(when reflexive-p
3575                                  '((and (not (maybe-float-lvar-p x))
3576                                         (not (maybe-float-lvar-p y))))))
3577                     ,reflexive-p
3578                     (let ((ix (or (type-approximate-interval (lvar-type x))
3579                                   (give-up-ir1-transform)))
3580                           (iy (or (type-approximate-interval (lvar-type y))
3581                                   (give-up-ir1-transform))))
3582                       (cond (,surely-true
3583                              t)
3584                             (,surely-false
3585                              nil)
3586                             ((and (constant-lvar-p x)
3587                                   (not (constant-lvar-p y)))
3588                              `(,',inverse y x))
3589                             (t
3590                              (give-up-ir1-transform))))))))
3591   (def = = t (interval-= ix iy) (interval-/= ix iy))
3592   (def /= /= nil (interval-/= ix iy) (interval-= ix iy))
3593   (def < > nil (interval-< ix iy) (interval->= ix iy))
3594   (def > < nil (interval-< iy ix) (interval->= iy ix))
3595   (def <= >= t (interval->= iy ix) (interval-< iy ix))
3596   (def >= <= t (interval->= ix iy) (interval-< ix iy)))
3597
3598 (defun ir1-transform-char< (x y first second inverse)
3599   (cond
3600     ((same-leaf-ref-p x y) nil)
3601     ;; If we had interval representation of character types, as we
3602     ;; might eventually have to to support 2^21 characters, then here
3603     ;; we could do some compile-time computation as in transforms for
3604     ;; < above. -- CSR, 2003-07-01
3605     ((and (constant-lvar-p first)
3606           (not (constant-lvar-p second)))
3607      `(,inverse y x))
3608     (t (give-up-ir1-transform))))
3609
3610 (deftransform char< ((x y) (character character) *)
3611   (ir1-transform-char< x y x y 'char>))
3612
3613 (deftransform char> ((x y) (character character) *)
3614   (ir1-transform-char< y x x y 'char<))
3615 \f
3616 ;;;; converting N-arg comparisons
3617 ;;;;
3618 ;;;; We convert calls to N-arg comparison functions such as < into
3619 ;;;; two-arg calls. This transformation is enabled for all such
3620 ;;;; comparisons in this file. If any of these predicates are not
3621 ;;;; open-coded, then the transformation should be removed at some
3622 ;;;; point to avoid pessimization.
3623
3624 ;;; This function is used for source transformation of N-arg
3625 ;;; comparison functions other than inequality. We deal both with
3626 ;;; converting to two-arg calls and inverting the sense of the test,
3627 ;;; if necessary. If the call has two args, then we pass or return a
3628 ;;; negated test as appropriate. If it is a degenerate one-arg call,
3629 ;;; then we transform to code that returns true. Otherwise, we bind
3630 ;;; all the arguments and expand into a bunch of IFs.
3631 (defun multi-compare (predicate args not-p type &optional force-two-arg-p)
3632   (let ((nargs (length args)))
3633     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3634           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3635           ((= nargs 2)
3636            (if not-p
3637                `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t)
3638                (if force-two-arg-p
3639                    `(,predicate ,(first args) ,(second args))
3640                    (values nil t))))
3641           (t
3642            (do* ((i (1- nargs) (1- i))
3643                  (last nil current)
3644                  (current (gensym) (gensym))
3645                  (vars (list current) (cons current vars))
3646                  (result t (if not-p
3647                                `(if (,predicate ,current ,last)
3648                                     nil ,result)
3649                                `(if (,predicate ,current ,last)
3650                                     ,result nil))))
3651                ((zerop i)
3652                 `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3653                   ,@args)))))))
3654
3655 (define-source-transform = (&rest args) (multi-compare '= args nil 'number))
3656 (define-source-transform < (&rest args) (multi-compare '< args nil 'real))
3657 (define-source-transform > (&rest args) (multi-compare '> args nil 'real))
3658 ;;; We cannot do the inversion for >= and <= here, since both
3659 ;;;   (< NaN X) and (> NaN X)
3660 ;;; are false, and we don't have type-inforation available yet. The
3661 ;;; deftransforms for two-argument versions of >= and <= takes care of
3662 ;;; the inversion to > and < when possible.
