src/compiler/x86/arith.lisp

   1 ;;;; the VM definition arithmetic VOPs for the x86
   2
   3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
   4 ;;;; more information.
   5 ;;;;
   6 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
   7 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
   8 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
   9 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
  10 ;;;; files for more information.
  11
  12 (in-package "SB!VM")
  13 \f
  14 ;;;; unary operations
  15
  16 (define-vop (fast-safe-arith-op)
  17   (:policy :fast-safe)
  18   (:effects)
  19   (:affected))
  20
  21 (define-vop (fixnum-unop fast-safe-arith-op)
  22   (:args (x :scs (any-reg) :target res))
  23   (:results (res :scs (any-reg)))
  24   (:note "inline fixnum arithmetic")
  25   (:arg-types tagged-num)
  26   (:result-types tagged-num))
  27
  28 (define-vop (signed-unop fast-safe-arith-op)
  29   (:args (x :scs (signed-reg) :target res))
  30   (:results (res :scs (signed-reg)))
  31   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
  32   (:arg-types signed-num)
  33   (:result-types signed-num))
  34
  35 (define-vop (fast-negate/fixnum fixnum-unop)
  36   (:translate %negate)
  37   (:generator 1
  38     (move res x)
  39     (inst neg res)))
  40
  41 (define-vop (fast-negate/signed signed-unop)
  42   (:translate %negate)
  43   (:generator 2
  44     (move res x)
  45     (inst neg res)))
  46
  47 (define-vop (fast-lognot/fixnum fixnum-unop)
  48   (:translate lognot)
  49   (:generator 2
  50     (move res x)
  51     (inst xor res (fixnumize -1))))
  52
  53 (define-vop (fast-lognot/signed signed-unop)
  54   (:translate lognot)
  55   (:generator 1
  56     (move res x)
  57     (inst not res)))
  58 \f
  59 ;;;; binary fixnum operations
  60
  61 ;;; Assume that any constant operand is the second arg...
  62
  63 (define-vop (fast-fixnum-binop fast-safe-arith-op)
  64   (:args (x :target r :scs (any-reg)
  65             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
  66                                (sc-is y any-reg)
  67                                (sc-is r control-stack)
  68                                (location= x r))))
  69          (y :scs (any-reg control-stack)))
  70   (:arg-types tagged-num tagged-num)
  71   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)
  72                :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
  73                                   (sc-is y any-reg)
  74                                   (sc-is r control-stack)
  75                                   (location= x r)))))
  76   (:result-types tagged-num)
  77   (:note "inline fixnum arithmetic"))
  78
  79 (define-vop (fast-unsigned-binop fast-safe-arith-op)
  80   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg)
  81             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
  82                                (sc-is y unsigned-reg)
  83                                (sc-is r unsigned-stack)
  84                                (location= x r))))
  85          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
  86   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
  87   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
  88             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
  89                                (sc-is y unsigned-reg)
  90                                (sc-is r unsigned-stack)
  91                                (location= x r)))))
  92   (:result-types unsigned-num)
  93   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic"))
  94
  95 (define-vop (fast-signed-binop fast-safe-arith-op)
  96   (:args (x :target r :scs (signed-reg)
  97             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
  98                                (sc-is y signed-reg)
  99                                (sc-is r signed-stack)
 100                                (location= x r))))
 101          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 102   (:arg-types signed-num signed-num)
 103   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 104             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 105                                (sc-is y signed-reg)
 106                                (sc-is r signed-stack)
 107                                (location= x r)))))
 108   (:result-types signed-num)
 109   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic"))
 110
 111 (define-vop (fast-fixnum-binop-c fast-safe-arith-op)
 112   (:args (x :target r :scs (any-reg control-stack)))
 113   (:info y)
 114   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
 115   (:results (r :scs (any-reg)
 116                :load-if (not (location= x r))))
 117   (:result-types tagged-num)
 118   (:note "inline fixnum arithmetic"))
 119
 120 (define-vop (fast-unsigned-binop-c fast-safe-arith-op)
 121   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 122   (:info y)
 123   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 124   (:results (r :scs (unsigned-reg)
 125                :load-if (not (location= x r))))
 126   (:result-types unsigned-num)
 127   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic"))
 128
 129 (define-vop (fast-signed-binop-c fast-safe-arith-op)
 130   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 131   (:info y)
 132   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 133   (:results (r :scs (signed-reg)
 134                :load-if (not (location= x r))))
 135   (:result-types signed-num)
 136   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic"))
 137
 138 (macrolet ((define-binop (translate untagged-penalty op)
 139              `(progn
