allow approximating unions of numeric types
[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 ;;; Take a list of types and return a canonical type specifier,
1131 ;;; combining any MEMBER types together. If both positive and negative
1132 ;;; MEMBER types are present they are converted to a float type.
1133 ;;; XXX This would be far simpler if the type-union methods could handle
1134 ;;; member/number unions.
1135 ;;;
1136 ;;; If we're about to generate an overly complex union of numeric types, start
1137 ;;; collapse the ranges together.
1138 ;;;
1139 ;;; FIXME: The MEMBER canonicalization parts of MAKE-DERIVED-UNION-TYPE and
1140 ;;; entire CONVERT-MEMBER-TYPE probably belong in the kernel's type logic,
1141 ;;; invoked always, instead of in the compiler, invoked only during some type
1142 ;;; optimizations.
1143 (defvar *derived-numeric-union-complexity-limit* 6)
1144
1145 (defun make-derived-union-type (type-list)
1146   (let ((xset (alloc-xset))
1147         (fp-zeroes '())
1148         (misc-types '())
1149         (numeric-type *empty-type*))
1150     (dolist (type type-list)
1151       (cond ((member-type-p type)
1152              (mapc-member-type-members
1153               (lambda (member)
1154                 (if (fp-zero-p member)
1155                     (unless (member member fp-zeroes)
1156                       (pushnew member fp-zeroes))
1157                     (add-to-xset member xset)))
1158               type))
1159             ((numeric-type-p type)
1160              (let ((*approximate-numeric-unions*
1161                     (when (and (union-type-p numeric-type)
1162                                (nthcdr *derived-numeric-union-complexity-limit*
1163                                        (union-type-types numeric-type)))
1164                       t)))
1165                (setf numeric-type (type-union type numeric-type))))
1166             (t
1167              (push type misc-types))))
1168     (if (and (xset-empty-p xset) (not fp-zeroes))
1169         (apply #'type-union numeric-type misc-types)
1170         (apply #'type-union (make-member-type :xset xset :fp-zeroes fp-zeroes)
1171                numeric-type misc-types))))
1172
1173 ;;; Convert a member type with a single member to a numeric type.
1174 (defun convert-member-type (arg)
1175   (let* ((members (member-type-members arg))
1176          (member (first members))
1177          (member-type (type-of member)))
1178     (aver (not (rest members)))
1179     (specifier-type (cond ((typep member 'integer)
1180                            `(integer ,member ,member))
1181                           ((memq member-type '(short-float single-float
1182                                                double-float long-float))
1183                            `(,member-type ,member ,member))
1184                           (t
1185                            member-type)))))
1186
1187 ;;; This is used in defoptimizers for computing the resulting type of
1188 ;;; a function.
1189 ;;;
1190 ;;; Given the lvar ARG, derive the resulting type using the
1191 ;;; DERIVE-FUN. DERIVE-FUN takes exactly one argument which is some
1192 ;;; "atomic" lvar type like numeric-type or member-type (containing
1193 ;;; just one element). It should return the resulting type, which can
1194 ;;; be a list of types.
1195 ;;;
1196 ;;; For the case of member types, if a MEMBER-FUN is given it is
1197 ;;; called to compute the result otherwise the member type is first
1198 ;;; converted to a numeric type and the DERIVE-FUN is called.
1199 (defun one-arg-derive-type (arg derive-fun member-fun
1200                                 &optional (convert-type t))
1201   (declare (type function derive-fun)
1202            (type (or null function) member-fun))
1203   (let ((arg-list (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg))))
1204     (when arg-list
1205       (flet ((deriver (x)
1206                (typecase x
1207                  (member-type
1208                   (if member-fun
1209                       (with-float-traps-masked
1210                           (:underflow :overflow :divide-by-zero)
1211                         (specifier-type
1212                          `(eql ,(funcall member-fun
1213                                          (first (member-type-members x))))))
1214                       ;; Otherwise convert to a numeric type.
1215                       (let ((result-type-list
1216                              (funcall derive-fun (convert-member-type x))))
1217                         (if convert-type
1218                             (convert-back-numeric-type-list result-type-list)
1219                             result-type-list))))
1220                  (numeric-type
1221                   (if convert-type
1222                       (convert-back-numeric-type-list
1223                        (funcall derive-fun (convert-numeric-type x)))
1224                       (funcall derive-fun x)))
1225                  (t
1226                   *universal-type*))))
1227         ;; Run down the list of args and derive the type of each one,
1228         ;; saving all of the results in a list.
1229         (let ((results nil))
1230           (dolist (arg arg-list)
1231             (let ((result (deriver arg)))
1232               (if (listp result)
1233                   (setf results (append results result))
1234                   (push result results))))
1235           (if (rest results)
1236               (make-derived-union-type results)
1237               (first results)))))))
1238
1239 ;;; Same as ONE-ARG-DERIVE-TYPE, except we assume the function takes
1240 ;;; two arguments. DERIVE-FUN takes 3 args in this case: the two
1241 ;;; original args and a third which is T to indicate if the two args
1242 ;;; really represent the same lvar. This is useful for deriving the
1243 ;;; type of things like (* x x), which should always be positive. If
1244 ;;; we didn't do this, we wouldn't be able to tell.
1245 (defun two-arg-derive-type (arg1 arg2 derive-fun fun
1246                                  &optional (convert-type t))
1247   (declare (type function derive-fun fun))
1248   (flet ((deriver (x y same-arg)
1249            (cond ((and (member-type-p x) (member-type-p y))
1250                   (let* ((x (first (member-type-members x)))
1251                          (y (first (member-type-members y)))
1252                          (result (ignore-errors
1253                                    (with-float-traps-masked
1254                                        (:underflow :overflow :divide-by-zero
1255                                                    :invalid)
1256                                      (funcall fun x y)))))
1257                     (cond ((null result) *empty-type*)
1258                           ((and (floatp result) (float-nan-p result))
1259                            (make-numeric-type :class 'float
1260                                               :format (type-of result)
1261                                               :complexp :real))
1262                           (t
1263                            (specifier-type `(eql ,result))))))
1264                  ((and (member-type-p x) (numeric-type-p y))
1265                   (let* ((x (convert-member-type x))
1266                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1267                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1268                     (if convert-type
1269                         (convert-back-numeric-type-list result)
1270                         result)))
1271                  ((and (numeric-type-p x) (member-type-p y))
1272                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1273                          (y (convert-member-type y))
1274                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1275                     (if convert-type
1276                         (convert-back-numeric-type-list result)
1277                         result)))
1278                  ((and (numeric-type-p x) (numeric-type-p y))
1279                   (let* ((x (if convert-type (convert-numeric-type x) x))
1280                          (y (if convert-type (convert-numeric-type y) y))
1281                          (result (funcall derive-fun x y same-arg)))
1282                     (if convert-type
1283                         (convert-back-numeric-type-list result)
1284                         result)))
1285                  (t
1286                   *universal-type*))))
1287     (let ((same-arg (same-leaf-ref-p arg1 arg2))
1288           (a1 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg1)))
1289           (a2 (prepare-arg-for-derive-type (lvar-type arg2))))
1290       (when (and a1 a2)
1291         (let ((results nil))
1292           (if same-arg
1293               ;; Since the args are the same LVARs, just run down the
1294               ;; lists.
1295               (dolist (x a1)
1296                 (let ((result (deriver x x same-arg)))
1297                   (if (listp result)
1298                       (setf results (append results result))
1299                       (push result results))))
1300               ;; Try all pairwise combinations.
1301               (dolist (x a1)
1302                 (dolist (y a2)
1303                   (let ((result (or (deriver x y same-arg)
1304                                     (numeric-contagion x y))))
1305                     (if (listp result)
1306                         (setf results (append results result))
1307                         (push result results))))))
1308           (if (rest results)
1309               (make-derived-union-type results)
1310               (first results)))))))
1311 \f
1312 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1313 (progn
1314 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1315   (derive-integer-type
1316    x y
1317    #'(lambda (x y)
1318        (flet ((frob (x y)
1319                 (if (and x y)
1320                     (+ x y)
1321                     nil)))
1322          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-low y))
1323                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-high y)))))))
1324
1325 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1326   (derive-integer-type
1327    x y
1328    #'(lambda (x y)
1329        (flet ((frob (x y)
1330                 (if (and x y)
1331                     (- x y)
1332                     nil)))
1333          (values (frob (numeric-type-low x) (numeric-type-high y))
1334                  (frob (numeric-type-high x) (numeric-type-low y)))))))
1335
1336 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1337   (derive-integer-type
1338    x y
1339    #'(lambda (x y)
1340        (let ((x-low (numeric-type-low x))
1341              (x-high (numeric-type-high x))
1342              (y-low (numeric-type-low y))
1343              (y-high (numeric-type-high y)))
1344          (cond ((not (and x-low y-low))
1345                 (values nil nil))
1346                ((or (minusp x-low) (minusp y-low))
1347                 (if (and x-high y-high)
1348                     (let ((max (* (max (abs x-low) (abs x-high))
1349                                   (max (abs y-low) (abs y-high)))))
1350                       (values (- max) max))
1351                     (values nil nil)))
1352                (t
1353                 (values (* x-low y-low)
1354                         (if (and x-high y-high)
1355                             (* x-high y-high)
1356                             nil))))))))
1357
1358 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1359   (numeric-contagion (lvar-type x) (lvar-type y)))
1360
1361 ) ; PROGN
1362
1363 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1364 (progn
1365 (defun +-derive-type-aux (x y same-arg)
1366   (if (and (numeric-type-real-p x)
1367            (numeric-type-real-p y))
1368       (let ((result
1369              (if same-arg
1370                  (let ((x-int (numeric-type->interval x)))
1371                    (interval-add x-int x-int))
1372                  (interval-add (numeric-type->interval x)
1373                                (numeric-type->interval y))))
1374             (result-type (numeric-contagion x y)))
1375         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1376         ;; the bounds into the correct type.
1377         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1378           (setf result (interval-func
1379                         #'(lambda (x)
1380                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1381                                                     'float)))
1382                         result)))
1383         (make-numeric-type
1384          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1385                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1386                     ;; The sum of integers is always an integer.
1387                     'integer
1388                     (numeric-type-class result-type))
1389          :format (numeric-type-format result-type)
1390          :low (interval-low result)
1391          :high (interval-high result)))
1392       ;; general contagion
1393       (numeric-contagion x y)))
1394
1395 (defoptimizer (+ derive-type) ((x y))
1396   (two-arg-derive-type x y #'+-derive-type-aux #'+))
1397
1398 (defun --derive-type-aux (x y same-arg)
1399   (if (and (numeric-type-real-p x)
1400            (numeric-type-real-p y))
1401       (let ((result
1402              ;; (- X X) is always 0.
1403              (if same-arg
1404                  (make-interval :low 0 :high 0)
1405                  (interval-sub (numeric-type->interval x)
1406                                (numeric-type->interval y))))
1407             (result-type (numeric-contagion x y)))
1408         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1409         ;; the bounds into the correct type.
1410         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1411           (setf result (interval-func
1412                         #'(lambda (x)
1413                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1414                                                     'float)))
1415                         result)))
1416         (make-numeric-type
1417          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1418                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1419                     ;; The difference of integers is always an integer.
1420                     'integer
1421                     (numeric-type-class result-type))
1422          :format (numeric-type-format result-type)
1423          :low (interval-low result)
1424          :high (interval-high result)))
1425       ;; general contagion
1426       (numeric-contagion x y)))
1427
1428 (defoptimizer (- derive-type) ((x y))
1429   (two-arg-derive-type x y #'--derive-type-aux #'-))
1430
1431 (defun *-derive-type-aux (x y same-arg)
1432   (if (and (numeric-type-real-p x)
1433            (numeric-type-real-p y))
1434       (let ((result
1435              ;; (* X X) is always positive, so take care to do it right.
1436              (if same-arg
1437                  (interval-sqr (numeric-type->interval x))
1438                  (interval-mul (numeric-type->interval x)
1439                                (numeric-type->interval y))))
1440             (result-type (numeric-contagion x y)))
1441         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1442         ;; the bounds into the correct type.
1443         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1444           (setf result (interval-func
1445                         #'(lambda (x)
1446                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1447                                                     'float)))
1448                         result)))
1449         (make-numeric-type
1450          :class (if (and (eq (numeric-type-class x) 'integer)
1451                          (eq (numeric-type-class y) 'integer))
1452                     ;; The product of integers is always an integer.
1453                     'integer
1454                     (numeric-type-class result-type))
1455          :format (numeric-type-format result-type)
1456          :low (interval-low result)
1457          :high (interval-high result)))
1458       (numeric-contagion x y)))
1459
1460 (defoptimizer (* derive-type) ((x y))
1461   (two-arg-derive-type x y #'*-derive-type-aux #'*))
1462
1463 (defun /-derive-type-aux (x y same-arg)
1464   (if (and (numeric-type-real-p x)
1465            (numeric-type-real-p y))
1466       (let ((result
1467              ;; (/ X X) is always 1, except if X can contain 0. In
1468              ;; that case, we shouldn't optimize the division away
1469              ;; because we want 0/0 to signal an error.
1470              (if (and same-arg
1471                       (not (interval-contains-p
1472                             0 (interval-closure (numeric-type->interval y)))))
1473                  (make-interval :low 1 :high 1)
1474                  (interval-div (numeric-type->interval x)
1475                                (numeric-type->interval y))))
1476             (result-type (numeric-contagion x y)))
1477         ;; If the result type is a float, we need to be sure to coerce
1478         ;; the bounds into the correct type.
1479         (when (eq (numeric-type-class result-type) 'float)
1480           (setf result (interval-func
1481                         #'(lambda (x)
1482                             (coerce-for-bound x (or (numeric-type-format result-type)
1483                                                     'float)))
1484                         result)))
1485         (make-numeric-type :class (numeric-type-class result-type)
1486                            :format (numeric-type-format result-type)
1487                            :low (interval-low result)
1488                            :high (interval-high result)))
1489       (numeric-contagion x y)))
1490
1491 (defoptimizer (/ derive-type) ((x y))
1492   (two-arg-derive-type x y #'/-derive-type-aux #'/))
1493
1494 ) ; PROGN
1495
1496 (defun ash-derive-type-aux (n-type shift same-arg)
1497   (declare (ignore same-arg))
1498   ;; KLUDGE: All this ASH optimization is suppressed under CMU CL for
1499   ;; some bignum cases because as of version 2.4.6 for Debian and 18d,
1500   ;; CMU CL blows up on (ASH 1000000000 -100000000000) (i.e. ASH of
1501   ;; two bignums yielding zero) and it's hard to avoid that
1502   ;; calculation in here.
1503   #+(and cmu sb-xc-host)
1504   (when (and (or (typep (numeric-type-low n-type) 'bignum)
1505                  (typep (numeric-type-high n-type) 'bignum))
1506              (or (typep (numeric-type-low shift) 'bignum)
1507                  (typep (numeric-type-high shift) 'bignum)))
1508     (return-from ash-derive-type-aux *universal-type*))
1509   (flet ((ash-outer (n s)
1510            (when (and (fixnump s)
1511                       (<= s 64)
1512                       (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1513              (ash n s)))
1514          ;; KLUDGE: The bare 64's here should be related to
1515          ;; symbolic machine word size values somehow.