3663 (define-source-transform <= (&rest args) (multi-compare '<= args nil 'real))
3664 (define-source-transform >= (&rest args) (multi-compare '>= args nil 'real))
3665
3666 (define-source-transform char= (&rest args) (multi-compare 'char= args nil
3667                                                            'character))
3668 (define-source-transform char< (&rest args) (multi-compare 'char< args nil
3669                                                            'character))
3670 (define-source-transform char> (&rest args) (multi-compare 'char> args nil
3671                                                            'character))
3672 (define-source-transform char<= (&rest args) (multi-compare 'char> args t
3673                                                             'character))
3674 (define-source-transform char>= (&rest args) (multi-compare 'char< args t
3675                                                             'character))
3676
3677 (define-source-transform char-equal (&rest args)
3678   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-equal args nil 'character t))
3679 (define-source-transform char-lessp (&rest args)
3680   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args nil 'character t))
3681 (define-source-transform char-greaterp (&rest args)
3682   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args nil 'character t))
3683 (define-source-transform char-not-greaterp (&rest args)
3684   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args t 'character t))
3685 (define-source-transform char-not-lessp (&rest args)
3686   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args t 'character t))
3687
3688 ;;; This function does source transformation of N-arg inequality
3689 ;;; functions such as /=. This is similar to MULTI-COMPARE in the <3
3690 ;;; arg cases. If there are more than two args, then we expand into
3691 ;;; the appropriate n^2 comparisons only when speed is important.
3692 (declaim (ftype (function (symbol list t) *) multi-not-equal))
3693 (defun multi-not-equal (predicate args type)
3694   (let ((nargs (length args)))
3695     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3696           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3697           ((= nargs 2)
3698            `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t))
3699           ((not (policy *lexenv*
3700                         (and (>= speed space)
3701                              (>= speed compilation-speed))))
3702            (values nil t))
3703           (t
3704            (let ((vars (make-gensym-list nargs)))
3705              (do ((var vars next)
3706                   (next (cdr vars) (cdr next))
3707                   (result t))
3708                  ((null next)
3709                   `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3710                     ,@args))
3711                (let ((v1 (first var)))
3712                  (dolist (v2 next)
3713                    (setq result `(if (,predicate ,v1 ,v2) nil ,result))))))))))
3714
3715 (define-source-transform /= (&rest args)
3716   (multi-not-equal '= args 'number))
3717 (define-source-transform char/= (&rest args)
3718   (multi-not-equal 'char= args 'character))
3719 (define-source-transform char-not-equal (&rest args)
3720   (multi-not-equal 'char-equal args 'character))
3721
3722 ;;; Expand MAX and MIN into the obvious comparisons.
3723 (define-source-transform max (arg0 &rest rest)
3724   (once-only ((arg0 arg0))
3725     (if (null rest)
3726         `(values (the real ,arg0))
3727         `(let ((maxrest (max ,@rest)))
3728           (if (>= ,arg0 maxrest) ,arg0 maxrest)))))
3729 (define-source-transform min (arg0 &rest rest)
3730   (once-only ((arg0 arg0))
3731     (if (null rest)
3732         `(values (the real ,arg0))
3733         `(let ((minrest (min ,@rest)))
3734           (if (<= ,arg0 minrest) ,arg0 minrest)))))
3735 \f
3736 ;;;; converting N-arg arithmetic functions
3737 ;;;;
3738 ;;;; N-arg arithmetic and logic functions are associated into two-arg
3739 ;;;; versions, and degenerate cases are flushed.
3740
3741 ;;; Left-associate FIRST-ARG and MORE-ARGS using FUNCTION.
3742 (declaim (ftype (function (symbol t list) list) associate-args))
3743 (defun associate-args (function first-arg more-args)
3744   (let ((next (rest more-args))
3745         (arg (first more-args)))
3746     (if (null next)
3747         `(,function ,first-arg ,arg)
3748         (associate-args function `(,function ,first-arg ,arg) next))))
3749
3750 ;;; Do source transformations for transitive functions such as +.