 140                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/FIXNUM=>FIXNUM")
 141                              fast-fixnum-binop)
 142                   (:translate ,translate)
 143                   (:generator 2
 144                               (move r x)
 145                               (inst ,op r y)))
 146                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/fixnum=>fixnum)
 147                              fast-fixnum-binop-c)
 148                   (:translate ,translate)
 149                   (:generator 1
 150                   (move r x)
 151                   (inst ,op r (fixnumize y))))
 152                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/SIGNED=>SIGNED")
 153                              fast-signed-binop)
 154                   (:translate ,translate)
 155                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 156                   (move r x)
 157                   (inst ,op r y)))
 158                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/signed=>signed)
 159                              fast-signed-binop-c)
 160                   (:translate ,translate)
 161                   (:generator ,untagged-penalty
 162                   (move r x)
 163                   (inst ,op r y)))
 164                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-"
 165                                            translate
 166                                            "/UNSIGNED=>UNSIGNED")
 167                 fast-unsigned-binop)
 168                   (:translate ,translate)
 169                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 170                   (move r x)
 171                   (inst ,op r y)))
 172                 (define-vop (,(symbolicate 'fast-
 173                                            translate
 174                                            '-c/unsigned=>unsigned)
 175                              fast-unsigned-binop-c)
 176                   (:translate ,translate)
 177                   (:generator ,untagged-penalty
 178                   (move r x)
 179                   (inst ,op r y))))))
 180
 181   ;;(define-binop + 4 add)
 182   (define-binop - 4 sub)
 183   (define-binop logand 2 and)
 184   (define-binop logior 2 or)
 185   (define-binop logxor 2 xor))
 186
 187 ;;; Special handling of add on the x86; can use lea to avoid a
 188 ;;; register load, otherwise it uses add.
 189 (define-vop (fast-+/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 190   (:translate +)
 191   (:args (x :scs (any-reg) :target r
 192             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 193                                (sc-is y any-reg)
 194                                (sc-is r control-stack)
 195                                (location= x r))))
 196          (y :scs (any-reg control-stack)))
 197   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 198   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 199                :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 200                                   (sc-is y any-reg)
 201                                   (sc-is r control-stack)
 202                                   (location= x r)))))
 203   (:result-types tagged-num)
 204   (:note "inline fixnum arithmetic")
 205   (:generator 2
 206     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is y any-reg) (sc-is r any-reg)
 207                 (not (location= x r)))
 208            (inst lea r (make-ea :dword :base x :index y :scale 1)))
 209           (t
 210            (move r x)
 211            (inst add r y)))))
 212
 213 (define-vop (fast-+-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 214   (:translate +)
 215   (:args (x :target r :scs (any-reg control-stack)))
 216   (:info y)
 217   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
 218   (:results (r :scs (any-reg)
 219                :load-if (not (location= x r))))
 220   (:result-types tagged-num)
 221   (:note "inline fixnum arithmetic")
 222   (:generator 1
 223     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is r any-reg) (not (location= x r)))
 224            (inst lea r (make-ea :dword :base x :disp (fixnumize y))))
 225           (t
 226            (move r x)
 227            (inst add r (fixnumize y))))))
 228
 229 (define-vop (fast-+/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 230   (:translate +)
 231   (:args (x :scs (signed-reg) :target r
 232             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 233                                (sc-is y signed-reg)
 234                                (sc-is r signed-stack)
 235                                (location= x r))))
 236          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 237   (:arg-types signed-num signed-num)
 238   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 239                :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 240                                   (sc-is y signed-reg)
 241                                   (location= x r)))))
 242   (:result-types signed-num)
 243   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 244   (:generator 5
 245     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is y signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 246                 (not (location= x r)))
 247            (inst lea r (make-ea :dword :base x :index y :scale 1)))
 248           (t
 249            (move r x)
 250            (inst add r y)))))
 251
 252
 253 ;;;; Special logand cases: (logand signed unsigned) => unsigned
 254
 255 (define-vop (fast-logand/signed-unsigned=>unsigned
 256              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 257   (:args (x :target r :scs (signed-reg)