1516
1517          (ash-inner (n s)
1518            (if (and (fixnump s)
1519                     (> s sb!xc:most-negative-fixnum))
1520              (ash n (min s 64))
1521              (if (minusp n) -1 0))))
1522     (or (and (csubtypep n-type (specifier-type 'integer))
1523              (csubtypep shift (specifier-type 'integer))
1524              (let ((n-low (numeric-type-low n-type))
1525                    (n-high (numeric-type-high n-type))
1526                    (s-low (numeric-type-low shift))
1527                    (s-high (numeric-type-high shift)))
1528                (make-numeric-type :class 'integer  :complexp :real
1529                                   :low (when n-low
1530                                          (if (minusp n-low)
1531                                            (ash-outer n-low s-high)
1532                                            (ash-inner n-low s-low)))
1533                                   :high (when n-high
1534                                           (if (minusp n-high)
1535                                             (ash-inner n-high s-low)
1536                                             (ash-outer n-high s-high))))))
1537         *universal-type*)))
1538
1539 (defoptimizer (ash derive-type) ((n shift))
1540   (two-arg-derive-type n shift #'ash-derive-type-aux #'ash))
1541
1542 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1543 (macrolet ((frob (fun)
1544              `#'(lambda (type type2)
1545                   (declare (ignore type2))
1546                   (let ((lo (numeric-type-low type))
1547                         (hi (numeric-type-high type)))
1548                     (values (if hi (,fun hi) nil) (if lo (,fun lo) nil))))))
1549
1550   (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1551     (derive-integer-type num num (frob -))))
1552
1553 (defun lognot-derive-type-aux (int)
1554   (derive-integer-type-aux int int
1555                            (lambda (type type2)
1556                              (declare (ignore type2))
1557                              (let ((lo (numeric-type-low type))
1558                                    (hi (numeric-type-high type)))
1559                                (values (if hi (lognot hi) nil)
1560                                        (if lo (lognot lo) nil)
1561                                        (numeric-type-class type)
1562                                        (numeric-type-format type))))))
1563
1564 (defoptimizer (lognot derive-type) ((int))
1565   (lognot-derive-type-aux (lvar-type int)))
1566
1567 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1568 (defoptimizer (%negate derive-type) ((num))
1569   (flet ((negate-bound (b)
1570            (and b
1571                 (set-bound (- (type-bound-number b))
1572                            (consp b)))))
1573     (one-arg-derive-type num
1574                          (lambda (type)
1575                            (modified-numeric-type
1576                             type
1577                             :low (negate-bound (numeric-type-high type))
1578                             :high (negate-bound (numeric-type-low type))))
1579                          #'-)))
1580
1581 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1582 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1583   (let ((type (lvar-type num)))
1584     (if (and (numeric-type-p type)
1585              (eq (numeric-type-class type) 'integer)
1586              (eq (numeric-type-complexp type) :real))
1587         (let ((lo (numeric-type-low type))
1588               (hi (numeric-type-high type)))
1589           (make-numeric-type :class 'integer :complexp :real
1590                              :low (cond ((and hi (minusp hi))
1591                                          (abs hi))
1592                                         (lo
1593                                          (max 0 lo))
1594                                         (t
1595                                          0))
1596                              :high (if (and hi lo)
1597                                        (max (abs hi) (abs lo))
1598                                        nil)))
1599         (numeric-contagion type type))))
1600
1601 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1602 (defun abs-derive-type-aux (type)
1603   (cond ((eq (numeric-type-complexp type) :complex)
1604          ;; The absolute value of a complex number is always a
1605          ;; non-negative float.
1606          (let* ((format (case (numeric-type-class type)
1607                           ((integer rational) 'single-float)
1608                           (t (numeric-type-format type))))
1609                 (bound-format (or format 'float)))
1610            (make-numeric-type :class 'float
1611                               :format format
1612                               :complexp :real
1613                               :low (coerce 0 bound-format)
1614                               :high nil)))
1615         (t
1616          ;; The absolute value of a real number is a non-negative real
1617          ;; of the same type.
1618          (let* ((abs-bnd (interval-abs (numeric-type->interval type)))
1619                 (class (numeric-type-class type))
1620                 (format (numeric-type-format type))
1621                 (bound-type (or format class 'real)))
1622            (make-numeric-type
1623             :class class
1624             :format format
1625             :complexp :real
1626             :low (coerce-and-truncate-floats (interval-low abs-bnd) bound-type)
1627             :high (coerce-and-truncate-floats
1628                    (interval-high abs-bnd) bound-type))))))
1629
1630 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1631 (defoptimizer (abs derive-type) ((num))
1632   (one-arg-derive-type num #'abs-derive-type-aux #'abs))
1633
1634 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1635 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1636   (let ((number-type (lvar-type number))
1637         (divisor-type (lvar-type divisor))
1638         (integer-type (specifier-type 'integer)))
1639     (if (and (numeric-type-p number-type)
1640              (csubtypep number-type integer-type)
1641              (numeric-type-p divisor-type)
1642              (csubtypep divisor-type integer-type))
1643         (let ((number-low (numeric-type-low number-type))
1644               (number-high (numeric-type-high number-type))
1645               (divisor-low (numeric-type-low divisor-type))
1646               (divisor-high (numeric-type-high divisor-type)))
1647           (values-specifier-type
1648            `(values ,(integer-truncate-derive-type number-low number-high
1649                                                    divisor-low divisor-high)
1650                     ,(integer-rem-derive-type number-low number-high
1651                                               divisor-low divisor-high))))
1652         *universal-type*)))
1653
1654 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
1655 (progn
1656
1657 (defun rem-result-type (number-type divisor-type)
1658   ;; Figure out what the remainder type is. The remainder is an
1659   ;; integer if both args are integers; a rational if both args are
1660   ;; rational; and a float otherwise.
1661   (cond ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'integer))
1662               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'integer)))
1663          'integer)
1664         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'rational))
1665               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1666          'rational)
1667         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1668               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float)))
1669          ;; Both are floats so the result is also a float, of
1670          ;; the largest type.
1671          (or (float-format-max (numeric-type-format number-type)
1672                                (numeric-type-format divisor-type))
1673              'float))
1674         ((and (csubtypep number-type (specifier-type 'float))
1675               (csubtypep divisor-type (specifier-type 'rational)))
1676          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1677          ;; rational. The remainder is a float of the same
1678          ;; type.
1679          (or (numeric-type-format number-type) 'float))
1680         ((and (csubtypep divisor-type (specifier-type 'float))
1681               (csubtypep number-type (specifier-type 'rational)))
1682          ;; One of the arguments is a float and the other is a
1683          ;; rational. The remainder is a float of the same
1684          ;; type.
1685          (or (numeric-type-format divisor-type) 'float))
1686         (t
1687          ;; Some unhandled combination. This usually means both args
1688          ;; are REAL so the result is a REAL.
1689          'real)))
1690
1691 (defun truncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1692   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1693          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1694          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type)))
1695     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1696     ;; We have real numbers now.
1697     (cond ((eq rem-type 'integer)
1698            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1699            ;; INTEGERs.
1700            (let* ((res (integer-truncate-derive-type
1701                         (interval-low number-interval)
1702                         (interval-high number-interval)
1703                         (interval-low divisor-interval)
1704                         (interval-high divisor-interval))))
1705              (specifier-type (if (listp res) res 'integer))))
1706           (t
1707            (let ((quot (truncate-quotient-bound
1708                         (interval-div number-interval
1709                                       divisor-interval))))
1710              (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1711                                        ,(or (interval-high quot) '*))))))))
1712
1713 (defun truncate-derive-type-rem (number-type divisor-type)
1714   (let* ((rem-type (rem-result-type number-type divisor-type))
1715          (number-interval (numeric-type->interval number-type))
1716          (divisor-interval (numeric-type->interval divisor-type))
1717          (rem (truncate-rem-bound number-interval divisor-interval)))
1718     ;;(declare (type (member '(integer rational float)) rem-type))
1719     ;; We have real numbers now.
1720     (cond ((eq rem-type 'integer)
1721            ;; Since the remainder type is INTEGER, both args are
1722            ;; INTEGERs.
1723            (specifier-type `(,rem-type ,(or (interval-low rem) '*)
1724                                        ,(or (interval-high rem) '*))))
1725           (t
1726            (multiple-value-bind (class format)
1727                (ecase rem-type
1728                  (integer
1729                   (values 'integer nil))
1730                  (rational
1731                   (values 'rational nil))
1732                  ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1733                   (values 'float rem-type))
1734                  (float
1735                   (values 'float nil))
1736                  (real
1737                   (values nil nil)))
1738              (when (member rem-type '(float single-float double-float
1739                                             #!+long-float long-float))
1740                (setf rem (interval-func #'(lambda (x)
1741                                             (coerce-for-bound x rem-type))
1742                                         rem)))
1743              (make-numeric-type :class class
1744                                 :format format
1745                                 :low (interval-low rem)
1746                                 :high (interval-high rem)))))))
1747
1748 (defun truncate-derive-type-quot-aux (num div same-arg)
1749   (declare (ignore same-arg))
1750   (if (and (numeric-type-real-p num)
1751            (numeric-type-real-p div))
1752       (truncate-derive-type-quot num div)
1753       *empty-type*))
1754
1755 (defun truncate-derive-type-rem-aux (num div same-arg)
1756   (declare (ignore same-arg))
1757   (if (and (numeric-type-real-p num)
1758            (numeric-type-real-p div))
1759       (truncate-derive-type-rem num div)
1760       *empty-type*))
1761
1762 (defoptimizer (truncate derive-type) ((number divisor))
1763   (let ((quot (two-arg-derive-type number divisor
1764                                    #'truncate-derive-type-quot-aux #'truncate))
1765         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1766                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1767     (when (and quot rem)
1768       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1769
1770 (defun ftruncate-derive-type-quot (number-type divisor-type)
1771   ;; The bounds are the same as for truncate. However, the first
1772   ;; result is a float of some type. We need to determine what that
1773   ;; type is. Basically it's the more contagious of the two types.
1774   (let ((q-type (truncate-derive-type-quot number-type divisor-type))
1775         (res-type (numeric-contagion number-type divisor-type)))
1776     (make-numeric-type :class 'float
1777                        :format (numeric-type-format res-type)
1778                        :low (numeric-type-low q-type)
1779                        :high (numeric-type-high q-type))))
1780
1781 (defun ftruncate-derive-type-quot-aux (n d same-arg)
1782   (declare (ignore same-arg))
1783   (if (and (numeric-type-real-p n)
1784            (numeric-type-real-p d))
1785       (ftruncate-derive-type-quot n d)
1786       *empty-type*))
1787
1788 (defoptimizer (ftruncate derive-type) ((number divisor))
1789   (let ((quot
1790          (two-arg-derive-type number divisor
1791                               #'ftruncate-derive-type-quot-aux #'ftruncate))
1792         (rem (two-arg-derive-type number divisor
1793                                   #'truncate-derive-type-rem-aux #'rem)))
1794     (when (and quot rem)
1795       (make-values-type :required (list quot rem)))))
1796
1797 (defun %unary-truncate-derive-type-aux (number)
1798   (truncate-derive-type-quot number (specifier-type '(integer 1 1))))
1799
1800 (defoptimizer (%unary-truncate derive-type) ((number))
1801   (one-arg-derive-type number
1802                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1803                        #'%unary-truncate))
1804
1805 (defoptimizer (%unary-truncate/single-float derive-type) ((number))
1806   (one-arg-derive-type number
1807                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1808                        #'%unary-truncate))
1809
1810 (defoptimizer (%unary-truncate/double-float derive-type) ((number))
1811   (one-arg-derive-type number
1812                        #'%unary-truncate-derive-type-aux
1813                        #'%unary-truncate))
1814
1815 (defoptimizer (%unary-ftruncate derive-type) ((number))
1816   (let ((divisor (specifier-type '(integer 1 1))))
1817     (one-arg-derive-type number
1818                          #'(lambda (n)
1819                              (ftruncate-derive-type-quot-aux n divisor nil))
1820                          #'%unary-ftruncate)))
1821
1822 (defoptimizer (%unary-round derive-type) ((number))
1823   (one-arg-derive-type number
1824                        (lambda (n)
1825                          (block nil
1826                            (unless (numeric-type-real-p n)
1827                              (return *empty-type*))
1828                            (let* ((interval (numeric-type->interval n))
1829                                   (low      (interval-low interval))
1830                                   (high     (interval-high interval)))
1831                              (when (consp low)
1832                                (setf low (car low)))
1833                              (when (consp high)
1834                                (setf high (car high)))
1835                              (specifier-type
1836                               `(integer ,(if low
1837                                              (round low)
1838                                              '*)
1839                                         ,(if high
1840                                              (round high)
1841                                              '*))))))
1842                        #'%unary-round))
1843
1844 ;;; Define optimizers for FLOOR and CEILING.
1845 (macrolet
1846     ((def (name q-name r-name)
1847        (let ((q-aux (symbolicate q-name "-AUX"))
1848              (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1849          `(progn
1850            ;; Compute type of quotient (first) result.
1851            (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1852              (let* ((number-interval
1853                      (numeric-type->interval number-type))
1854                     (divisor-interval
1855                      (numeric-type->interval divisor-type))
1856                     (quot (,q-name (interval-div number-interval
1857                                                  divisor-interval))))
1858                (specifier-type `(integer ,(or (interval-low quot) '*)
1859                                          ,(or (interval-high quot) '*)))))
1860            ;; Compute type of remainder.
1861            (defun ,r-aux (number-type divisor-type)
1862              (let* ((divisor-interval
1863                      (numeric-type->interval divisor-type))
1864                     (rem (,r-name divisor-interval))
1865                     (result-type (rem-result-type number-type divisor-type)))
1866                (multiple-value-bind (class format)
1867                    (ecase result-type
1868                      (integer
1869                       (values 'integer nil))
1870                      (rational
1871                       (values 'rational nil))
1872                      ((or single-float double-float #!+long-float long-float)
1873                       (values 'float result-type))
1874                      (float
1875                       (values 'float nil))
1876                      (real
1877                       (values nil nil)))
1878                  (when (member result-type '(float single-float double-float
1879                                              #!+long-float long-float))
1880                    ;; Make sure that the limits on the interval have
1881                    ;; the right type.
1882                    (setf rem (interval-func (lambda (x)
1883                                               (coerce-for-bound x result-type))
1884                                             rem)))
1885                  (make-numeric-type :class class
1886                                     :format format
1887                                     :low (interval-low rem)
1888                                     :high (interval-high rem)))))
1889            ;; the optimizer itself
1890            (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1891              (flet ((derive-q (n d same-arg)
1892                       (declare (ignore same-arg))
1893                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1894                                (numeric-type-real-p d))
1895                           (,q-aux n d)
1896                           *empty-type*))
1897                     (derive-r (n d same-arg)
1898                       (declare (ignore same-arg))
1899                       (if (and (numeric-type-real-p n)
1900                                (numeric-type-real-p d))
1901                           (,r-aux n d)
1902                           *empty-type*)))
1903                (let ((quot (two-arg-derive-type
1904                             number divisor #'derive-q #',name))
1905                      (rem (two-arg-derive-type
1906                            number divisor #'derive-r #'mod)))
1907                  (when (and quot rem)
1908                    (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1909
1910   (def floor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1911   (def ceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1912
1913 ;;; Define optimizers for FFLOOR and FCEILING
1914 (macrolet ((def (name q-name r-name)
1915              (let ((q-aux (symbolicate "F" q-name "-AUX"))
1916                    (r-aux (symbolicate r-name "-AUX")))
1917                `(progn
1918                   ;; Compute type of quotient (first) result.
1919                   (defun ,q-aux (number-type divisor-type)
1920                     (let* ((number-interval
1921                             (numeric-type->interval number-type))
1922                            (divisor-interval
1923                             (numeric-type->interval divisor-type))
1924                            (quot (,q-name (interval-div number-interval
1925                                                         divisor-interval)))
1926                            (res-type (numeric-contagion number-type
1927                                                         divisor-type)))
1928                       (make-numeric-type
1929                        :class (numeric-type-class res-type)
1930                        :format (numeric-type-format res-type)
1931                        :low  (interval-low quot)
1932                        :high (interval-high quot))))
1933
1934                   (defoptimizer (,name derive-type) ((number divisor))
1935                     (flet ((derive-q (n d same-arg)
1936                              (declare (ignore same-arg))
1937                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1938                                       (numeric-type-real-p d))
1939                                  (,q-aux n d)
1940                                  *empty-type*))
1941                            (derive-r (n d same-arg)
1942                              (declare (ignore same-arg))
1943                              (if (and (numeric-type-real-p n)
1944                                       (numeric-type-real-p d))
1945                                  (,r-aux n d)
1946                                  *empty-type*)))
1947                       (let ((quot (two-arg-derive-type
1948                                    number divisor #'derive-q #',name))
1949                             (rem (two-arg-derive-type
1950                                   number divisor #'derive-r #'mod)))
1951                         (when (and quot rem)
1952                           (make-values-type :required (list quot rem))))))))))
1953
1954   (def ffloor floor-quotient-bound floor-rem-bound)
1955   (def fceiling ceiling-quotient-bound ceiling-rem-bound))
1956
1957 ;;; functions to compute the bounds on the quotient and remainder for
1958 ;;; the FLOOR function
1959 (defun floor-quotient-bound (quot)
1960   ;; Take the floor of the quotient and then massage it into what we
1961   ;; need.
1962   (let ((lo (interval-low quot))
1963         (hi (interval-high quot)))
1964     ;; Take the floor of the lower bound. The result is always a
1965     ;; closed lower bound.
1966     (setf lo (if lo
1967                  (floor (type-bound-number lo))
1968                  nil))
1969     ;; For the upper bound, we need to be careful.
1970     (setf hi
1971           (cond ((consp hi)
1972                  ;; An open bound. We need to be careful here because
1973                  ;; the floor of '(10.0) is 9, but the floor of
1974                  ;; 10.0 is 10.