3751 ;;; One-arg cases are replaced with the arg and zero arg cases with
3752 ;;; the identity.  ONE-ARG-RESULT-TYPE is, if non-NIL, the type to
3753 ;;; ensure (with THE) that the argument in one-argument calls is.
3754 (defun source-transform-transitive (fun args identity
3755                                     &optional one-arg-result-type)
3756   (declare (symbol fun) (list args))
3757   (case (length args)
3758     (0 identity)
3759     (1 (if one-arg-result-type
3760            `(values (the ,one-arg-result-type ,(first args)))
3761            `(values ,(first args))))
3762     (2 (values nil t))
3763     (t
3764      (associate-args fun (first args) (rest args)))))
3765
3766 (define-source-transform + (&rest args)
3767   (source-transform-transitive '+ args 0 'number))
3768 (define-source-transform * (&rest args)
3769   (source-transform-transitive '* args 1 'number))
3770 (define-source-transform logior (&rest args)
3771   (source-transform-transitive 'logior args 0 'integer))
3772 (define-source-transform logxor (&rest args)
3773   (source-transform-transitive 'logxor args 0 'integer))
3774 (define-source-transform logand (&rest args)
3775   (source-transform-transitive 'logand args -1 'integer))
3776 (define-source-transform logeqv (&rest args)
3777   (source-transform-transitive 'logeqv args -1 'integer))
3778
3779 ;;; Note: we can't use SOURCE-TRANSFORM-TRANSITIVE for GCD and LCM
3780 ;;; because when they are given one argument, they return its absolute
3781 ;;; value.
3782
3783 (define-source-transform gcd (&rest args)
3784   (case (length args)
3785     (0 0)
3786     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3787     (2 (values nil t))
3788     (t (associate-args 'gcd (first args) (rest args)))))
3789
3790 (define-source-transform lcm (&rest args)
3791   (case (length args)
3792     (0 1)
3793     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3794     (2 (values nil t))
3795     (t (associate-args 'lcm (first args) (rest args)))))
3796
3797 ;;; Do source transformations for intransitive n-arg functions such as
3798 ;;; /. With one arg, we form the inverse. With two args we pass.
3799 ;;; Otherwise we associate into two-arg calls.
3800 (declaim (ftype (function (symbol list t)
3801                           (values list &optional (member nil t)))
3802                 source-transform-intransitive))
3803 (defun source-transform-intransitive (function args inverse)
3804   (case (length args)
3805     ((0 2) (values nil t))
3806     (1 `(,@inverse ,(first args)))
3807     (t (associate-args function (first args) (rest args)))))
3808
3809 (define-source-transform - (&rest args)
3810   (source-transform-intransitive '- args '(%negate)))
3811 (define-source-transform / (&rest args)
3812   (source-transform-intransitive '/ args '(/ 1)))
3813 \f
3814 ;;;; transforming APPLY
3815
3816 ;;; We convert APPLY into MULTIPLE-VALUE-CALL so that the compiler
3817 ;;; only needs to understand one kind of variable-argument call. It is
3818 ;;; more efficient to convert APPLY to MV-CALL than MV-CALL to APPLY.
3819 (define-source-transform apply (fun arg &rest more-args)
3820   (let ((args (cons arg more-args)))
3821     `(multiple-value-call ,fun
3822        ,@(mapcar (lambda (x)
3823                    `(values ,x))
3824                  (butlast args))
3825        (values-list ,(car (last args))))))
3826 \f
3827 ;;;; transforming FORMAT
3828 ;;;;
3829 ;;;; If the control string is a compile-time constant, then replace it
3830 ;;;; with a use of the FORMATTER macro so that the control string is
3831 ;;;; ``compiled.'' Furthermore, if the destination is either a stream
3832 ;;;; or T and the control string is a function (i.e. FORMATTER), then
3833 ;;;; convert the call to FORMAT to just a FUNCALL of that function.