 258             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 259                                (sc-is y unsigned-reg)
 260                                (sc-is r unsigned-stack)
 261                                (location= x r))))
 262          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 263   (:arg-types signed-num unsigned-num))
 264
 265 (define-vop (fast-logand-c/signed-unsigned=>unsigned
 266              fast-logand-c/unsigned=>unsigned)
 267   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 268   (:arg-types signed-num (:constant (unsigned-byte 32))))
 269
 270 (define-vop (fast-logand/unsigned-signed=>unsigned
 271              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 272   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg)
 273             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 274                                (sc-is y signed-reg)
 275                                (sc-is r unsigned-stack)
 276                                (location= x r))))
 277          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 278   (:arg-types unsigned-num signed-num))
 279 \f
 280
 281 (define-vop (fast-+-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 282   (:translate +)
 283   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 284   (:info y)
 285   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 286   (:results (r :scs (signed-reg)
 287                :load-if (not (location= x r))))
 288   (:result-types signed-num)
 289   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 290   (:generator 4
 291     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 292                 (not (location= x r)))
 293            (inst lea r (make-ea :dword :base x :disp y)))
 294           (t
 295            (move r x)
 296            (if (= y 1)
 297                (inst inc r)
 298              (inst add r y))))))
 299
 300 (define-vop (fast-+/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 301   (:translate +)
 302   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target r
 303             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 304                                (sc-is y unsigned-reg)
 305                                (sc-is r unsigned-stack)
 306                                (location= x r))))
 307          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 308   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 309   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 310                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 311                                   (sc-is y unsigned-reg)
 312                                   (sc-is r unsigned-stack)
 313                                   (location= x r)))))
 314   (:result-types unsigned-num)
 315   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 316   (:generator 5
 317     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is y unsigned-reg)
 318                 (sc-is r unsigned-reg) (not (location= x r)))
 319            (inst lea r (make-ea :dword :base x :index y :scale 1)))
 320           (t
 321            (move r x)
 322            (inst add r y)))))
 323
 324 (define-vop (fast-+-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 325   (:translate +)
 326   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 327   (:info y)
 328   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 329   (:results (r :scs (unsigned-reg)
 330                :load-if (not (location= x r))))
 331   (:result-types unsigned-num)
 332   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 333   (:generator 4
 334     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is r unsigned-reg)
 335                 (not (location= x r)))
 336            (inst lea r (make-ea :dword :base x :disp y)))
 337           (t
 338            (move r x)
 339            (if (= y 1)
 340                (inst inc r)
 341              (inst add r y))))))
 342 \f
 343 ;;;; multiplication and division
 344
 345 (define-vop (fast-*/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 346   (:translate *)
 347   ;; We need different loading characteristics.
 348   (:args (x :scs (any-reg) :target r)
 349          (y :scs (any-reg control-stack)))
 350   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 351   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)))
 352   (:result-types tagged-num)
 353   (:note "inline fixnum arithmetic")
 354   (:generator 4
 355     (move r x)
 356     (inst sar r 2)
 357     (inst imul r y)))
 358
 359 (define-vop (fast-*-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 360   (:translate *)
 361   ;; We need different loading characteristics.
 362   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
 363   (:info y)
 364   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
 365   (:results (r :scs (any-reg)))
 366   (:result-types tagged-num)
 367   (:note "inline fixnum arithmetic")
 368   (:generator 3
 369     (inst imul r x y)))
 370
 371 (define-vop (fast-*/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 372   (:translate *)
 373   ;; We need different loading characteristics.
 374   (:args (x :scs (signed-reg) :target r)
 375          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 376   (:arg-types signed-num signed-num)
 377   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 378   (:result-types signed-num)
 379   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 380   (:generator 5
 381     (move r x)
 382     (inst imul r y)))
 383
 384 (define-vop (fast-*-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 385   (:translate *)
 386   ;; We need different loading characteristics.