1975                  (multiple-value-bind (q r) (floor (first hi))
1976                    (if (zerop r)
1977                        (1- q)
1978                        q)))
1979                 (hi
1980                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
1981                  (floor hi))
1982                 (t
1983                  hi)))
1984     (make-interval :low lo :high hi)))
1985 (defun floor-rem-bound (div)
1986   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
1987   ;; correct sign for the remainder if we can.
1988   (case (interval-range-info div)
1989     (+
1990      ;; The divisor is always positive.
1991      (let ((rem (interval-abs div)))
1992        (setf (interval-low rem) 0)
1993        (when (and (numberp (interval-high rem))
1994                   (not (zerop (interval-high rem))))
1995          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
1996          ;; watch out for the case where the high limit is zero!
1997          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
1998        rem))
1999     (-
2000      ;; The divisor is always negative.
2001      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
2002        (setf (interval-high rem) 0)
2003        (when (numberp (interval-low rem))
2004          ;; The remainder never contains the lower bound.
2005          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
2006        rem))
2007     (otherwise
2008      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
2009      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
2010      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
2011        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
2012        (make-interval :low (if limit
2013                                (list (- limit))
2014                                limit)
2015                       :high (list limit))))))
2016 #| Test cases
2017 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2018 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2019 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2020 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2021 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2022 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2023 (floor-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2024 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 9)
2025 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2026 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2027 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2028 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 10)
2029 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2030 => #S(INTERVAL :LOW -2 :HIGH 10)
2031 (floor-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2032 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2033 (floor-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2034 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 10)
2035
2036 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2037 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2038 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2039 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2040 (floor-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2041 #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2042 (floor-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2043 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10))
2044 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2045 => #S(INTERVAL :LOW '(-10.3) :HIGH '(10.3))
2046 (floor-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2047 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2048 |#
2049 \f
2050 ;;; same functions for CEILING
2051 (defun ceiling-quotient-bound (quot)
2052   ;; Take the ceiling of the quotient and then massage it into what we
2053   ;; need.
2054   (let ((lo (interval-low quot))
2055         (hi (interval-high quot)))
2056     ;; Take the ceiling of the upper bound. The result is always a
2057     ;; closed upper bound.
2058     (setf hi (if hi
2059                  (ceiling (type-bound-number hi))
2060                  nil))
2061     ;; For the lower bound, we need to be careful.
2062     (setf lo
2063           (cond ((consp lo)
2064                  ;; An open bound. We need to be careful here because
2065                  ;; the ceiling of '(10.0) is 11, but the ceiling of
2066                  ;; 10.0 is 10.
2067                  (multiple-value-bind (q r) (ceiling (first lo))
2068                    (if (zerop r)
2069                        (1+ q)
2070                        q)))
2071                 (lo
2072                  ;; A closed bound, so the answer is obvious.
2073                  (ceiling lo))
2074                 (t
2075                  lo)))
2076     (make-interval :low lo :high hi)))
2077 (defun ceiling-rem-bound (div)
2078   ;; The remainder depends only on the divisor. Try to get the
2079   ;; correct sign for the remainder if we can.
2080   (case (interval-range-info div)
2081     (+
2082      ;; Divisor is always positive. The remainder is negative.
2083      (let ((rem (interval-neg (interval-abs div))))
2084        (setf (interval-high rem) 0)
2085        (when (and (numberp (interval-low rem))
2086                   (not (zerop (interval-low rem))))
2087          ;; The remainder never contains the upper bound. However,
2088          ;; watch out for the case when the upper bound is zero!
2089          (setf (interval-low rem) (list (interval-low rem))))
2090        rem))
2091     (-
2092      ;; Divisor is always negative. The remainder is positive
2093      (let ((rem (interval-abs div)))
2094        (setf (interval-low rem) 0)
2095        (when (numberp (interval-high rem))
2096          ;; The remainder never contains the lower bound.
2097          (setf (interval-high rem) (list (interval-high rem))))
2098        rem))
2099     (otherwise
2100      ;; The divisor can be positive or negative. All bets off. The
2101      ;; magnitude of remainder is the maximum value of the divisor.
2102      (let ((limit (type-bound-number (interval-high (interval-abs div)))))
2103        ;; The bound never reaches the limit, so make the interval open.
2104        (make-interval :low (if limit
2105                                (list (- limit))
2106                                limit)
2107                       :high (list limit))))))
2108
2109 #| Test cases
2110 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2111 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2112 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2113 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2114 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2115 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2116 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10)))
2117 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 10)
2118 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.3) :high 10.3))
2119 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2120 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(0.0) :high 10.3))
2121 => #S(INTERVAL :LOW 1 :HIGH 11)
2122 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2123 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2124 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low '(-1.0) :high 10.3))
2125 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH 11)
2126 (ceiling-quotient-bound (make-interval :low -1.0 :high 10.3))
2127 => #S(INTERVAL :LOW -1 :HIGH 11)
2128
2129 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10.3))
2130 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH 0)
2131 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high '(10.3)))
2132 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH '(10.3))
2133 (ceiling-rem-bound (make-interval :low -10 :high -2.3))
2134 => #S(INTERVAL :LOW 0 :HIGH (10))
2135 (ceiling-rem-bound (make-interval :low 0.3 :high 10))
2136 => #S(INTERVAL :LOW (-10) :HIGH 0)
2137 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-1.3) :high 10.3))
2138 => #S(INTERVAL :LOW (-10.3) :HIGH (10.3))
2139 (ceiling-rem-bound (make-interval :low '(-20.3) :high 10.3))
2140 => #S(INTERVAL :LOW (-20.3) :HIGH (20.3))
2141 |#
2142 \f
2143 (defun truncate-quotient-bound (quot)
2144   ;; For positive quotients, truncate is exactly like floor. For
2145   ;; negative quotients, truncate is exactly like ceiling. Otherwise,
2146   ;; it's the union of the two pieces.
2147   (case (interval-range-info quot)
2148     (+
2149      ;; just like FLOOR
2150      (floor-quotient-bound quot))
2151     (-
2152      ;; just like CEILING
2153      (ceiling-quotient-bound quot))
2154     (otherwise
2155      ;; Split the interval into positive and negative pieces, compute
2156      ;; the result for each piece and put them back together.
2157      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 quot t t)
2158        (interval-merge-pair (ceiling-quotient-bound neg)
2159                             (floor-quotient-bound pos))))))
2160
2161 (defun truncate-rem-bound (num div)
2162   ;; This is significantly more complicated than FLOOR or CEILING. We
2163   ;; need both the number and the divisor to determine the range. The
2164   ;; basic idea is to split the ranges of NUM and DEN into positive
2165   ;; and negative pieces and deal with each of the four possibilities
2166   ;; in turn.
2167   (case (interval-range-info num)
2168     (+
2169      (case (interval-range-info div)
2170        (+
2171         (floor-rem-bound div))
2172        (-
2173         (ceiling-rem-bound div))
2174        (otherwise
2175         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2176           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2177                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2178     (-
2179      (case (interval-range-info div)
2180        (+
2181         (ceiling-rem-bound div))
2182        (-
2183         (floor-rem-bound div))
2184        (otherwise
2185         (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 div t t)
2186           (interval-merge-pair (truncate-rem-bound num neg)
2187                                (truncate-rem-bound num pos))))))
2188     (otherwise
2189      (destructuring-bind (neg pos) (interval-split 0 num t t)
2190        (interval-merge-pair (truncate-rem-bound neg div)
2191                             (truncate-rem-bound pos div))))))
2192 ) ; PROGN
2193
2194 ;;; Derive useful information about the range. Returns three values:
2195 ;;; - '+ if its positive, '- negative, or nil if it overlaps 0.
2196 ;;; - The abs of the minimal value (i.e. closest to 0) in the range.
2197 ;;; - The abs of the maximal value if there is one, or nil if it is
2198 ;;;   unbounded.
2199 (defun numeric-range-info (low high)
2200   (cond ((and low (not (minusp low)))
2201          (values '+ low high))
2202         ((and high (not (plusp high)))
2203          (values '- (- high) (if low (- low) nil)))
2204         (t
2205          (values nil 0 (and low high (max (- low) high))))))
2206
2207 (defun integer-truncate-derive-type
2208        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2209   ;; The result cannot be larger in magnitude than the number, but the
2210   ;; sign might change. If we can determine the sign of either the
2211   ;; number or the divisor, we can eliminate some of the cases.
2212   (multiple-value-bind (number-sign number-min number-max)
2213       (numeric-range-info number-low number-high)
2214     (multiple-value-bind (divisor-sign divisor-min divisor-max)
2215         (numeric-range-info divisor-low divisor-high)
2216       (when (and divisor-max (zerop divisor-max))
2217         ;; We've got a problem: guaranteed division by zero.
2218         (return-from integer-truncate-derive-type t))
2219       (when (zerop divisor-min)
2220         ;; We'll assume that they aren't going to divide by zero.
2221         (incf divisor-min))
2222       (cond ((and number-sign divisor-sign)
2223              ;; We know the sign of both.
2224              (if (eq number-sign divisor-sign)
2225                  ;; Same sign, so the result will be positive.
2226                  `(integer ,(if divisor-max
2227                                 (truncate number-min divisor-max)
2228                                 0)
2229                            ,(if number-max
2230                                 (truncate number-max divisor-min)
2231                                 '*))
2232                  ;; Different signs, the result will be negative.
2233                  `(integer ,(if number-max
2234                                 (- (truncate number-max divisor-min))
2235                                 '*)
2236                            ,(if divisor-max
2237                                 (- (truncate number-min divisor-max))
2238                                 0))))
2239             ((eq divisor-sign '+)
2240              ;; The divisor is positive. Therefore, the number will just
2241              ;; become closer to zero.
2242              `(integer ,(if number-low
2243                             (truncate number-low divisor-min)
2244                             '*)
2245                        ,(if number-high
2246                             (truncate number-high divisor-min)
2247                             '*)))
2248             ((eq divisor-sign '-)
2249              ;; The divisor is negative. Therefore, the absolute value of
2250              ;; the number will become closer to zero, but the sign will also
2251              ;; change.
2252              `(integer ,(if number-high
2253                             (- (truncate number-high divisor-min))
2254                             '*)
2255                        ,(if number-low
2256                             (- (truncate number-low divisor-min))
2257                             '*)))
2258             ;; The divisor could be either positive or negative.
2259             (number-max
2260              ;; The number we are dividing has a bound. Divide that by the
2261              ;; smallest posible divisor.
2262              (let ((bound (truncate number-max divisor-min)))
2263                `(integer ,(- bound) ,bound)))
2264             (t
2265              ;; The number we are dividing is unbounded, so we can't tell
2266              ;; anything about the result.
2267              `integer)))))
2268
2269 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2270 (defun integer-rem-derive-type
2271        (number-low number-high divisor-low divisor-high)
2272   (if (and divisor-low divisor-high)
2273       ;; We know the range of the divisor, and the remainder must be
2274       ;; smaller than the divisor. We can tell the sign of the
2275       ;; remainer if we know the sign of the number.
2276       (let ((divisor-max (1- (max (abs divisor-low) (abs divisor-high)))))
2277         `(integer ,(if (or (null number-low)
2278                            (minusp number-low))
2279                        (- divisor-max)
2280                        0)
2281                   ,(if (or (null number-high)
2282                            (plusp number-high))
2283                        divisor-max
2284                        0)))
2285       ;; The divisor is potentially either very positive or very
2286       ;; negative. Therefore, the remainer is unbounded, but we might
2287       ;; be able to tell something about the sign from the number.
2288       `(integer ,(if (and number-low (not (minusp number-low)))
2289                      ;; The number we are dividing is positive.
2290                      ;; Therefore, the remainder must be positive.
2291                      0
2292                      '*)
2293                 ,(if (and number-high (not (plusp number-high)))
2294                      ;; The number we are dividing is negative.
2295                      ;; Therefore, the remainder must be negative.
2296                      0
2297                      '*))))
2298
2299 #+sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2300 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2301   (let ((type (lvar-type bound)))
2302     (when (numeric-type-p type)
2303       (let ((class (numeric-type-class type))
2304             (high (numeric-type-high type))
2305             (format (numeric-type-format type)))
2306         (make-numeric-type
2307          :class class
2308          :format format
2309          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2310          :high (cond ((not high) nil)
2311                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2312                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2313                      (t `(,high))))))))
2314
2315 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2316 (defun random-derive-type-aux (type)
2317   (let ((class (numeric-type-class type))
2318         (high (numeric-type-high type))
2319         (format (numeric-type-format type)))
2320     (make-numeric-type
2321          :class class
2322          :format format
2323          :low (coerce 0 (or format class 'real))
2324          :high (cond ((not high) nil)
2325                      ((eq class 'integer) (max (1- high) 0))
2326                      ((or (consp high) (zerop high)) high)
2327                      (t `(,high))))))
2328
2329 #-sb-xc-host ; (See CROSS-FLOAT-INFINITY-KLUDGE.)
2330 (defoptimizer (random derive-type) ((bound &optional state))
2331   (one-arg-derive-type bound #'random-derive-type-aux nil))
2332 \f
2333 ;;;; DERIVE-TYPE methods for LOGAND, LOGIOR, and friends
2334
2335 ;;; Return the maximum number of bits an integer of the supplied type
2336 ;;; can take up, or NIL if it is unbounded. The second (third) value
2337 ;;; is T if the integer can be positive (negative) and NIL if not.
2338 ;;; Zero counts as positive.
2339 (defun integer-type-length (type)
2340   (if (numeric-type-p type)
2341       (let ((min (numeric-type-low type))
2342             (max (numeric-type-high type)))
2343         (values (and min max (max (integer-length min) (integer-length max)))
2344                 (or (null max) (not (minusp max)))
2345                 (or (null min) (minusp min))))
2346       (values nil t t)))
2347
2348 ;;; See _Hacker's Delight_, Henry S. Warren, Jr. pp 58-63 for an
2349 ;;; explanation of LOG{AND,IOR,XOR}-DERIVE-UNSIGNED-{LOW,HIGH}-BOUND.
2350 ;;; Credit also goes to Raymond Toy for writing (and debugging!) similar
2351 ;;; versions in CMUCL, from which these functions copy liberally.
2352
2353 (defun logand-derive-unsigned-low-bound (x y)
2354   (let ((a (numeric-type-low x))
2355         (b (numeric-type-high x))
2356         (c (numeric-type-low y))
2357         (d (numeric-type-high y)))
2358     (loop for m = (ash 1 (integer-length (lognor a c))) then (ash m -1)
2359           until (zerop m) do
2360           (unless (zerop (logand m (lognot a) (lognot c)))
2361             (let ((temp (logandc2 (logior a m) (1- m))))
2362               (when (<= temp b)
2363                 (setf a temp)
2364                 (loop-finish))
2365               (setf temp (logandc2 (logior c m) (1- m)))
2366               (when (<= temp d)
2367                 (setf c temp)
2368                 (loop-finish))))
2369           finally (return (logand a c)))))
2370
2371 (defun logand-derive-unsigned-high-bound (x y)
2372   (let ((a (numeric-type-low x))
2373         (b (numeric-type-high x))
2374         (c (numeric-type-low y))
2375         (d (numeric-type-high y)))
2376     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor b d))) then (ash m -1)
2377           until (zerop m) do
2378           (cond
2379             ((not (zerop (logand b (lognot d) m)))
2380              (let ((temp (logior (logandc2 b m) (1- m))))
2381                (when (>= temp a)
2382                  (setf b temp)
2383                  (loop-finish))))
2384             ((not (zerop (logand (lognot b) d m)))
2385              (let ((temp (logior (logandc2 d m) (1- m))))
2386                (when (>= temp c)
2387                  (setf d temp)
2388                  (loop-finish)))))
2389           finally (return (logand b d)))))
2390
2391 (defun logand-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2392   (when same-leaf
2393     (return-from logand-derive-type-aux x))
2394   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2395     (declare (ignore x-pos))
2396     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2397       (declare (ignore y-pos))
2398       (if (not x-neg)
2399           ;; X must be positive.
2400           (if (not y-neg)
2401               ;; They must both be positive.
2402               (cond ((and (null x-len) (null y-len))
2403                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2404                     ((null x-len)
2405                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len)))
2406                     ((null y-len)
2407                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))
2408                     (t
2409                      (let ((low (logand-derive-unsigned-low-bound x y))
2410                            (high (logand-derive-unsigned-high-bound x y)))
2411                        (specifier-type `(integer ,low ,high)))))
2412               ;; X is positive, but Y might be negative.
2413               (cond ((null x-len)
2414                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2415                     (t
2416                      (specifier-type `(unsigned-byte* ,x-len)))))
2417           ;; X might be negative.
2418           (if (not y-neg)
2419               ;; Y must be positive.