3834
3835 ;;; for compile-time argument count checking.
3836 ;;;
3837 ;;; FIXME II: In some cases, type information could be correlated; for
3838 ;;; instance, ~{ ... ~} requires a list argument, so if the lvar-type
3839 ;;; of a corresponding argument is known and does not intersect the
3840 ;;; list type, a warning could be signalled.
3841 (defun check-format-args (string args fun)
3842   (declare (type string string))
3843   (unless (typep string 'simple-string)
3844     (setq string (coerce string 'simple-string)))
3845   (multiple-value-bind (min max)
3846       (handler-case (sb!format:%compiler-walk-format-string string args)
3847         (sb!format:format-error (c)
3848           (compiler-warn "~A" c)))
3849     (when min
3850       (let ((nargs (length args)))
3851         (cond
3852           ((< nargs min)
3853            (warn 'format-too-few-args-warning
3854                  :format-control
3855                  "Too few arguments (~D) to ~S ~S: requires at least ~D."
3856                  :format-arguments (list nargs fun string min)))
3857           ((> nargs max)
3858            (warn 'format-too-many-args-warning
3859                  :format-control
3860                  "Too many arguments (~D) to ~S ~S: uses at most ~D."
3861                  :format-arguments (list nargs fun string max))))))))
3862
3863 (defoptimizer (format optimizer) ((dest control &rest args))
3864   (when (constant-lvar-p control)
3865     (let ((x (lvar-value control)))
3866       (when (stringp x)
3867         (check-format-args x args 'format)))))
3868
3869 ;;; We disable this transform in the cross-compiler to save memory in
3870 ;;; the target image; most of the uses of FORMAT in the compiler are for
3871 ;;; error messages, and those don't need to be particularly fast.
3872 #+sb-xc
3873 (deftransform format ((dest control &rest args) (t simple-string &rest t) *
3874                       :policy (>= speed space))
3875   (unless (constant-lvar-p control)
3876     (give-up-ir1-transform "The control string is not a constant."))
3877   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3878     `(lambda (dest control ,@arg-names)
3879        (declare (ignore control))
3880        (format dest (formatter ,(lvar-value control)) ,@arg-names))))
3881
3882 (deftransform format ((stream control &rest args) (stream function &rest t))
3883   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3884     `(lambda (stream control ,@arg-names)
3885        (funcall control stream ,@arg-names)
3886        nil)))
3887
3888 (deftransform format ((tee control &rest args) ((member t) function &rest t))
3889   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3890     `(lambda (tee control ,@arg-names)
3891        (declare (ignore tee))
3892        (funcall control *standard-output* ,@arg-names)
3893        nil)))
3894
3895 (deftransform pathname ((pathspec) (pathname) *)
3896   'pathspec)
3897
3898 (deftransform pathname ((pathspec) (string) *)
3899   '(values (parse-namestring pathspec)))
3900
3901 (macrolet
3902     ((def (name)
3903          `(defoptimizer (,name optimizer) ((control &rest args))
3904             (when (constant-lvar-p control)
3905               (let ((x (lvar-value control)))
3906                 (when (stringp x)
3907                   (check-format-args x args ',name)))))))
3908   (def error)
3909   (def warn)
3910   #+sb-xc-host ; Only we should be using these
3911   (progn
3912     (def style-warn)
3913     (def compiler-error)
3914     (def compiler-warn)
3915     (def compiler-style-warn)
3916     (def compiler-notify)
3917     (def maybe-compiler-notify)
3918     (def bug)))
3919
3920 (defoptimizer (cerror optimizer) ((report control &rest args))
3921   (when (and (constant-lvar-p control)
3922              (constant-lvar-p report))
3923     (let ((x (lvar-value control))
3924           (y (lvar-value report)))
3925       (when (and (stringp x) (stringp y))
3926         (multiple-value-bind (min1 max1)
3927             (handler-case
3928                 (sb!format:%compiler-walk-format-string x args)
3929               (sb!format:format-error (c)
3930                 (compiler-warn "~A" c)))
3931           (when min1
3932             (multiple-value-bind (min2 max2)
3933                 (handler-case
3934                     (sb!format:%compiler-walk-format-string y args)
3935                   (sb!format:format-error (c)
3936                     (compiler-warn "~A" c)))
3937               (when min2
3938                 (let ((nargs (length args)))
3939                   (cond
3940                     ((< nargs (min min1 min2))
3941                      (warn 'format-too-few-args-warning
3942                            :format-control
3943                            "Too few arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
3944                             requires at least ~D."