2420               (cond ((null y-len)
2421                      (specifier-type 'unsigned-byte))
2422                     (t (specifier-type `(unsigned-byte* ,y-len))))
2423               ;; Either might be negative.
2424               (if (and x-len y-len)
2425                   ;; The result is bounded.
2426                   (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2427                   ;; We can't tell squat about the result.
2428                   (specifier-type 'integer)))))))
2429
2430 (defun logior-derive-unsigned-low-bound (x y)
2431   (let ((a (numeric-type-low x))
2432         (b (numeric-type-high x))
2433         (c (numeric-type-low y))
2434         (d (numeric-type-high y)))
2435     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2436           until (zerop m) do
2437           (cond
2438             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2439              (let ((temp (logand (logior a m) (1+ (lognot m)))))
2440                (when (<= temp b)
2441                  (setf a temp)
2442                  (loop-finish))))
2443             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2444              (let ((temp (logand (logior c m) (1+ (lognot m)))))
2445                (when (<= temp d)
2446                  (setf c temp)
2447                  (loop-finish)))))
2448           finally (return (logior a c)))))
2449
2450 (defun logior-derive-unsigned-high-bound (x y)
2451   (let ((a (numeric-type-low x))
2452         (b (numeric-type-high x))
2453         (c (numeric-type-low y))
2454         (d (numeric-type-high y)))
2455     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2456           until (zerop m) do
2457           (unless (zerop (logand b d m))
2458             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2459               (when (>= temp a)
2460                 (setf b temp)
2461                 (loop-finish))
2462               (setf temp (logior (- d m) (1- m)))
2463               (when (>= temp c)
2464                 (setf d temp)
2465                 (loop-finish))))
2466           finally (return (logior b d)))))
2467
2468 (defun logior-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2469   (when same-leaf
2470     (return-from logior-derive-type-aux x))
2471   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2472     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2473       (cond
2474        ((and (not x-neg) (not y-neg))
2475         ;; Both are positive.
2476         (if (and x-len y-len)
2477             (let ((low (logior-derive-unsigned-low-bound x y))
2478                   (high (logior-derive-unsigned-high-bound x y)))
2479               (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2480             (specifier-type `(unsigned-byte* *))))
2481        ((not x-pos)
2482         ;; X must be negative.
2483         (if (not y-pos)
2484             ;; Both are negative. The result is going to be negative
2485             ;; and be the same length or shorter than the smaller.
2486             (if (and x-len y-len)
2487                 ;; It's bounded.
2488                 (specifier-type `(integer ,(ash -1 (min x-len y-len)) -1))
2489                 ;; It's unbounded.
2490                 (specifier-type '(integer * -1)))
2491             ;; X is negative, but we don't know about Y. The result
2492             ;; will be negative, but no more negative than X.
2493             (specifier-type
2494              `(integer ,(or (numeric-type-low x) '*)
2495                        -1))))
2496        (t
2497         ;; X might be either positive or negative.
2498         (if (not y-pos)
2499             ;; But Y is negative. The result will be negative.
2500             (specifier-type
2501              `(integer ,(or (numeric-type-low y) '*)
2502                        -1))
2503             ;; We don't know squat about either. It won't get any bigger.
2504             (if (and x-len y-len)
2505                 ;; Bounded.
2506                 (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len))))
2507                 ;; Unbounded.
2508                 (specifier-type 'integer))))))))
2509
2510 (defun logxor-derive-unsigned-low-bound (x y)
2511   (let ((a (numeric-type-low x))
2512         (b (numeric-type-high x))
2513         (c (numeric-type-low y))
2514         (d (numeric-type-high y)))
2515     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logxor a c))) then (ash m -1)
2516           until (zerop m) do
2517           (cond
2518             ((not (zerop (logandc2 (logand c m) a)))
2519              (let ((temp (logand (logior a m)
2520                                  (1+ (lognot m)))))
2521                (when (<= temp b)
2522                  (setf a temp))))
2523             ((not (zerop (logandc2 (logand a m) c)))
2524              (let ((temp (logand (logior c m)
2525                                  (1+ (lognot m)))))
2526                (when (<= temp d)
2527                  (setf c temp)))))
2528           finally (return (logxor a c)))))
2529
2530 (defun logxor-derive-unsigned-high-bound (x y)
2531   (let ((a (numeric-type-low x))
2532         (b (numeric-type-high x))
2533         (c (numeric-type-low y))
2534         (d (numeric-type-high y)))
2535     (loop for m = (ash 1 (integer-length (logand b d))) then (ash m -1)
2536           until (zerop m) do
2537           (unless (zerop (logand b d m))
2538             (let ((temp (logior (- b m) (1- m))))
2539               (cond
2540                 ((>= temp a) (setf b temp))
2541                 (t (let ((temp (logior (- d m) (1- m))))
2542                      (when (>= temp c)
2543                        (setf d temp)))))))
2544           finally (return (logxor b d)))))
2545
2546 (defun logxor-derive-type-aux (x y &optional same-leaf)
2547   (when same-leaf
2548     (return-from logxor-derive-type-aux (specifier-type '(eql 0))))
2549   (multiple-value-bind (x-len x-pos x-neg) (integer-type-length x)
2550     (multiple-value-bind (y-len y-pos y-neg) (integer-type-length y)
2551       (cond
2552         ((and (not x-neg) (not y-neg))
2553          ;; Both are positive
2554          (if (and x-len y-len)
2555              (let ((low (logxor-derive-unsigned-low-bound x y))
2556                    (high (logxor-derive-unsigned-high-bound x y)))
2557                (specifier-type `(integer ,low ,high)))
2558              (specifier-type '(unsigned-byte* *))))
2559         ((and (not x-pos) (not y-pos))
2560          ;; Both are negative.  The result will be positive, and as long
2561          ;; as the longer.
2562          (specifier-type `(unsigned-byte* ,(if (and x-len y-len)
2563                                                (max x-len y-len)
2564                                                '*))))
2565         ((or (and (not x-pos) (not y-neg))
2566              (and (not y-pos) (not x-neg)))
2567          ;; Either X is negative and Y is positive or vice-versa. The
2568          ;; result will be negative.
2569          (specifier-type `(integer ,(if (and x-len y-len)
2570                                         (ash -1 (max x-len y-len))
2571                                         '*)
2572                            -1)))
2573         ;; We can't tell what the sign of the result is going to be.
2574         ;; All we know is that we don't create new bits.
2575         ((and x-len y-len)
2576          (specifier-type `(signed-byte ,(1+ (max x-len y-len)))))
2577         (t
2578          (specifier-type 'integer))))))
2579
2580 (macrolet ((deffrob (logfun)
2581              (let ((fun-aux (symbolicate logfun "-DERIVE-TYPE-AUX")))
2582              `(defoptimizer (,logfun derive-type) ((x y))
2583                 (two-arg-derive-type x y #',fun-aux #',logfun)))))
2584   (deffrob logand)
2585   (deffrob logior)
2586   (deffrob logxor))
2587
2588 (defoptimizer (logeqv derive-type) ((x y))
2589   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2590                              (lognot-derive-type-aux
2591                               (logxor-derive-type-aux x y same-leaf)))
2592                        #'logeqv))
2593 (defoptimizer (lognand derive-type) ((x y))
2594   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2595                              (lognot-derive-type-aux
2596                               (logand-derive-type-aux x y same-leaf)))
2597                        #'lognand))
2598 (defoptimizer (lognor derive-type) ((x y))
2599   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2600                              (lognot-derive-type-aux
2601                               (logior-derive-type-aux x y same-leaf)))
2602                        #'lognor))
2603 (defoptimizer (logandc1 derive-type) ((x y))
2604   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2605                              (if same-leaf
2606                                  (specifier-type '(eql 0))
2607                                  (logand-derive-type-aux
2608                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2609                        #'logandc1))
2610 (defoptimizer (logandc2 derive-type) ((x y))
2611   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2612                              (if same-leaf
2613                                  (specifier-type '(eql 0))
2614                                  (logand-derive-type-aux
2615                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2616                        #'logandc2))
2617 (defoptimizer (logorc1 derive-type) ((x y))
2618   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2619                              (if same-leaf
2620                                  (specifier-type '(eql -1))
2621                                  (logior-derive-type-aux
2622                                   (lognot-derive-type-aux x) y nil)))
2623                        #'logorc1))
2624 (defoptimizer (logorc2 derive-type) ((x y))
2625   (two-arg-derive-type x y (lambda (x y same-leaf)
2626                              (if same-leaf
2627                                  (specifier-type '(eql -1))
2628                                  (logior-derive-type-aux
2629                                   x (lognot-derive-type-aux y) nil)))
2630                        #'logorc2))
2631 \f
2632 ;;;; miscellaneous derive-type methods
2633
2634 (defoptimizer (integer-length derive-type) ((x))
2635   (let ((x-type (lvar-type x)))
2636     (when (numeric-type-p x-type)
2637       ;; If the X is of type (INTEGER LO HI), then the INTEGER-LENGTH
2638       ;; of X is (INTEGER (MIN lo hi) (MAX lo hi), basically.  Be
2639       ;; careful about LO or HI being NIL, though.  Also, if 0 is
2640       ;; contained in X, the lower bound is obviously 0.
2641       (flet ((null-or-min (a b)
2642                (and a b (min (integer-length a)
2643                              (integer-length b))))
2644              (null-or-max (a b)
2645                (and a b (max (integer-length a)
2646                              (integer-length b)))))
2647         (let* ((min (numeric-type-low x-type))
2648                (max (numeric-type-high x-type))
2649                (min-len (null-or-min min max))
2650                (max-len (null-or-max min max)))
2651           (when (ctypep 0 x-type)
2652             (setf min-len 0))
2653           (specifier-type `(integer ,(or min-len '*) ,(or max-len '*))))))))
2654
2655 (defoptimizer (isqrt derive-type) ((x))
2656   (let ((x-type (lvar-type x)))
2657     (when (numeric-type-p x-type)
2658       (let* ((lo (numeric-type-low x-type))
2659              (hi (numeric-type-high x-type))
2660              (lo-res (if lo (isqrt lo) '*))
2661              (hi-res (if hi (isqrt hi) '*)))
2662         (specifier-type `(integer ,lo-res ,hi-res))))))
2663
2664 (defoptimizer (char-code derive-type) ((char))
2665   (let ((type (type-intersection (lvar-type char) (specifier-type 'character))))
2666     (cond ((member-type-p type)
2667            (specifier-type
2668             `(member
2669               ,@(loop for member in (member-type-members type)
2670                       when (characterp member)
2671                       collect (char-code member)))))
2672           ((sb!kernel::character-set-type-p type)
2673            (specifier-type
2674             `(or
2675               ,@(loop for (low . high)
2676                       in (character-set-type-pairs type)
2677                       collect `(integer ,low ,high)))))
2678           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2679            (specifier-type
2680             `(mod ,base-char-code-limit)))
2681           (t
2682            (specifier-type
2683             `(mod ,char-code-limit))))))
2684
2685 (defoptimizer (code-char derive-type) ((code))
2686   (let ((type (lvar-type code)))
2687     ;; FIXME: unions of integral ranges?  It ought to be easier to do
2688     ;; this, given that CHARACTER-SET is basically an integral range
2689     ;; type.  -- CSR, 2004-10-04
2690     (when (numeric-type-p type)
2691       (let* ((lo (numeric-type-low type))
2692              (hi (numeric-type-high type))
2693              (type (specifier-type `(character-set ((,lo . ,hi))))))
2694         (cond
2695           ;; KLUDGE: when running on the host, we lose a slight amount
2696           ;; of precision so that we don't have to "unparse" types
2697           ;; that formally we can't, such as (CHARACTER-SET ((0
2698           ;; . 0))).  -- CSR, 2004-10-06
2699           #+sb-xc-host
2700           ((csubtypep type (specifier-type 'standard-char)) type)
2701           #+sb-xc-host
2702           ((csubtypep type (specifier-type 'base-char))
2703            (specifier-type 'base-char))
2704           #+sb-xc-host
2705           ((csubtypep type (specifier-type 'extended-char))
2706            (specifier-type 'extended-char))
2707           (t #+sb-xc-host (specifier-type 'character)
2708              #-sb-xc-host type))))))
2709
2710 (defoptimizer (values derive-type) ((&rest values))
2711   (make-values-type :required (mapcar #'lvar-type values)))
2712
2713 (defun signum-derive-type-aux (type)
2714   (if (eq (numeric-type-complexp type) :complex)
2715       (let* ((format (case (numeric-type-class type)
2716                           ((integer rational) 'single-float)
2717                           (t (numeric-type-format type))))
2718                 (bound-format (or format 'float)))
2719            (make-numeric-type :class 'float
2720                               :format format
2721                               :complexp :complex
2722                               :low (coerce -1 bound-format)
2723                               :high (coerce 1 bound-format)))
2724       (let* ((interval (numeric-type->interval type))
2725              (range-info (interval-range-info interval))
2726              (contains-0-p (interval-contains-p 0 interval))
2727              (class (numeric-type-class type))
2728              (format (numeric-type-format type))
2729              (one (coerce 1 (or format class 'real)))
2730              (zero (coerce 0 (or format class 'real)))
2731              (minus-one (coerce -1 (or format class 'real)))
2732              (plus (make-numeric-type :class class :format format
2733                                       :low one :high one))
2734              (minus (make-numeric-type :class class :format format
2735                                        :low minus-one :high minus-one))
2736              ;; KLUDGE: here we have a fairly horrible hack to deal
2737              ;; with the schizophrenia in the type derivation engine.
2738              ;; The problem is that the type derivers reinterpret
2739              ;; numeric types as being exact; so (DOUBLE-FLOAT 0d0
2740              ;; 0d0) within the derivation mechanism doesn't include
2741              ;; -0d0.  Ugh.  So force it in here, instead.
2742              (zero (make-numeric-type :class class :format format
2743                                       :low (- zero) :high zero)))
2744         (case range-info
2745           (+ (if contains-0-p (type-union plus zero) plus))
2746           (- (if contains-0-p (type-union minus zero) minus))
2747           (t (type-union minus zero plus))))))
2748
2749 (defoptimizer (signum derive-type) ((num))
2750   (one-arg-derive-type num #'signum-derive-type-aux nil))
2751 \f
2752 ;;;; byte operations
2753 ;;;;
2754 ;;;; We try to turn byte operations into simple logical operations.
2755 ;;;; First, we convert byte specifiers into separate size and position
2756 ;;;; arguments passed to internal %FOO functions. We then attempt to
2757 ;;;; transform the %FOO functions into boolean operations when the
2758 ;;;; size and position are constant and the operands are fixnums.
2759
2760 (macrolet (;; Evaluate body with SIZE-VAR and POS-VAR bound to
2761            ;; expressions that evaluate to the SIZE and POSITION of
2762            ;; the byte-specifier form SPEC. We may wrap a let around
2763            ;; the result of the body to bind some variables.
2764            ;;
2765            ;; If the spec is a BYTE form, then bind the vars to the
2766            ;; subforms. otherwise, evaluate SPEC and use the BYTE-SIZE
2767            ;; and BYTE-POSITION. The goal of this transformation is to
2768            ;; avoid consing up byte specifiers and then immediately
2769            ;; throwing them away.
2770            (with-byte-specifier ((size-var pos-var spec) &body body)
2771              (once-only ((spec `(macroexpand ,spec))
2772                          (temp '(gensym)))
2773                         `(if (and (consp ,spec)
2774                                   (eq (car ,spec) 'byte)
2775                                   (= (length ,spec) 3))
2776                         (let ((,size-var (second ,spec))
2777                               (,pos-var (third ,spec)))
2778                           ,@body)
2779                         (let ((,size-var `(byte-size ,,temp))
2780                               (,pos-var `(byte-position ,,temp)))
2781                           `(let ((,,temp ,,spec))
2782                              ,,@body))))))
2783
2784   (define-source-transform ldb (spec int)
2785     (with-byte-specifier (size pos spec)
2786       `(%ldb ,size ,pos ,int)))
2787
2788   (define-source-transform dpb (newbyte spec int)
2789     (with-byte-specifier (size pos spec)
2790       `(%dpb ,newbyte ,size ,pos ,int)))
2791
2792   (define-source-transform mask-field (spec int)
2793     (with-byte-specifier (size pos spec)
2794       `(%mask-field ,size ,pos ,int)))
2795
2796   (define-source-transform deposit-field (newbyte spec int)
2797     (with-byte-specifier (size pos spec)
2798       `(%deposit-field ,newbyte ,size ,pos ,int))))
2799
2800 (defoptimizer (%ldb derive-type) ((size posn num))
2801   (let ((size (lvar-type size)))
2802     (if (and (numeric-type-p size)
2803              (csubtypep size (specifier-type 'integer)))
2804         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2805           (if (and size-high (<= size-high sb!vm:n-word-bits))
2806               (specifier-type `(unsigned-byte* ,size-high))
2807               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2808         *universal-type*)))
2809
2810 (defoptimizer (%mask-field derive-type) ((size posn num))
2811   (let ((size (lvar-type size))
2812         (posn (lvar-type posn)))
2813     (if (and (numeric-type-p size)
2814              (csubtypep size (specifier-type 'integer))
2815              (numeric-type-p posn)
2816              (csubtypep posn (specifier-type 'integer)))
2817         (let ((size-high (numeric-type-high size))
2818               (posn-high (numeric-type-high posn)))
2819           (if (and size-high posn-high
2820                    (<= (+ size-high posn-high) sb!vm:n-word-bits))
2821               (specifier-type `(unsigned-byte* ,(+ size-high posn-high)))
2822               (specifier-type 'unsigned-byte)))
2823         *universal-type*)))
2824
2825 (defun %deposit-field-derive-type-aux (size posn int)
2826   (let ((size (lvar-type size))
2827         (posn (lvar-type posn))
2828         (int (lvar-type int)))
2829     (when (and (numeric-type-p size)
2830                (numeric-type-p posn)
2831                (numeric-type-p int))
2832       (let ((size-high (numeric-type-high size))
2833             (posn-high (numeric-type-high posn))
2834             (high (numeric-type-high int))
2835             (low (numeric-type-low int)))
2836         (when (and size-high posn-high high low
2837                    ;; KLUDGE: we need this cutoff here, otherwise we
2838                    ;; will merrily derive the type of %DPB as
2839                    ;; (UNSIGNED-BYTE 1073741822), and then attempt to
2840                    ;; canonicalize this type to (INTEGER 0 (1- (ASH 1
2841                    ;; 1073741822))), with hilarious consequences.  We
2842                    ;; cutoff at 4*SB!VM:N-WORD-BITS to allow inference
2843                    ;; over a reasonable amount of shifting, even on
2844                    ;; the alpha/32 port, where N-WORD-BITS is 32 but
2845                    ;; machine integers are 64-bits.  -- CSR,
2846                    ;; 2003-09-12
2847                    (<= (+ size-high posn-high) (* 4 sb!vm:n-word-bits)))
2848           (let ((raw-bit-count (max (integer-length high)
2849                                     (integer-length low)
2850                                     (+ size-high posn-high))))
2851             (specifier-type
2852              (if (minusp low)
2853                  `(signed-byte ,(1+ raw-bit-count))
2854                  `(unsigned-byte* ,raw-bit-count)))))))))
2855
2856 (defoptimizer (%dpb derive-type) ((newbyte size posn int))
2857   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2858
2859 (defoptimizer (%deposit-field derive-type) ((newbyte size posn int))
2860   (%deposit-field-derive-type-aux size posn int))
2861
2862 (deftransform %ldb ((size posn int)
2863                     (fixnum fixnum integer)
2864                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2865   "convert to inline logical operations"
2866   `(logand (ash int (- posn))
2867            (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2868                 (- size ,sb!vm:n-word-bits))))
2869
2870 (deftransform %mask-field ((size posn int)
2871                            (fixnum fixnum integer)
2872                            (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2873   "convert to inline logical operations"
2874   `(logand int
2875            (ash (ash ,(1- (ash 1 sb!vm:n-word-bits))
2876                      (- size ,sb!vm:n-word-bits))
2877                 posn)))
2878
2879 ;;; Note: for %DPB and %DEPOSIT-FIELD, we can't use
2880 ;;;   (OR (SIGNED-BYTE N) (UNSIGNED-BYTE N))
2881 ;;; as the result type, as that would allow result types that cover
2882 ;;; the range -2^(n-1) .. 1-2^n, instead of allowing result types of
2883 ;;; (UNSIGNED-BYTE N) and result types of (SIGNED-BYTE N).
2884
2885 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2886                     *
2887                     (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2888   "convert to inline logical operations"
2889   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2890      (logior (ash (logand new mask) posn)
2891              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2892
2893 (deftransform %dpb ((new size posn int)
2894                     *
2895                     (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2896   "convert to inline logical operations"
2897   `(let ((mask (ldb (byte size 0) -1)))
2898      (logior (ash (logand new mask) posn)
2899              (logand int (lognot (ash mask posn))))))
2900
2901 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2902                               *
2903                               (unsigned-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2904   "convert to inline logical operations"
2905   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2906      (logior (logand new mask)
2907              (logand int (lognot mask)))))
2908
2909 (deftransform %deposit-field ((new size posn int)
2910                               *
2911                               (signed-byte #.sb!vm:n-word-bits))
2912   "convert to inline logical operations"
2913   `(let ((mask (ash (ldb (byte size 0) -1) posn)))
2914      (logior (logand new mask)
2915              (logand int (lognot mask)))))
2916
2917 (defoptimizer (mask-signed-field derive-type) ((size x))
2918   (let ((size (lvar-type size)))
2919     (if (numeric-type-p size)
2920         (let ((size-high (numeric-type-high size)))
2921           (if (and size-high (<= 1 size-high sb!vm:n-word-bits))
2922               (specifier-type `(signed-byte ,size-high))
2923               *universal-type*))
2924         *universal-type*)))
2925
2926 \f
2927 ;;; Modular functions
2928
2929 ;;; (ldb (byte s 0) (foo                 x  y ...)) =
2930 ;;; (ldb (byte s 0) (foo (ldb (byte s 0) x) y ...))
2931 ;;;
2932 ;;; and similar for other arguments.
2933
2934 (defun make-modular-fun-type-deriver (prototype kind width signedp)
2935   (declare (ignore kind))
2936   #!-sb-fluid
2937   (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
2938              (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
2939              (mask-type (specifier-type
2940                          (ecase signedp
2941                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
2942                                       `(integer ,mask ,mask)))
2943                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
2944     (lambda (call)
2945       (let ((res (funcall fun call)))
2946         (when res
2947           (if (eq signedp nil)
2948               (logand-derive-type-aux res mask-type))))))
2949   #!+sb-fluid
2950   (lambda (call)
2951     (binding* ((info (info :function :info prototype) :exit-if-null)
2952                (fun (fun-info-derive-type info) :exit-if-null)
2953                (res (funcall fun call) :exit-if-null)
2954                (mask-type (specifier-type
2955                            (ecase signedp
2956                              ((nil) (let ((mask (1- (ash 1 width))))
2957                                       `(integer ,mask ,mask)))
2958                              ((t) `(signed-byte ,width))))))
2959       (if (eq signedp nil)
2960           (logand-derive-type-aux res mask-type)))))
2961
2962 ;;; Try to recursively cut all uses of LVAR to WIDTH bits.
2963 ;;;
2964 ;;; For good functions, we just recursively cut arguments; their
2965 ;;; "goodness" means that the result will not increase (in the
2966 ;;; (unsigned-byte +infinity) sense). An ordinary modular function is
2967 ;;; replaced with the version, cutting its result to WIDTH or more
2968 ;;; bits. For most functions (e.g. for +) we cut all arguments; for
2969 ;;; others (e.g. for ASH) we have "optimizers", cutting only necessary
2970 ;;; arguments (maybe to a different width) and returning the name of a
2971 ;;; modular version, if it exists, or NIL. If we have changed
2972 ;;; anything, we need to flush old derived types, because they have
2973 ;;; nothing in common with the new code.
2974 (defun cut-to-width (lvar kind width signedp)
2975   (declare (type lvar lvar) (type (integer 0) width))
2976   (let ((type (specifier-type (if (zerop width)
2977                                   '(eql 0)
2978                                   `(,(ecase signedp
2979                                        ((nil) 'unsigned-byte)
2980                                        ((t) 'signed-byte))
2981                                      ,width)))))
2982     (labels ((reoptimize-node (node name)
2983                (setf (node-derived-type node)
2984                      (fun-type-returns
2985                       (info :function :type name)))
2986                (setf (lvar-%derived-type (node-lvar node)) nil)
2987                (setf (node-reoptimize node) t)
2988                (setf (block-reoptimize (node-block node)) t)
2989                (reoptimize-component (node-component node) :maybe))
2990              (cut-node (node &aux did-something)
2991                (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
2992                           (combination-p node)
2993                           (eq (basic-combination-kind node) :known))
2994                  (let* ((fun-ref (lvar-use (combination-fun node)))
2995                         (fun-name (leaf-source-name (ref-leaf fun-ref)))
2996                         (modular-fun (find-modular-version fun-name kind signedp width)))
2997                    (when (and modular-fun
2998                               (not (and (eq fun-name 'logand)
2999                                         (csubtypep
3000                                          (single-value-type (node-derived-type node))
3001                                          type))))
3002                      (binding* ((name (etypecase modular-fun
3003                                         ((eql :good) fun-name)
3004                                         (modular-fun-info
3005                                          (modular-fun-info-name modular-fun))
3006                                         (function
3007                                          (funcall modular-fun node width)))
3008                                       :exit-if-null))
3009                                (unless (eql modular-fun :good)
3010                                  (setq did-something t)
3011                                  (change-ref-leaf
3012                                   fun-ref
3013                                   (find-free-fun name "in a strange place"))
3014                                  (setf (combination-kind node) :full))
3015                                (unless (functionp modular-fun)
3016                                  (dolist (arg (basic-combination-args node))
3017                                    (when (cut-lvar arg)
3018                                      (setq did-something t))))
3019                                (when did-something
3020                                  (reoptimize-node node name))
3021                                did-something)))))
3022              (cut-lvar (lvar &aux did-something)
3023                (do-uses (node lvar)
3024                  (when (cut-node node)
3025                    (setq did-something t)))
3026                did-something))
3027       (cut-lvar lvar))))
3028
3029 (defun best-modular-version (width signedp)
3030   ;; 1. exact width-matched :untagged
3031   ;; 2. >/>= width-matched :tagged
3032   ;; 3. >/>= width-matched :untagged
3033   (let* ((uuwidths (modular-class-widths *untagged-unsigned-modular-class*))
3034          (uswidths (modular-class-widths *untagged-signed-modular-class*))
3035          (uwidths (merge 'list uuwidths uswidths #'< :key #'car))
3036          (twidths (modular-class-widths *tagged-modular-class*)))
3037     (let ((exact (find (cons width signedp) uwidths :test #'equal)))
3038       (when exact
3039         (return-from best-modular-version (values width :untagged signedp))))
3040     (flet ((inexact-match (w)
3041              (cond
3042                ((eq signedp (cdr w)) (<= width (car w)))
3043                ((eq signedp nil) (< width (car w))))))
3044       (let ((tgt (find-if #'inexact-match twidths)))
3045         (when tgt
3046           (return-from best-modular-version
3047             (values (car tgt) :tagged (cdr tgt)))))
3048       (let ((ugt (find-if #'inexact-match uwidths)))
3049         (when ugt
3050           (return-from best-modular-version
3051             (values (car ugt) :untagged (cdr ugt))))))))
3052
3053 (defoptimizer (logand optimizer) ((x y) node)
3054   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3055     (when (numeric-type-p result-type)
3056       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3057             (high (numeric-type-high result-type)))
3058         (when (and (numberp low)
3059                    (numberp high)
3060                    (>= low 0))
3061           (let ((width (integer-length high)))
3062             (multiple-value-bind (w kind signedp)
3063                 (best-modular-version width nil)
3064               (when w
3065                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH SIGNEDP).
3066                 (cut-to-width x kind width signedp)
3067                 (cut-to-width y kind width signedp)
3068                 nil ; After fixing above, replace with T.
3069                 ))))))))
3070
3071 (defoptimizer (mask-signed-field optimizer) ((width x) node)
3072   (let ((result-type (single-value-type (node-derived-type node))))
3073     (when (numeric-type-p result-type)
3074       (let ((low (numeric-type-low result-type))
3075             (high (numeric-type-high result-type)))
3076         (when (and (numberp low) (numberp high))
3077           (let ((width (max (integer-length high) (integer-length low))))
3078             (multiple-value-bind (w kind)
3079                 (best-modular-version width t)
3080               (when w
3081                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH T).
3082                 (cut-to-width x kind width t)
3083                 nil ; After fixing above, replace with T.
3084                 ))))))))
3085 \f
3086 ;;; miscellanous numeric transforms
3087
3088 ;;; If a constant appears as the first arg, swap the args.
3089 (deftransform commutative-arg-swap ((x y) * * :defun-only t :node node)
3090   (if (and (constant-lvar-p x)
3091            (not (constant-lvar-p y)))
3092       `(,(lvar-fun-name (basic-combination-fun node))
3093         y
3094         ,(lvar-value x))
3095       (give-up-ir1-transform)))
3096
3097 (dolist (x '(= char= + * logior logand logxor))
3098   (%deftransform x '(function * *) #'commutative-arg-swap
3099                  "place constant arg last"))
3100
3101 ;;; Handle the case of a constant BOOLE-CODE.
3102 (deftransform boole ((op x y) * *)
3103   "convert to inline logical operations"
3104   (unless (constant-lvar-p op)
3105     (give-up-ir1-transform "BOOLE code is not a constant."))
3106   (let ((control (lvar-value op)))
3107     (case control
3108       (#.sb!xc:boole-clr 0)
3109       (#.sb!xc:boole-set -1)
3110       (#.sb!xc:boole-1 'x)
3111       (#.sb!xc:boole-2 'y)
3112       (#.sb!xc:boole-c1 '(lognot x))
3113       (#.sb!xc:boole-c2 '(lognot y))
3114       (#.sb!xc:boole-and '(logand x y))
3115       (#.sb!xc:boole-ior '(logior x y))
3116       (#.sb!xc:boole-xor '(logxor x y))
3117       (#.sb!xc:boole-eqv '(logeqv x y))
3118       (#.sb!xc:boole-nand '(lognand x y))
3119       (#.sb!xc:boole-nor '(lognor x y))
3120       (#.sb!xc:boole-andc1 '(logandc1 x y))
3121       (#.sb!xc:boole-andc2 '(logandc2 x y))
3122       (#.sb!xc:boole-orc1 '(logorc1 x y))
3123       (#.sb!xc:boole-orc2 '(logorc2 x y))
3124       (t
3125        (abort-ir1-transform "~S is an illegal control arg to BOOLE."
3126                             control)))))
3127 \f
3128 ;;;; converting special case multiply/divide to shifts
3129
3130 ;;; If arg is a constant power of two, turn * into a shift.
3131 (deftransform * ((x y) (integer integer) *)
3132   "convert x*2^k to shift"
3133   (unless (constant-lvar-p y)
3134     (give-up-ir1-transform))
3135   (let* ((y (lvar-value y))
3136          (y-abs (abs y))
3137          (len (1- (integer-length y-abs))))
3138     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3139       (give-up-ir1-transform))
3140     (if (minusp y)
3141         `(- (ash x ,len))
3142         `(ash x ,len))))
3143
3144 ;;; If arg is a constant power of two, turn FLOOR into a shift and
3145 ;;; mask. If CEILING, add in (1- (ABS Y)), do FLOOR and correct a
3146 ;;; remainder.
3147 (flet ((frob (y ceil-p)
3148          (unless (constant-lvar-p y)
3149            (give-up-ir1-transform))
3150          (let* ((y (lvar-value y))
3151                 (y-abs (abs y))
3152                 (len (1- (integer-length y-abs))))
3153            (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3154              (give-up-ir1-transform))
3155            (let ((shift (- len))
3156                  (mask (1- y-abs))
3157                  (delta (if ceil-p (* (signum y) (1- y-abs)) 0)))
3158              `(let ((x (+ x ,delta)))
3159                 ,(if (minusp y)
3160                      `(values (ash (- x) ,shift)
3161                               (- (- (logand (- x) ,mask)) ,delta))
3162                      `(values (ash x ,shift)
3163                               (- (logand x ,mask) ,delta))))))))
3164   (deftransform floor ((x y) (integer integer) *)
3165     "convert division by 2^k to shift"
3166     (frob y nil))
3167   (deftransform ceiling ((x y) (integer integer) *)
3168     "convert division by 2^k to shift"
3169     (frob y t)))
3170
3171 ;;; Do the same for MOD.
3172 (deftransform mod ((x y) (integer integer) *)
3173   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3174   (unless (constant-lvar-p y)
3175     (give-up-ir1-transform))
3176   (let* ((y (lvar-value y))
3177          (y-abs (abs y))
3178          (len (1- (integer-length y-abs))))
3179     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3180       (give-up-ir1-transform))
3181     (let ((mask (1- y-abs)))
3182       (if (minusp y)
3183           `(- (logand (- x) ,mask))
3184           `(logand x ,mask)))))
3185
3186 ;;; If arg is a constant power of two, turn TRUNCATE into a shift and mask.