3945                            :format-arguments
3946                            (list nargs 'cerror y x (min min1 min2))))
3947                     ((> nargs (max max1 max2))
3948                      (warn 'format-too-many-args-warning
3949                            :format-control
3950                            "Too many arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
3951                             uses at most ~D."
3952                            :format-arguments
3953                            (list nargs 'cerror y x (max max1 max2))))))))))))))
3954
3955 (defoptimizer (coerce derive-type) ((value type))
3956   (cond
3957     ((constant-lvar-p type)
3958      ;; This branch is essentially (RESULT-TYPE-SPECIFIER-NTH-ARG 2),
3959      ;; but dealing with the niggle that complex canonicalization gets
3960      ;; in the way: (COERCE 1 'COMPLEX) returns 1, which is not of
3961      ;; type COMPLEX.
3962      (let* ((specifier (lvar-value type))
3963             (result-typeoid (careful-specifier-type specifier)))
3964        (cond
3965          ((null result-typeoid) nil)
3966          ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'number))
3967           ;; the difficult case: we have to cope with ANSI 12.1.5.3
3968           ;; Rule of Canonical Representation for Complex Rationals,
3969           ;; which is a truly nasty delivery to field.
3970           (cond
3971             ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'real))
3972              ;; cleverness required here: it would be nice to deduce
3973              ;; that something of type (INTEGER 2 3) coerced to type
3974              ;; DOUBLE-FLOAT should return (DOUBLE-FLOAT 2.0d0 3.0d0).
3975              ;; FLOAT gets its own clause because it's implemented as
3976              ;; a UNION-TYPE, so we don't catch it in the NUMERIC-TYPE
3977              ;; logic below.
3978              result-typeoid)
3979             ((and (numeric-type-p result-typeoid)
3980                   (eq (numeric-type-complexp result-typeoid) :real))
3981              ;; FIXME: is this clause (a) necessary or (b) useful?
3982              result-typeoid)
3983             ((or (csubtypep result-typeoid
3984                             (specifier-type '(complex single-float)))
3985                  (csubtypep result-typeoid
3986                             (specifier-type '(complex double-float)))
3987                  #!+long-float
3988                  (csubtypep result-typeoid
3989                             (specifier-type '(complex long-float))))
3990              ;; float complex types are never canonicalized.
3991              result-typeoid)
3992             (t
3993              ;; if it's not a REAL, or a COMPLEX FLOAToid, it's
3994              ;; probably just a COMPLEX or equivalent.  So, in that
3995              ;; case, we will return a complex or an object of the
3996              ;; provided type if it's rational:
3997              (type-union result-typeoid
3998                          (type-intersection (lvar-type value)
3999                                             (specifier-type 'rational))))))
4000          (t result-typeoid))))
4001     (t
4002      ;; OK, the result-type argument isn't constant.  However, there
4003      ;; are common uses where we can still do better than just
4004      ;; *UNIVERSAL-TYPE*: e.g. (COERCE X (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y)),
4005      ;; where Y is of a known type.  See messages on cmucl-imp
4006      ;; 2001-02-14 and sbcl-devel 2002-12-12.  We only worry here
4007      ;; about types that can be returned by (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y), on
4008      ;; the basis that it's unlikely that other uses are both
4009      ;; time-critical and get to this branch of the COND (non-constant
4010      ;; second argument to COERCE).  -- CSR, 2002-12-16
4011      (let ((value-type (lvar-type value))
4012            (type-type (lvar-type type)))
4013        (labels
4014            ((good-cons-type-p (cons-type)
4015               ;; Make sure the cons-type we're looking at is something
4016               ;; we're prepared to handle which is basically something
4017               ;; that array-element-type can return.