3187 (deftransform truncate ((x y) (integer integer))
3188   "convert division by 2^k to shift"
3189   (unless (constant-lvar-p y)
3190     (give-up-ir1-transform))
3191   (let* ((y (lvar-value y))
3192          (y-abs (abs y))
3193          (len (1- (integer-length y-abs))))
3194     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3195       (give-up-ir1-transform))
3196     (let* ((shift (- len))
3197            (mask (1- y-abs)))
3198       `(if (minusp x)
3199            (values ,(if (minusp y)
3200                         `(ash (- x) ,shift)
3201                         `(- (ash (- x) ,shift)))
3202                    (- (logand (- x) ,mask)))
3203            (values ,(if (minusp y)
3204                         `(ash (- ,mask x) ,shift)
3205                         `(ash x ,shift))
3206                    (logand x ,mask))))))
3207
3208 ;;; And the same for REM.
3209 (deftransform rem ((x y) (integer integer) *)
3210   "convert remainder mod 2^k to LOGAND"
3211   (unless (constant-lvar-p y)
3212     (give-up-ir1-transform))
3213   (let* ((y (lvar-value y))
3214          (y-abs (abs y))
3215          (len (1- (integer-length y-abs))))
3216     (unless (and (> y-abs 0) (= y-abs (ash 1 len)))
3217       (give-up-ir1-transform))
3218     (let ((mask (1- y-abs)))
3219       `(if (minusp x)
3220            (- (logand (- x) ,mask))
3221            (logand x ,mask)))))
3222 \f
3223 ;;;; arithmetic and logical identity operation elimination
3224
3225 ;;; Flush calls to various arith functions that convert to the
3226 ;;; identity function or a constant.
3227 (macrolet ((def (name identity result)
3228              `(deftransform ,name ((x y) (* (constant-arg (member ,identity))) *)
3229                 "fold identity operations"
3230                 ',result)))
3231   (def ash 0 x)
3232   (def logand -1 x)
3233   (def logand 0 0)
3234   (def logior 0 x)
3235   (def logior -1 -1)
3236   (def logxor -1 (lognot x))
3237   (def logxor 0 x))
3238
3239 (deftransform logand ((x y) (* (constant-arg t)) *)
3240   "fold identity operation"
3241   (let ((y (lvar-value y)))
3242     (unless (and (plusp y)
3243                  (= y (1- (ash 1 (integer-length y)))))
3244       (give-up-ir1-transform))
3245     (unless (csubtypep (lvar-type x)
3246                        (specifier-type `(integer 0 ,y)))
3247       (give-up-ir1-transform))
3248     'x))
3249
3250 (deftransform mask-signed-field ((size x) ((constant-arg t) *) *)
3251   "fold identity operation"
3252   (let ((size (lvar-value size)))
3253     (unless (csubtypep (lvar-type x) (specifier-type `(signed-byte ,size)))
3254       (give-up-ir1-transform))
3255     'x))
3256
3257 ;;; These are restricted to rationals, because (- 0 0.0) is 0.0, not -0.0, and
3258 ;;; (* 0 -4.0) is -0.0.
3259 (deftransform - ((x y) ((constant-arg (member 0)) rational) *)
3260   "convert (- 0 x) to negate"
3261   '(%negate y))
3262 (deftransform * ((x y) (rational (constant-arg (member 0))) *)
3263   "convert (* x 0) to 0"
3264   0)
3265
3266 ;;; Return T if in an arithmetic op including lvars X and Y, the
3267 ;;; result type is not affected by the type of X. That is, Y is at
3268 ;;; least as contagious as X.
3269 #+nil
3270 (defun not-more-contagious (x y)
3271   (declare (type continuation x y))
3272   (let ((x (lvar-type x))
3273         (y (lvar-type y)))
3274     (values (type= (numeric-contagion x y)
3275                    (numeric-contagion y y)))))
3276 ;;; Patched version by Raymond Toy. dtc: Should be safer although it
3277 ;;; XXX needs more work as valid transforms are missed; some cases are
3278 ;;; specific to particular transform functions so the use of this
3279 ;;; function may need a re-think.
3280 (defun not-more-contagious (x y)
3281   (declare (type lvar x y))
3282   (flet ((simple-numeric-type (num)
3283            (and (numeric-type-p num)
3284                 ;; Return non-NIL if NUM is integer, rational, or a float
3285                 ;; of some type (but not FLOAT)
3286                 (case (numeric-type-class num)
3287                   ((integer rational)
3288                    t)
3289                   (float
3290                    (numeric-type-format num))
3291                   (t
3292                    nil)))))
3293     (let ((x (lvar-type x))
3294           (y (lvar-type y)))
3295       (if (and (simple-numeric-type x)
3296                (simple-numeric-type y))
3297           (values (type= (numeric-contagion x y)
3298                          (numeric-contagion y y)))))))
3299
3300 (def!type exact-number ()
3301   '(or rational (complex rational)))
3302
3303 ;;; Fold (+ x 0).
3304 ;;;
3305 ;;; Only safely applicable for exact numbers. For floating-point
3306 ;;; x, one would have to first show that neither x or y are signed
3307 ;;; 0s, and that x isn't an SNaN.
3308 (deftransform + ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3309   "fold zero arg"
3310   'x)
3311
3312 ;;; Fold (- x 0).
3313 (deftransform - ((x y) (exact-number (constant-arg (eql 0))) *)
3314   "fold zero arg"
3315   'x)
3316
3317 ;;; Fold (OP x +/-1)
3318 ;;;
3319 ;;; %NEGATE might not always signal correctly.
3320 (macrolet
3321     ((def (name result minus-result)
3322          `(deftransform ,name ((x y)
3323                                (exact-number (constant-arg (member 1 -1))))
3324             "fold identity operations"
3325             (if (minusp (lvar-value y)) ',minus-result ',result))))
3326   (def * x (%negate x))
3327   (def / x (%negate x))
3328   (def expt x (/ 1 x)))
3329
3330 ;;; Fold (expt x n) into multiplications for small integral values of
3331 ;;; N; convert (expt x 1/2) to sqrt.
3332 (deftransform expt ((x y) (t (constant-arg real)) *)
3333   "recode as multiplication or sqrt"
3334   (let ((val (lvar-value y)))
3335     ;; If Y would cause the result to be promoted to the same type as
3336     ;; Y, we give up. If not, then the result will be the same type
3337     ;; as X, so we can replace the exponentiation with simple
3338     ;; multiplication and division for small integral powers.
3339     (unless (not-more-contagious y x)
3340       (give-up-ir1-transform))
3341     (cond ((zerop val)
3342            (let ((x-type (lvar-type x)))
3343              (cond ((csubtypep x-type (specifier-type '(or rational
3344                                                         (complex rational))))
3345                     '1)
3346                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'real))
3347                     `(if (rationalp x)
3348                          1
3349                          (float 1 x)))
3350                    ((csubtypep x-type (specifier-type 'complex))
3351                     ;; both parts are float
3352                     `(1+ (* x ,val)))
3353                    (t (give-up-ir1-transform)))))
3354           ((= val 2) '(* x x))
3355           ((= val -2) '(/ (* x x)))
3356           ((= val 3) '(* x x x))
3357           ((= val -3) '(/ (* x x x)))
3358           ((= val 1/2) '(sqrt x))
3359           ((= val -1/2) '(/ (sqrt x)))
3360           (t (give-up-ir1-transform)))))
3361
3362 (deftransform expt ((x y) ((constant-arg (member -1 -1.0 -1.0d0)) integer) *)
3363   "recode as an ODDP check"
3364   (let ((val (lvar-value x)))
3365     (if (eql -1 val)
3366         '(- 1 (* 2 (logand 1 y)))
3367         `(if (oddp y)
3368              ,val
3369              ,(abs val)))))
3370
3371 ;;; KLUDGE: Shouldn't (/ 0.0 0.0), etc. cause exceptions in these
3372 ;;; transformations?
3373 ;;; Perhaps we should have to prove that the denominator is nonzero before
3374 ;;; doing them?  -- WHN 19990917
3375 (macrolet ((def (name)
3376              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3377                                    *)
3378                 "fold zero arg"
3379                 0)))
3380   (def ash)
3381   (def /))
3382
3383 (macrolet ((def (name)
3384              `(deftransform ,name ((x y) ((constant-arg (integer 0 0)) integer)
3385                                    *)
3386                 "fold zero arg"
3387                 '(values 0 0))))
3388   (def truncate)
3389   (def round)
3390   (def floor)
3391   (def ceiling))
3392 \f
3393 ;;;; character operations
3394
3395 (deftransform char-equal ((a b) (base-char base-char))
3396   "open code"
3397   '(let* ((ac (char-code a))
3398           (bc (char-code b))
3399           (sum (logxor ac bc)))
3400      (or (zerop sum)
3401          (when (eql sum #x20)
3402            (let ((sum (+ ac bc)))
3403              (or (and (> sum 161) (< sum 213))
3404                  (and (> sum 415) (< sum 461))
3405                  (and (> sum 463) (< sum 477))))))))
3406
3407 (deftransform char-upcase ((x) (base-char))
3408   "open code"
3409   '(let ((n-code (char-code x)))
3410      (if (or (and (> n-code #o140)      ; Octal 141 is #\a.
3411                   (< n-code #o173))     ; Octal 172 is #\z.
3412              (and (> n-code #o337)
3413                   (< n-code #o367))
3414              (and (> n-code #o367)
3415                   (< n-code #o377)))
3416          (code-char (logxor #x20 n-code))
3417          x)))
3418
3419 (deftransform char-downcase ((x) (base-char))
3420   "open code"
3421   '(let ((n-code (char-code x)))
3422      (if (or (and (> n-code 64)         ; 65 is #\A.
3423                   (< n-code 91))        ; 90 is #\Z.
3424              (and (> n-code 191)
3425                   (< n-code 215))
3426              (and (> n-code 215)
3427                   (< n-code 223)))
3428          (code-char (logxor #x20 n-code))
3429          x)))
3430 \f
3431 ;;;; equality predicate transforms
3432
3433 ;;; Return true if X and Y are lvars whose only use is a
3434 ;;; reference to the same leaf, and the value of the leaf cannot
3435 ;;; change.
3436 (defun same-leaf-ref-p (x y)
3437   (declare (type lvar x y))
3438   (let ((x-use (principal-lvar-use x))
3439         (y-use (principal-lvar-use y)))
3440     (and (ref-p x-use)
3441          (ref-p y-use)
3442          (eq (ref-leaf x-use) (ref-leaf y-use))
3443          (constant-reference-p x-use))))
3444
3445 ;;; If X and Y are the same leaf, then the result is true. Otherwise,
3446 ;;; if there is no intersection between the types of the arguments,
3447 ;;; then the result is definitely false.
3448 (deftransform simple-equality-transform ((x y) * *
3449                                          :defun-only t)
3450   (cond
3451     ((same-leaf-ref-p x y) t)
3452     ((not (types-equal-or-intersect (lvar-type x) (lvar-type y)))
3453          nil)
3454     (t (give-up-ir1-transform))))
3455
3456 (macrolet ((def (x)
3457              `(%deftransform ',x '(function * *) #'simple-equality-transform)))
3458   (def eq)
3459   (def char=))
3460
3461 ;;; This is similar to SIMPLE-EQUALITY-TRANSFORM, except that we also
3462 ;;; try to convert to a type-specific predicate or EQ:
3463 ;;; -- If both args are characters, convert to CHAR=. This is better than
3464 ;;;    just converting to EQ, since CHAR= may have special compilation
3465 ;;;    strategies for non-standard representations, etc.
3466 ;;; -- If either arg is definitely a fixnum, we check to see if X is
3467 ;;;    constant and if so, put X second. Doing this results in better
3468 ;;;    code from the backend, since the backend assumes that any constant
3469 ;;;    argument comes second.
3470 ;;; -- If either arg is definitely not a number or a fixnum, then we
3471 ;;;    can compare with EQ.
3472 ;;; -- Otherwise, we try to put the arg we know more about second. If X
3473 ;;;    is constant then we put it second. If X is a subtype of Y, we put
3474 ;;;    it second. These rules make it easier for the back end to match
3475 ;;;    these interesting cases.
3476 (deftransform eql ((x y) * * :node node)
3477   "convert to simpler equality predicate"
3478   (let ((x-type (lvar-type x))
3479         (y-type (lvar-type y))
3480         (char-type (specifier-type 'character)))
3481     (flet ((fixnum-type-p (type)
3482              (csubtypep type (specifier-type 'fixnum))))
3483       (cond
3484         ((same-leaf-ref-p x y) t)
3485         ((not (types-equal-or-intersect x-type y-type))
3486          nil)
3487         ((and (csubtypep x-type char-type)
3488               (csubtypep y-type char-type))
3489          '(char= x y))
3490         ((or (fixnum-type-p x-type) (fixnum-type-p y-type))
3491          (commutative-arg-swap node))
3492         ((or (eq-comparable-type-p x-type) (eq-comparable-type-p y-type))
3493          '(eq x y))
3494         ((and (not (constant-lvar-p y))
3495               (or (constant-lvar-p x)
3496                   (and (csubtypep x-type y-type)
3497                        (not (csubtypep y-type x-type)))))
3498          '(eql y x))
3499         (t
3500          (give-up-ir1-transform))))))
3501
3502 ;;; similarly to the EQL transform above, we attempt to constant-fold
3503 ;;; or convert to a simpler predicate: mostly we have to be careful
3504 ;;; with strings and bit-vectors.
3505 (deftransform equal ((x y) * *)
3506   "convert to simpler equality predicate"
3507   (let ((x-type (lvar-type x))
3508         (y-type (lvar-type y))
3509         (string-type (specifier-type 'string))
3510         (bit-vector-type (specifier-type 'bit-vector)))
3511     (cond
3512       ((same-leaf-ref-p x y) t)
3513       ((and (csubtypep x-type string-type)
3514             (csubtypep y-type string-type))
3515        '(string= x y))
3516       ((and (csubtypep x-type bit-vector-type)
3517             (csubtypep y-type bit-vector-type))
3518        '(bit-vector-= x y))
3519       ;; if at least one is not a string, and at least one is not a
3520       ;; bit-vector, then we can reason from types.
3521       ((and (not (and (types-equal-or-intersect x-type string-type)
3522                       (types-equal-or-intersect y-type string-type)))
3523             (not (and (types-equal-or-intersect x-type bit-vector-type)
3524                       (types-equal-or-intersect y-type bit-vector-type)))
3525             (not (types-equal-or-intersect x-type y-type)))
3526        nil)
3527       (t (give-up-ir1-transform)))))
3528
3529 ;;; Convert to EQL if both args are rational and complexp is specified
3530 ;;; and the same for both.
3531 (deftransform = ((x y) (number number) *)
3532   "open code"
3533   (let ((x-type (lvar-type x))
3534         (y-type (lvar-type y)))
3535     (cond ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'float))
3536                     (csubtypep y-type (specifier-type 'float)))
3537                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(complex float)))
3538                     (csubtypep y-type (specifier-type '(complex float))))
3539                #!+complex-float-vops
3540                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float))))
3541                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or single-float (complex single-float)))))
3542                #!+complex-float-vops
3543                (and (csubtypep x-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))
3544                     (csubtypep y-type (specifier-type '(or double-float (complex double-float))))))
3545            ;; They are both floats. Leave as = so that -0.0 is
3546            ;; handled correctly.
3547            (give-up-ir1-transform))
3548           ((or (and (csubtypep x-type (specifier-type 'rational))
3549                     (csubtypep y-type (specifier-type 'rational)))
3550                (and (csubtypep x-type
3551                                (specifier-type '(complex rational)))
3552                     (csubtypep y-type
3553                                (specifier-type '(complex rational)))))
3554            ;; They are both rationals and complexp is the same.
3555            ;; Convert to EQL.
3556            '(eql x y))
3557           (t
3558            (give-up-ir1-transform
3559             "The operands might not be the same type.")))))
3560
3561 (defun maybe-float-lvar-p (lvar)
3562   (neq *empty-type* (type-intersection (specifier-type 'float)
3563                                        (lvar-type lvar))))
3564
3565 (flet ((maybe-invert (node op inverted x y)
3566          ;; Don't invert if either argument can be a float (NaNs)
3567          (cond
3568            ((or (maybe-float-lvar-p x) (maybe-float-lvar-p y))
3569             (delay-ir1-transform node :constraint)
3570             `(or (,op x y) (= x y)))
3571            (t
3572             `(if (,inverted x y) nil t)))))
3573   (deftransform >= ((x y) (number number) * :node node)
3574     "invert or open code"
3575     (maybe-invert node '> '< x y))
3576   (deftransform <= ((x y) (number number) * :node node)
3577     "invert or open code"
3578     (maybe-invert node '< '> x y)))
3579
3580 ;;; See whether we can statically determine (< X Y) using type
3581 ;;; information. If X's high bound is < Y's low, then X < Y.
3582 ;;; Similarly, if X's low is >= to Y's high, the X >= Y (so return
3583 ;;; NIL). If not, at least make sure any constant arg is second.
3584 (macrolet ((def (name inverse reflexive-p surely-true surely-false)
3585              `(deftransform ,name ((x y))
3586                 "optimize using intervals"
3587                 (if (and (same-leaf-ref-p x y)
3588                          ;; For non-reflexive functions we don't need
3589                          ;; to worry about NaNs: (non-ref-op NaN NaN) => false,
3590                          ;; but with reflexive ones we don't know...
3591                          ,@(when reflexive-p
3592                                  '((and (not (maybe-float-lvar-p x))
3593                                         (not (maybe-float-lvar-p y))))))
3594                     ,reflexive-p
3595                     (let ((ix (or (type-approximate-interval (lvar-type x))
3596                                   (give-up-ir1-transform)))
3597                           (iy (or (type-approximate-interval (lvar-type y))
3598                                   (give-up-ir1-transform))))
3599                       (cond (,surely-true
3600                              t)
3601                             (,surely-false
3602                              nil)
3603                             ((and (constant-lvar-p x)
3604                                   (not (constant-lvar-p y)))
3605                              `(,',inverse y x))
3606                             (t
3607                              (give-up-ir1-transform))))))))
3608   (def = = t (interval-= ix iy) (interval-/= ix iy))
3609   (def /= /= nil (interval-/= ix iy) (interval-= ix iy))
3610   (def < > nil (interval-< ix iy) (interval->= ix iy))
3611   (def > < nil (interval-< iy ix) (interval->= iy ix))
3612   (def <= >= t (interval->= iy ix) (interval-< iy ix))
3613   (def >= <= t (interval->= ix iy) (interval-< ix iy)))
3614
3615 (defun ir1-transform-char< (x y first second inverse)
3616   (cond
3617     ((same-leaf-ref-p x y) nil)
3618     ;; If we had interval representation of character types, as we
3619     ;; might eventually have to to support 2^21 characters, then here
3620     ;; we could do some compile-time computation as in transforms for
3621     ;; < above. -- CSR, 2003-07-01
3622     ((and (constant-lvar-p first)
3623           (not (constant-lvar-p second)))
3624      `(,inverse y x))
3625     (t (give-up-ir1-transform))))
3626
3627 (deftransform char< ((x y) (character character) *)
3628   (ir1-transform-char< x y x y 'char>))
3629
3630 (deftransform char> ((x y) (character character) *)
3631   (ir1-transform-char< y x x y 'char<))
3632 \f
3633 ;;;; converting N-arg comparisons
3634 ;;;;
3635 ;;;; We convert calls to N-arg comparison functions such as < into
3636 ;;;; two-arg calls. This transformation is enabled for all such
3637 ;;;; comparisons in this file. If any of these predicates are not
3638 ;;;; open-coded, then the transformation should be removed at some
3639 ;;;; point to avoid pessimization.
3640
3641 ;;; This function is used for source transformation of N-arg
3642 ;;; comparison functions other than inequality. We deal both with
3643 ;;; converting to two-arg calls and inverting the sense of the test,
3644 ;;; if necessary. If the call has two args, then we pass or return a
3645 ;;; negated test as appropriate. If it is a degenerate one-arg call,
3646 ;;; then we transform to code that returns true. Otherwise, we bind
3647 ;;; all the arguments and expand into a bunch of IFs.
3648 (defun multi-compare (predicate args not-p type &optional force-two-arg-p)
3649   (let ((nargs (length args)))
3650     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3651           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3652           ((= nargs 2)
3653            (if not-p
3654                `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t)
3655                (if force-two-arg-p
3656                    `(,predicate ,(first args) ,(second args))
3657                    (values nil t))))
3658           (t
3659            (do* ((i (1- nargs) (1- i))
3660                  (last nil current)
3661                  (current (gensym) (gensym))
3662                  (vars (list current) (cons current vars))
3663                  (result t (if not-p
3664                                `(if (,predicate ,current ,last)
3665                                     nil ,result)
3666                                `(if (,predicate ,current ,last)
3667                                     ,result nil))))
3668                ((zerop i)
3669                 `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3670                   ,@args)))))))
3671
3672 (define-source-transform = (&rest args) (multi-compare '= args nil 'number))
3673 (define-source-transform < (&rest args) (multi-compare '< args nil 'real))
3674 (define-source-transform > (&rest args) (multi-compare '> args nil 'real))
3675 ;;; We cannot do the inversion for >= and <= here, since both
3676 ;;;   (< NaN X) and (> NaN X)
3677 ;;; are false, and we don't have type-inforation available yet. The
3678 ;;; deftransforms for two-argument versions of >= and <= takes care of
3679 ;;; the inversion to > and < when possible.
3680 (define-source-transform <= (&rest args) (multi-compare '<= args nil 'real))
3681 (define-source-transform >= (&rest args) (multi-compare '>= args nil 'real))
3682
3683 (define-source-transform char= (&rest args) (multi-compare 'char= args nil
3684                                                            'character))
3685 (define-source-transform char< (&rest args) (multi-compare 'char< args nil
3686                                                            'character))
3687 (define-source-transform char> (&rest args) (multi-compare 'char> args nil
3688                                                            'character))
3689 (define-source-transform char<= (&rest args) (multi-compare 'char> args t
3690                                                             'character))
3691 (define-source-transform char>= (&rest args) (multi-compare 'char< args t
3692                                                             'character))
3693
3694 (define-source-transform char-equal (&rest args)
3695   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-equal args nil 'character t))
3696 (define-source-transform char-lessp (&rest args)
3697   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args nil 'character t))
3698 (define-source-transform char-greaterp (&rest args)
3699   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args nil 'character t))
3700 (define-source-transform char-not-greaterp (&rest args)
3701   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-greaterp args t 'character t))
3702 (define-source-transform char-not-lessp (&rest args)
3703   (multi-compare 'sb!impl::two-arg-char-lessp args t 'character t))
3704
3705 ;;; This function does source transformation of N-arg inequality
3706 ;;; functions such as /=. This is similar to MULTI-COMPARE in the <3
3707 ;;; arg cases. If there are more than two args, then we expand into
3708 ;;; the appropriate n^2 comparisons only when speed is important.
3709 (declaim (ftype (function (symbol list t) *) multi-not-equal))
3710 (defun multi-not-equal (predicate args type)
3711   (let ((nargs (length args)))
3712     (cond ((< nargs 1) (values nil t))
3713           ((= nargs 1) `(progn (the ,type ,@args) t))
3714           ((= nargs 2)
3715            `(if (,predicate ,(first args) ,(second args)) nil t))
3716           ((not (policy *lexenv*
3717                         (and (>= speed space)
3718                              (>= speed compilation-speed))))
3719            (values nil t))
3720           (t
3721            (let ((vars (make-gensym-list nargs)))
3722              (do ((var vars next)
3723                   (next (cdr vars) (cdr next))
3724                   (result t))
3725                  ((null next)
3726                   `((lambda ,vars (declare (type ,type ,@vars)) ,result)
3727                     ,@args))
3728                (let ((v1 (first var)))
3729                  (dolist (v2 next)
3730                    (setq result `(if (,predicate ,v1 ,v2) nil ,result))))))))))
3731
3732 (define-source-transform /= (&rest args)
3733   (multi-not-equal '= args 'number))
3734 (define-source-transform char/= (&rest args)
3735   (multi-not-equal 'char= args 'character))
3736 (define-source-transform char-not-equal (&rest args)
3737   (multi-not-equal 'char-equal args 'character))
3738
3739 ;;; Expand MAX and MIN into the obvious comparisons.
3740 (define-source-transform max (arg0 &rest rest)
3741   (once-only ((arg0 arg0))
3742     (if (null rest)
3743         `(values (the real ,arg0))
3744         `(let ((maxrest (max ,@rest)))
3745           (if (>= ,arg0 maxrest) ,arg0 maxrest)))))
3746 (define-source-transform min (arg0 &rest rest)
3747   (once-only ((arg0 arg0))
3748     (if (null rest)
3749         `(values (the real ,arg0))
3750         `(let ((minrest (min ,@rest)))
3751           (if (<= ,arg0 minrest) ,arg0 minrest)))))
3752 \f
3753 ;;;; converting N-arg arithmetic functions
3754 ;;;;
3755 ;;;; N-arg arithmetic and logic functions are associated into two-arg
3756 ;;;; versions, and degenerate cases are flushed.
3757
3758 ;;; Left-associate FIRST-ARG and MORE-ARGS using FUNCTION.
3759 (declaim (ftype (function (symbol t list) list) associate-args))
3760 (defun associate-args (function first-arg more-args)
3761   (let ((next (rest more-args))
3762         (arg (first more-args)))
3763     (if (null next)
3764         `(,function ,first-arg ,arg)
3765         (associate-args function `(,function ,first-arg ,arg) next))))
3766
3767 ;;; Do source transformations for transitive functions such as +.
3768 ;;; One-arg cases are replaced with the arg and zero arg cases with
3769 ;;; the identity.  ONE-ARG-RESULT-TYPE is, if non-NIL, the type to
3770 ;;; ensure (with THE) that the argument in one-argument calls is.
3771 (defun source-transform-transitive (fun args identity
3772                                     &optional one-arg-result-type)
3773   (declare (symbol fun) (list args))
3774   (case (length args)
3775     (0 identity)
3776     (1 (if one-arg-result-type
3777            `(values (the ,one-arg-result-type ,(first args)))
3778            `(values ,(first args))))
3779     (2 (values nil t))
3780     (t
3781      (associate-args fun (first args) (rest args)))))
3782
3783 (define-source-transform + (&rest args)
3784   (source-transform-transitive '+ args 0 'number))
3785 (define-source-transform * (&rest args)
3786   (source-transform-transitive '* args 1 'number))
3787 (define-source-transform logior (&rest args)
3788   (source-transform-transitive 'logior args 0 'integer))
3789 (define-source-transform logxor (&rest args)
3790   (source-transform-transitive 'logxor args 0 'integer))
3791 (define-source-transform logand (&rest args)
3792   (source-transform-transitive 'logand args -1 'integer))
3793 (define-source-transform logeqv (&rest args)
3794   (source-transform-transitive 'logeqv args -1 'integer))
3795
3796 ;;; Note: we can't use SOURCE-TRANSFORM-TRANSITIVE for GCD and LCM
3797 ;;; because when they are given one argument, they return its absolute
3798 ;;; value.
3799
3800 (define-source-transform gcd (&rest args)
3801   (case (length args)
3802     (0 0)
3803     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3804     (2 (values nil t))
3805     (t (associate-args 'gcd (first args) (rest args)))))
3806
3807 (define-source-transform lcm (&rest args)
3808   (case (length args)
3809     (0 1)
3810     (1 `(abs (the integer ,(first args))))
3811     (2 (values nil t))
3812     (t (associate-args 'lcm (first args) (rest args)))))
3813
3814 ;;; Do source transformations for intransitive n-arg functions such as
3815 ;;; /. With one arg, we form the inverse. With two args we pass.
3816 ;;; Otherwise we associate into two-arg calls.
3817 (declaim (ftype (function (symbol list t)
3818                           (values list &optional (member nil t)))
3819                 source-transform-intransitive))
3820 (defun source-transform-intransitive (function args inverse)
3821   (case (length args)
3822     ((0 2) (values nil t))
3823     (1 `(,@inverse ,(first args)))
3824     (t (associate-args function (first args) (rest args)))))
3825
3826 (define-source-transform - (&rest args)
3827   (source-transform-intransitive '- args '(%negate)))
3828 (define-source-transform / (&rest args)
3829   (source-transform-intransitive '/ args '(/ 1)))
3830 \f
3831 ;;;; transforming APPLY
3832
3833 ;;; We convert APPLY into MULTIPLE-VALUE-CALL so that the compiler
3834 ;;; only needs to understand one kind of variable-argument call. It is
3835 ;;; more efficient to convert APPLY to MV-CALL than MV-CALL to APPLY.
3836 (define-source-transform apply (fun arg &rest more-args)
3837   (let ((args (cons arg more-args)))
3838     `(multiple-value-call ,fun
3839        ,@(mapcar (lambda (x)
3840                    `(values ,x))
3841                  (butlast args))
3842        (values-list ,(car (last args))))))
3843 \f
3844 ;;;; transforming FORMAT
3845 ;;;;
3846 ;;;; If the control string is a compile-time constant, then replace it
3847 ;;;; with a use of the FORMATTER macro so that the control string is
3848 ;;;; ``compiled.'' Furthermore, if the destination is either a stream
3849 ;;;; or T and the control string is a function (i.e. FORMATTER), then
3850 ;;;; convert the call to FORMAT to just a FUNCALL of that function.
3851
3852 ;;; for compile-time argument count checking.
3853 ;;;
3854 ;;; FIXME II: In some cases, type information could be correlated; for
3855 ;;; instance, ~{ ... ~} requires a list argument, so if the lvar-type
3856 ;;; of a corresponding argument is known and does not intersect the
3857 ;;; list type, a warning could be signalled.
3858 (defun check-format-args (string args fun)
3859   (declare (type string string))
3860   (unless (typep string 'simple-string)
3861     (setq string (coerce string 'simple-string)))
3862   (multiple-value-bind (min max)
3863       (handler-case (sb!format:%compiler-walk-format-string string args)
3864         (sb!format:format-error (c)
3865           (compiler-warn "~A" c)))
3866     (when min
3867       (let ((nargs (length args)))
3868         (cond
3869           ((< nargs min)
3870            (warn 'format-too-few-args-warning
3871                  :format-control
3872                  "Too few arguments (~D) to ~S ~S: requires at least ~D."
3873                  :format-arguments (list nargs fun string min)))
3874           ((> nargs max)
3875            (warn 'format-too-many-args-warning
3876                  :format-control
3877                  "Too many arguments (~D) to ~S ~S: uses at most ~D."
3878                  :format-arguments (list nargs fun string max))))))))
3879
3880 (defoptimizer (format optimizer) ((dest control &rest args))
3881   (when (constant-lvar-p control)
3882     (let ((x (lvar-value control)))
3883       (when (stringp x)
3884         (check-format-args x args 'format)))))
3885
3886 ;;; We disable this transform in the cross-compiler to save memory in
3887 ;;; the target image; most of the uses of FORMAT in the compiler are for
3888 ;;; error messages, and those don't need to be particularly fast.
3889 #+sb-xc
3890 (deftransform format ((dest control &rest args) (t simple-string &rest t) *
3891                       :policy (>= speed space))
3892   (unless (constant-lvar-p control)
3893     (give-up-ir1-transform "The control string is not a constant."))
3894   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3895     `(lambda (dest control ,@arg-names)
3896        (declare (ignore control))
3897        (format dest (formatter ,(lvar-value control)) ,@arg-names))))
3898
3899 (deftransform format ((stream control &rest args) (stream function &rest t))
3900   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3901     `(lambda (stream control ,@arg-names)
3902        (funcall control stream ,@arg-names)
3903        nil)))
3904
3905 (deftransform format ((tee control &rest args) ((member t) function &rest t))
3906   (let ((arg-names (make-gensym-list (length args))))
3907     `(lambda (tee control ,@arg-names)
3908        (declare (ignore tee))
3909        (funcall control *standard-output* ,@arg-names)
3910        nil)))
3911
3912 (deftransform pathname ((pathspec) (pathname) *)
3913   'pathspec)
3914
3915 (deftransform pathname ((pathspec) (string) *)
3916   '(values (parse-namestring pathspec)))
3917
3918 (macrolet
3919     ((def (name)
3920          `(defoptimizer (,name optimizer) ((control &rest args))
3921             (when (constant-lvar-p control)
3922               (let ((x (lvar-value control)))
3923                 (when (stringp x)
3924                   (check-format-args x args ',name)))))))
3925   (def error)
3926   (def warn)
3927   #+sb-xc-host ; Only we should be using these
3928   (progn
3929     (def style-warn)
3930     (def compiler-error)
3931     (def compiler-warn)
3932     (def compiler-style-warn)
3933     (def compiler-notify)
3934     (def maybe-compiler-notify)
3935     (def bug)))
3936
3937 (defoptimizer (cerror optimizer) ((report control &rest args))
3938   (when (and (constant-lvar-p control)
3939              (constant-lvar-p report))
3940     (let ((x (lvar-value control))
3941           (y (lvar-value report)))
3942       (when (and (stringp x) (stringp y))
3943         (multiple-value-bind (min1 max1)
3944             (handler-case
3945                 (sb!format:%compiler-walk-format-string x args)
3946               (sb!format:format-error (c)
3947                 (compiler-warn "~A" c)))
3948           (when min1
3949             (multiple-value-bind (min2 max2)
3950                 (handler-case
3951                     (sb!format:%compiler-walk-format-string y args)
3952                   (sb!format:format-error (c)
3953                     (compiler-warn "~A" c)))
3954               (when min2
3955                 (let ((nargs (length args)))
3956                   (cond
3957                     ((< nargs (min min1 min2))
3958                      (warn 'format-too-few-args-warning
3959                            :format-control
3960                            "Too few arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
3961                             requires at least ~D."