4018               (or (and (member-type-p cons-type)
4019                        (eql 1 (member-type-size cons-type))
4020                        (null (first (member-type-members cons-type))))
4021                   (let ((car-type (cons-type-car-type cons-type)))
4022                     (and (member-type-p car-type)
4023                          (eql 1 (member-type-members car-type))
4024                          (let ((elt (first (member-type-members car-type))))
4025                            (or (symbolp elt)
4026                                (numberp elt)
4027                                (and (listp elt)
4028                                     (numberp (first elt)))))
4029                          (good-cons-type-p (cons-type-cdr-type cons-type))))))
4030             (unconsify-type (good-cons-type)
4031               ;; Convert the "printed" respresentation of a cons
4032               ;; specifier into a type specifier.  That is, the
4033               ;; specifier (CONS (EQL SIGNED-BYTE) (CONS (EQL 16)
4034               ;; NULL)) is converted to (SIGNED-BYTE 16).
4035               (cond ((or (null good-cons-type)
4036                          (eq good-cons-type 'null))
4037                      nil)
4038                     ((and (eq (first good-cons-type) 'cons)
4039                           (eq (first (second good-cons-type)) 'member))
4040                      `(,(second (second good-cons-type))
4041                        ,@(unconsify-type (caddr good-cons-type))))))
4042             (coerceable-p (part)
4043               ;; Can the value be coerced to the given type?  Coerce is
4044               ;; complicated, so we don't handle every possible case
4045               ;; here---just the most common and easiest cases:
4046               ;;
4047               ;; * Any REAL can be coerced to a FLOAT type.
4048               ;; * Any NUMBER can be coerced to a (COMPLEX
4049               ;;   SINGLE/DOUBLE-FLOAT).
4050               ;;
4051               ;; FIXME I: we should also be able to deal with characters
4052               ;; here.
4053               ;;
4054               ;; FIXME II: I'm not sure that anything is necessary
4055               ;; here, at least while COMPLEX is not a specialized
4056               ;; array element type in the system.  Reasoning: if
4057               ;; something cannot be coerced to the requested type, an
4058               ;; error will be raised (and so any downstream compiled
4059               ;; code on the assumption of the returned type is
4060               ;; unreachable).  If something can, then it will be of
4061               ;; the requested type, because (by assumption) COMPLEX
4062               ;; (and other difficult types like (COMPLEX INTEGER)
4063               ;; aren't specialized types.
4064               (let ((coerced-type (careful-specifier-type part)))
4065                 (when coerced-type
4066                   (or (and (csubtypep coerced-type (specifier-type 'float))
4067                            (csubtypep value-type (specifier-type 'real)))
4068                       (and (csubtypep coerced-type
4069                                       (specifier-type `(or (complex single-float)
4070                                                            (complex double-float))))
4071                           (csubtypep value-type (specifier-type 'number)))))))
4072             (process-types (type)
4073               ;; FIXME: This needs some work because we should be able
4074               ;; to derive the resulting type better than just the
4075               ;; type arg of coerce.  That is, if X is (INTEGER 10
4076               ;; 20), then (COERCE X 'DOUBLE-FLOAT) should say
4077               ;; (DOUBLE-FLOAT 10d0 20d0) instead of just
4078               ;; double-float.