3962                            :format-arguments
3963                            (list nargs 'cerror y x (min min1 min2))))
3964                     ((> nargs (max max1 max2))
3965                      (warn 'format-too-many-args-warning
3966                            :format-control
3967                            "Too many arguments (~D) to ~S ~S ~S: ~
3968                             uses at most ~D."
3969                            :format-arguments
3970                            (list nargs 'cerror y x (max max1 max2))))))))))))))
3971
3972 (defoptimizer (coerce derive-type) ((value type) node)
3973   (cond
3974     ((constant-lvar-p type)
3975      ;; This branch is essentially (RESULT-TYPE-SPECIFIER-NTH-ARG 2),
3976      ;; but dealing with the niggle that complex canonicalization gets
3977      ;; in the way: (COERCE 1 'COMPLEX) returns 1, which is not of
3978      ;; type COMPLEX.
3979      (let* ((specifier (lvar-value type))
3980             (result-typeoid (careful-specifier-type specifier)))
3981        (cond
3982          ((null result-typeoid) nil)
3983          ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'number))
3984           ;; the difficult case: we have to cope with ANSI 12.1.5.3
3985           ;; Rule of Canonical Representation for Complex Rationals,
3986           ;; which is a truly nasty delivery to field.
3987           (cond
3988             ((csubtypep result-typeoid (specifier-type 'real))
3989              ;; cleverness required here: it would be nice to deduce
3990              ;; that something of type (INTEGER 2 3) coerced to type
3991              ;; DOUBLE-FLOAT should return (DOUBLE-FLOAT 2.0d0 3.0d0).
3992              ;; FLOAT gets its own clause because it's implemented as
3993              ;; a UNION-TYPE, so we don't catch it in the NUMERIC-TYPE
3994              ;; logic below.
3995              result-typeoid)
3996             ((and (numeric-type-p result-typeoid)
3997                   (eq (numeric-type-complexp result-typeoid) :real))
3998              ;; FIXME: is this clause (a) necessary or (b) useful?
3999              result-typeoid)
4000             ((or (csubtypep result-typeoid
4001                             (specifier-type '(complex single-float)))
4002                  (csubtypep result-typeoid
4003                             (specifier-type '(complex double-float)))
4004                  #!+long-float
4005                  (csubtypep result-typeoid
4006                             (specifier-type '(complex long-float))))
4007              ;; float complex types are never canonicalized.
4008              result-typeoid)
4009             (t
4010              ;; if it's not a REAL, or a COMPLEX FLOAToid, it's
4011              ;; probably just a COMPLEX or equivalent.  So, in that
4012              ;; case, we will return a complex or an object of the
4013              ;; provided type if it's rational:
4014              (type-union result-typeoid
4015                          (type-intersection (lvar-type value)
4016                                             (specifier-type 'rational))))))
4017          ((and (policy node (zerop safety))
4018                (csubtypep result-typeoid (specifier-type '(array * (*)))))
4019           ;; At zero safety the deftransform for COERCE can elide dimension
4020           ;; checks for the things like (COERCE X '(SIMPLE-VECTOR 5)) -- so we
4021           ;; need to simplify the type to drop the dimension information.
4022           (let ((vtype (simplify-vector-type result-typeoid)))
4023             (if vtype
4024                 (specifier-type vtype)
4025                 result-typeoid)))
4026          (t
4027           result-typeoid))))
4028     (t
4029      ;; OK, the result-type argument isn't constant.  However, there
4030      ;; are common uses where we can still do better than just
4031      ;; *UNIVERSAL-TYPE*: e.g. (COERCE X (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y)),
4032      ;; where Y is of a known type.  See messages on cmucl-imp
4033      ;; 2001-02-14 and sbcl-devel 2002-12-12.  We only worry here
4034      ;; about types that can be returned by (ARRAY-ELEMENT-TYPE Y), on
4035      ;; the basis that it's unlikely that other uses are both
4036      ;; time-critical and get to this branch of the COND (non-constant
4037      ;; second argument to COERCE).  -- CSR, 2002-12-16
4038      (let ((value-type (lvar-type value))
4039            (type-type (lvar-type type)))
4040        (labels
4041            ((good-cons-type-p (cons-type)
4042               ;; Make sure the cons-type we're looking at is something
4043               ;; we're prepared to handle which is basically something
4044               ;; that array-element-type can return.
4045               (or (and (member-type-p cons-type)
4046                        (eql 1 (member-type-size cons-type))
4047                        (null (first (member-type-members cons-type))))
4048                   (let ((car-type (cons-type-car-type cons-type)))
4049                     (and (member-type-p car-type)
4050                          (eql 1 (member-type-members car-type))
4051                          (let ((elt (first (member-type-members car-type))))
4052                            (or (symbolp elt)
4053                                (numberp elt)
4054                                (and (listp elt)
4055                                     (numberp (first elt)))))
4056                          (good-cons-type-p (cons-type-cdr-type cons-type))))))
4057             (unconsify-type (good-cons-type)
4058               ;; Convert the "printed" respresentation of a cons
4059               ;; specifier into a type specifier.  That is, the
4060               ;; specifier (CONS (EQL SIGNED-BYTE) (CONS (EQL 16)
4061               ;; NULL)) is converted to (SIGNED-BYTE 16).
4062               (cond ((or (null good-cons-type)
4063                          (eq good-cons-type 'null))
4064                      nil)
4065                     ((and (eq (first good-cons-type) 'cons)
4066                           (eq (first (second good-cons-type)) 'member))
4067                      `(,(second (second good-cons-type))
4068                        ,@(unconsify-type (caddr good-cons-type))))))
4069             (coerceable-p (part)
4070               ;; Can the value be coerced to the given type?  Coerce is
4071               ;; complicated, so we don't handle every possible case
4072               ;; here---just the most common and easiest cases:
4073               ;;
4074               ;; * Any REAL can be coerced to a FLOAT type.
4075               ;; * Any NUMBER can be coerced to a (COMPLEX
4076               ;;   SINGLE/DOUBLE-FLOAT).
4077               ;;
4078               ;; FIXME I: we should also be able to deal with characters
4079               ;; here.
4080               ;;
4081               ;; FIXME II: I'm not sure that anything is necessary
4082               ;; here, at least while COMPLEX is not a specialized
4083               ;; array element type in the system.  Reasoning: if
4084               ;; something cannot be coerced to the requested type, an
4085               ;; error will be raised (and so any downstream compiled
4086               ;; code on the assumption of the returned type is
4087               ;; unreachable).  If something can, then it will be of
4088               ;; the requested type, because (by assumption) COMPLEX
4089               ;; (and other difficult types like (COMPLEX INTEGER)
4090               ;; aren't specialized types.
4091               (let ((coerced-type (careful-specifier-type part)))
4092                 (when coerced-type
4093                   (or (and (csubtypep coerced-type (specifier-type 'float))
4094                            (csubtypep value-type (specifier-type 'real)))
4095                       (and (csubtypep coerced-type
4096                                       (specifier-type `(or (complex single-float)
4097                                                            (complex double-float))))
4098                           (csubtypep value-type (specifier-type 'number)))))))
4099             (process-types (type)
4100               ;; FIXME: This needs some work because we should be able
4101               ;; to derive the resulting type better than just the
4102               ;; type arg of coerce.  That is, if X is (INTEGER 10
4103               ;; 20), then (COERCE X 'DOUBLE-FLOAT) should say
4104               ;; (DOUBLE-FLOAT 10d0 20d0) instead of just
4105               ;; double-float.
4106               (cond ((member-type-p type)
4107                      (block punt
4108                        (let (members)
4109                          (mapc-member-type-members
4110                           (lambda (member)
4111                             (if (coerceable-p member)
4112                                 (push member members)
4113                                 (return-from punt *universal-type*)))
4114                           type)
4115                          (specifier-type `(or ,@members)))))
4116                     ((and (cons-type-p type)
4117                           (good-cons-type-p type))
4118                      (let ((c-type (unconsify-type (type-specifier type))))
4119                        (if (coerceable-p c-type)
4120                            (specifier-type c-type)
4121                            *universal-type*)))
4122                     (t
4123                      *universal-type*))))
4124          (cond ((union-type-p type-type)
4125                 (apply #'type-union (mapcar #'process-types
4126                                             (union-type-types type-type))))
4127                ((or (member-type-p type-type)
4128                     (cons-type-p type-type))
4129                 (process-types type-type))
4130                (t
4131                 *universal-type*)))))))
4132
4133 (defoptimizer (compile derive-type) ((nameoid function))
4134   (when (csubtypep (lvar-type nameoid)
4135                    (specifier-type 'null))
4136     (values-specifier-type '(values function boolean boolean))))
4137
4138 ;;; FIXME: Maybe also STREAM-ELEMENT-TYPE should be given some loving
4139 ;;; treatment along these lines? (See discussion in COERCE DERIVE-TYPE
4140 ;;; optimizer, above).
4141 (defoptimizer (array-element-type derive-type) ((array))
4142   (let ((array-type (lvar-type array)))
4143     (labels ((consify (list)
4144               (if (endp list)
4145                   '(eql nil)
4146                   `(cons (eql ,(car list)) ,(consify (rest list)))))
4147             (get-element-type (a)
4148               (let ((element-type
4149                      (type-specifier (array-type-specialized-element-type a))))
4150                 (cond ((eq element-type '*)
4151                        (specifier-type 'type-specifier))
4152                       ((symbolp element-type)
4153                        (make-member-type :members (list element-type)))
4154                       ((consp element-type)
4155                        (specifier-type (consify element-type)))
4156                       (t
4157                        (error "can't understand type ~S~%" element-type))))))
4158       (labels ((recurse (type)
4159                   (cond ((array-type-p type)
4160                          (get-element-type type))
4161                         ((union-type-p type)
4162                          (apply #'type-union
4163                                 (mapcar #'recurse (union-type-types type))))
4164                         (t
4165                          *universal-type*))))
4166         (recurse array-type)))))
4167
4168 (define-source-transform sb!impl::sort-vector (vector start end predicate key)
4169   ;; Like CMU CL, we use HEAPSORT. However, other than that, this code
4170   ;; isn't really related to the CMU CL code, since instead of trying
4171   ;; to generalize the CMU CL code to allow START and END values, this
4172   ;; code has been written from scratch following Chapter 7 of
4173   ;; _Introduction to Algorithms_ by Corman, Rivest, and Shamir.
4174   `(macrolet ((%index (x) `(truly-the index ,x))
4175               (%parent (i) `(ash ,i -1))
4176               (%left (i) `(%index (ash ,i 1)))
4177               (%right (i) `(%index (1+ (ash ,i 1))))
4178               (%heapify (i)
4179                `(do* ((i ,i)
4180                       (left (%left i) (%left i)))
4181                  ((> left current-heap-size))
4182                  (declare (type index i left))
4183                  (let* ((i-elt (%elt i))
4184                         (i-key (funcall keyfun i-elt))
4185                         (left-elt (%elt left))
4186                         (left-key (funcall keyfun left-elt)))
4187                    (multiple-value-bind (large large-elt large-key)
4188                        (if (funcall ,',predicate i-key left-key)
4189                            (values left left-elt left-key)
4190                            (values i i-elt i-key))
4191                      (let ((right (%right i)))
4192                        (multiple-value-bind (largest largest-elt)
4193                            (if (> right current-heap-size)
4194                                (values large large-elt)
4195                                (let* ((right-elt (%elt right))
4196                                       (right-key (funcall keyfun right-elt)))
4197                                  (if (funcall ,',predicate large-key right-key)
4198                                      (values right right-elt)
4199                                      (values large large-elt))))
4200                          (cond ((= largest i)
4201                                 (return))
4202                                (t
4203                                 (setf (%elt i) largest-elt
4204                                       (%elt largest) i-elt
4205                                       i largest)))))))))
4206               (%sort-vector (keyfun &optional (vtype 'vector))
4207                `(macrolet (;; KLUDGE: In SBCL ca. 0.6.10, I had
4208                            ;; trouble getting type inference to
4209                            ;; propagate all the way through this
4210                            ;; tangled mess of inlining. The TRULY-THE
4211                            ;; here works around that. -- WHN
4212                            (%elt (i)
4213                             `(aref (truly-the ,',vtype ,',',vector)
4214                               (%index (+ (%index ,i) start-1)))))
4215                  (let (;; Heaps prefer 1-based addressing.
4216                        (start-1 (1- ,',start))
4217                        (current-heap-size (- ,',end ,',start))
4218                        (keyfun ,keyfun))
4219                    (declare (type (integer -1 #.(1- sb!xc:most-positive-fixnum))
4220                                   start-1))
4221                    (declare (type index current-heap-size))
4222                    (declare (type function keyfun))
4223                    (loop for i of-type index
4224                          from (ash current-heap-size -1) downto 1 do
4225                          (%heapify i))
4226                    (loop
4227                     (when (< current-heap-size 2)
4228                       (return))
4229                     (rotatef (%elt 1) (%elt current-heap-size))
4230                     (decf current-heap-size)
4231                     (%heapify 1))))))
4232     (if (typep ,vector 'simple-vector)
4233         ;; (VECTOR T) is worth optimizing for, and SIMPLE-VECTOR is
4234         ;; what we get from (VECTOR T) inside WITH-ARRAY-DATA.
4235         (if (null ,key)
4236             ;; Special-casing the KEY=NIL case lets us avoid some
4237             ;; function calls.
4238             (%sort-vector #'identity simple-vector)
4239             (%sort-vector ,key simple-vector))
4240         ;; It's hard to anticipate many speed-critical applications for
4241         ;; sorting vector types other than (VECTOR T), so we just lump
4242         ;; them all together in one slow dynamically typed mess.
4243         (locally
4244           (declare (optimize (speed 2) (space 2) (inhibit-warnings 3)))
4245           (%sort-vector (or ,key #'identity))))))
4246 \f
4247 ;;;; debuggers' little helpers
4248
4249 ;;; for debugging when transforms are behaving mysteriously,
4250 ;;; e.g. when debugging a problem with an ASH transform
4251 ;;;   (defun foo (&optional s)
4252 ;;;     (sb-c::/report-lvar s "S outside WHEN")
4253 ;;;     (when (and (integerp s) (> s 3))
4254 ;;;       (sb-c::/report-lvar s "S inside WHEN")
4255 ;;;       (let ((bound (ash 1 (1- s))))
4256 ;;;         (sb-c::/report-lvar bound "BOUND")
4257 ;;;         (let ((x (- bound))
4258 ;;;               (y (1- bound)))
4259 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "X")
4260 ;;;           (sb-c::/report-lvar x "Y"))
4261 ;;;         `(integer ,(- bound) ,(1- bound)))))
4262 ;;; (The DEFTRANSFORM doesn't do anything but report at compile time,
4263 ;;; and the function doesn't do anything at all.)
4264 #!+sb-show
4265 (progn
4266   (defknown /report-lvar (t t) null)
4267   (deftransform /report-lvar ((x message) (t t))
4268     (format t "~%/in /REPORT-LVAR~%")
4269     (format t "/(LVAR-TYPE X)=~S~%" (lvar-type x))
4270     (when (constant-lvar-p x)
4271       (format t "/(LVAR-VALUE X)=~S~%" (lvar-value x)))
4272     (format t "/MESSAGE=~S~%" (lvar-value message))
4273     (give-up-ir1-transform "not a real transform"))
4274   (defun /report-lvar (x message)
4275     (declare (ignore x message))))
4276
4277 \f
4278 ;;;; Transforms for internal compiler utilities
4279
4280 ;;; If QUALITY-NAME is constant and a valid name, don't bother
4281 ;;; checking that it's still valid at run-time.
4282 (deftransform policy-quality ((policy quality-name)
4283                               (t symbol))
4284   (unless (and (constant-lvar-p quality-name)
4285                (policy-quality-name-p (lvar-value quality-name)))
4286     (give-up-ir1-transform))
4287   '(%policy-quality policy quality-name))