4079               (cond ((member-type-p type)
4080                      (block punt
4081                        (let (members)
4082                          (mapc-member-type-members
4083                           (lambda (member)
4084                             (if (coerceable-p member)
4085                                 (push member members)
4086                                 (return-from punt *universal-type*)))
4087                           type)
4088                          (specifier-type `(or ,@members)))))
4089                     ((and (cons-type-p type)
4090                           (good-cons-type-p type))
4091                      (let ((c-type (unconsify-type (type-specifier type))))
4092                        (if (coerceable-p c-type)
4093                            (specifier-type c-type)
4094                            *universal-type*)))
4095                     (t
4096                      *universal-type*))))
4097          (cond ((union-type-p type-type)
4098                 (apply #'type-union (mapcar #'process-types
4099                                             (union-type-types type-type))))
4100                ((or (member-type-p type-type)
4101                     (cons-type-p type-type))
4102                 (process-types type-type))
4103                (t
4104                 *universal-type*)))))))
4105
4106 (defoptimizer (compile derive-type) ((nameoid function))
4107   (when (csubtypep (lvar-type nameoid)
4108                    (specifier-type 'null))
4109     (values-specifier-type '(values function boolean boolean))))
4110
4111 ;;; FIXME: Maybe also STREAM-ELEMENT-TYPE should be given some loving
4112 ;;; treatment along these lines? (See discussion in COERCE DERIVE-TYPE
4113 ;;; optimizer, above).
4114 (defoptimizer (array-element-type derive-type) ((array))
4115   (let ((array-type (lvar-type array)))
4116     (labels ((consify (list)
4117               (if (endp list)
4118                   '(eql nil)
4119                   `(cons (eql ,(car list)) ,(consify (rest list)))))
4120             (get-element-type (a)
4121               (let ((element-type
4122                      (type-specifier (array-type-specialized-element-type a))))
4123                 (cond ((eq element-type '*)
4124                        (specifier-type 'type-specifier))
4125                       ((symbolp element-type)
4126                        (make-member-type :members (list element-type)))
4127                       ((consp element-type)
4128                        (specifier-type (consify element-type)))
4129                       (t
4130                        (error "can't understand type ~S~%" element-type))))))
4131       (labels ((recurse (type)
4132                   (cond ((array-type-p type)
4133                          (get-element-type type))
4134                         ((union-type-p type)
4135                          (apply #'type-union
4136                                 (mapcar #'recurse (union-type-types type))))
4137                         (t
4138                          *universal-type*))))
4139         (recurse array-type)))))
4140
4141 (define-source-transform sb!impl::sort-vector (vector start end predicate key)
4142   ;; Like CMU CL, we use HEAPSORT. However, other than that, this code
4143   ;; isn't really related to the CMU CL code, since instead of trying
4144   ;; to generalize the CMU CL code to allow START and END values, this
4145   ;; code has been written from scratch following Chapter 7 of
4146   ;; _Introduction to Algorithms_ by Corman, Rivest, and Shamir.
4147   `(macrolet ((%index (x) `(truly-the index ,x))
4148               (%parent (i) `(ash ,i -1))
4149               (%left (i) `(%index (ash ,i 1)))
4150               (%right (i) `(%index (1+ (ash ,i 1))))
4151               (%heapify (i)
4152                `(do* ((i ,i)
4153                       (left (%left i) (%left i)))
4154                  ((> left current-heap-size))
4155                  (declare (type index i left))
4156                  (let* ((i-elt (%elt i))
4157                         (i-key (funcall keyfun i-elt))
4158                         (left-elt (%elt left))
4159                         (left-key (funcall keyfun left-elt)))
4160                    (multiple-value-bind (large large-elt large-key)
4161                        (if (funcall ,',predicate i-key left-key)
4162                            (values left left-elt left-key)
4163                            (values i i-elt i-key))
4164                      (let ((right (%right i)))
4165                        (multiple-value-bind (largest largest-elt)
4166                            (if (> right current-heap-size)
4167                                (values large large-elt)
4168                                (let* ((right-elt (%elt right))
4169                                       (right-key (funcall keyfun right-elt)))
4170                                  (if (funcall ,',predicate large-key right-key)
4171                                      (values right right-elt)
4172                                      (values large large-elt))))
4173                          (cond ((= largest i)
4174                                 (return))
4175                                (t
4176                                 (setf (%elt i) largest-elt
4177                                       (%elt largest) i-elt
4178                                       i largest)))))))))
4179               (%sort-vector (keyfun &optional (vtype 'vector))
4180                `(macrolet (;; KLUDGE: In SBCL ca. 0.6.10, I had
4181                            ;; trouble getting type inference to
4182                            ;; propagate all the way through this
4183                            ;; tangled mess of inlining. The TRULY-THE
4184                            ;; here works around that. -- WHN
4185                            (%elt (i)
4186                             `(aref (truly-the ,',vtype ,',',vector)
4187                               (%index (+ (%index ,i) start-1)))))
4188                  (let (;; Heaps prefer 1-based addressing.
4189                        (start-1 (1- ,',start))
4190                        (current-heap-size (- ,',end ,',start))
4191                        (keyfun ,keyfun))
4192                    (declare (type (integer -1 #.(1- sb!xc:most-positive-fixnum))
4193                                   start-1))
4194                    (declare (type index current-heap-size))
4195                    (declare (type function keyfun))
4196                    (loop for i of-type index
4197                          from (ash current-heap-size -1) downto 1 do
4198                          (%heapify i))
4199                    (loop
4200                     (when (< current-heap-size 2)
4201                       (return))
4202                     (rotatef (%elt 1) (%elt current-heap-size))
4203                     (decf current-heap-size)
4204                     (%heapify 1))))))
4205     (if (typep ,vector 'simple-vector)
4206         ;; (VECTOR T) is worth optimizing for, and SIMPLE-VECTOR is
4207         ;; what we get from (VECTOR T) inside WITH-ARRAY-DATA.
4208         (if (null ,key)
4209             ;; Special-casing the KEY=NIL case lets us avoid some
4210             ;; function calls.
4211             (%sort-vector #'identity simple-vector)
4212             (%sort-vector ,key simple-vector))
4213         ;; It's hard to anticipate many speed-critical applications for
4214         ;; sorting vector types other than (VECTOR T), so we just lump
4215         ;; them all together in one slow dynamically typed mess.
4216         (locally
4217           (declare (optimize (speed 2) (space 2) (inhibit-warnings 3)))
4218           (%sort-vector (or ,key #'identity))))))
4219 \f
4220 ;;;; debuggers' little helpers
4221
4222 ;;; for debugging when transforms are behaving mysteriously,
4223 ;;; e.g. when debugging a problem with an ASH transform
4224 ;;;   (defun foo (&optional s)
4225 ;;;     (sb-c::/report-lvar s "S outside WHEN")
4226 ;;;     (when (and (integerp s) (> s 3))
4227 ;;;       (sb-c::/report-lvar s "S inside WHEN")
4228 ;;;       (let ((bound (ash 1 (1- s))))
4229 ;;;         (sb-c::/report-lvar bound "BOUND")
4230 ;;;         (let ((x (- bound))
4231 ;;;               (y (1- bound)))
4232 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "X")
4233 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "Y"))
4234 ;;;         `(integer ,(- bound) ,(1- bound)))))
4235 ;;; (The DEFTRANSFORM doesn't do anything but report at compile time,
4236 ;;; and the function doesn't do anything at all.)
4237 #!+sb-show
4238 (progn
4239   (defknown /report-lvar (t t) null)
4240   (deftransform /report-lvar ((x message) (t t))
4241     (format t "~%/in /REPORT-LVAR~%")
4242     (format t "/(LVAR-TYPE X)=~S~%" (lvar-type x))
4243     (when (constant-lvar-p x)
4244       (format t "/(LVAR-VALUE X)=~S~%" (lvar-value x)))
4245     (format t "/MESSAGE=~S~%" (lvar-value message))
4246     (give-up-ir1-transform "not a real transform"))
4247   (defun /report-lvar (x message)
4248     (declare (ignore x message))))
4249
4250 \f
4251 ;;;; Transforms for internal compiler utilities
4252
4253 ;;; If QUALITY-NAME is constant and a valid name, don't bother
4254 ;;; checking that it's still valid at run-time.
4255 (deftransform policy-quality ((policy quality-name)
4256                               (t symbol))
4257   (unless (and (constant-lvar-p quality-name)
4258                (policy-quality-name-p (lvar-value quality-name)))
4259     (give-up-ir1-transform))
4260   '(%policy-quality policy quality-name))