 387   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
 388   (:info y)
 389   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 390   (:results (r :scs (signed-reg)))
 391   (:result-types signed-num)
 392   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 393   (:generator 4
 394     (inst imul r x y)))
 395
 396 (define-vop (fast-*/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 397   (:translate *)
 398   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 399          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 400   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 401   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target result
 402                    :from (:argument 0) :to :result) eax)
 403   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset
 404                    :from :eval :to :result) edx)
 405   (:ignore edx)
 406   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
 407   (:result-types unsigned-num)
 408   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 409   (:vop-var vop)
 410   (:save-p :compute-only)
 411   (:generator 6
 412     (move eax x)
 413     (inst mul eax y)
 414     (move result eax)))
 415
 416
 417 (define-vop (fast-truncate/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 418   (:translate truncate)
 419   (:args (x :scs (any-reg) :target eax)
 420          (y :scs (any-reg control-stack)))
 421   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 422   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 423                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 424   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 425                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 426   (:results (quo :scs (any-reg))
 427             (rem :scs (any-reg)))
 428   (:result-types tagged-num tagged-num)
 429   (:note "inline fixnum arithmetic")
 430   (:vop-var vop)
 431   (:save-p :compute-only)
 432   (:generator 31
 433     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 434       (if (sc-is y any-reg)
 435           (inst test y y)  ; smaller instruction
 436           (inst cmp y 0))
 437       (inst jmp :eq zero))
 438     (move eax x)
 439     (inst cdq)
 440     (inst idiv eax y)
 441     (if (location= quo eax)
 442         (inst shl eax 2)
 443         (inst lea quo (make-ea :dword :index eax :scale 4)))
 444     (move rem edx)))
 445
 446 (define-vop (fast-truncate-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 447   (:translate truncate)
 448   (:args (x :scs (any-reg) :target eax))
 449   (:info y)
 450   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
 451   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 452                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 453   (:temporary (:sc any-reg :offset edx-offset :target rem
 454                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 455   (:temporary (:sc any-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 456   (:results (quo :scs (any-reg))
 457             (rem :scs (any-reg)))
 458   (:result-types tagged-num tagged-num)
 459   (:note "inline fixnum arithmetic")
 460   (:vop-var vop)
 461   (:save-p :compute-only)
 462   (:generator 30
 463     (move eax x)
 464     (inst cdq)
 465     (inst mov y-arg (fixnumize y))
 466     (inst idiv eax y-arg)
 467     (if (location= quo eax)
 468         (inst shl eax 2)
 469         (inst lea quo (make-ea :dword :index eax :scale 4)))
 470     (move rem edx)))
 471
 472 (define-vop (fast-truncate/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 473   (:translate truncate)
 474   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 475          (y :scs (unsigned-reg signed-stack)))
 476   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 477   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 478                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 479   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 480                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 481   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 482             (rem :scs (unsigned-reg)))
 483   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 484   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 485   (:vop-var vop)
 486   (:save-p :compute-only)
 487   (:generator 33
 488     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 489       (if (sc-is y unsigned-reg)
 490           (inst test y y)  ; smaller instruction
 491           (inst cmp y 0))
 492       (inst jmp :eq zero))
 493     (move eax x)
 494     (inst xor edx edx)
 495     (inst div eax y)
 496     (move quo eax)
 497     (move rem edx)))
 498
 499 (define-vop (fast-truncate-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 500   (:translate truncate)
 501   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax))
 502   (:info y)
 503   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 504   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 505                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 506   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 507                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 508   (:temporary (:sc unsigned-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 509   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 510             (rem :scs (unsigned-reg)))
 511   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 512   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 513   (:vop-var vop)
 514   (:save-p :compute-only)
 515   (:generator 32
 516     (move eax x)
 517     (inst xor edx edx)
 518     (inst mov y-arg y)
 519     (inst div eax y-arg)
 520     (move quo eax)
 521     (move rem edx)))
 522
 523 (define-vop (fast-truncate/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 524   (:translate truncate)
 525   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax)
 526          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 527   (:arg-types signed-num signed-num)
 528   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 529                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 530   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 531                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 532   (:results (quo :scs (signed-reg))
 533             (rem :scs (signed-reg)))
 534   (:result-types signed-num signed-num)
 535   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 536   (:vop-var vop)
 537   (:save-p :compute-only)
 538   (:generator 33
 539     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 540       (if (sc-is y signed-reg)
 541           (inst test y y)  ; smaller instruction
 542           (inst cmp y 0))
 543       (inst jmp :eq zero))
 544     (move eax x)
 545     (inst cdq)
 546     (inst idiv eax y)
 547     (move quo eax)
 548     (move rem edx)))
 549
 550 (define-vop (fast-truncate-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 551   (:translate truncate)
 552   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax))
 553   (:info y)
 554   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 555   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 556                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 557   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 558                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 559   (:temporary (:sc signed-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 560   (:results (quo :scs (signed-reg))
 561             (rem :scs (signed-reg)))
 562   (:result-types signed-num signed-num)
 563   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 564   (:vop-var vop)
 565   (:save-p :compute-only)
 566   (:generator 32
 567     (move eax x)
 568     (inst cdq)
 569     (inst mov y-arg y)
 570     (inst idiv eax y-arg)
 571     (move quo eax)
 572     (move rem edx)))
 573
 574
 575 \f
 576 ;;;; Shifting
 577 (define-vop (fast-ash-c/fixnum=>fixnum)
 578   (:translate ash)
 579   (:policy :fast-safe)
 580   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 581                  :load-if (not (and (sc-is number any-reg control-stack)
 582                                     (sc-is result any-reg control-stack)
 583                                     (location= number result)))))
 584   (:info amount)
 585   (:arg-types tagged-num (:constant integer))
 586   (:results (result :scs (any-reg)
 587                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 588                                        (sc-is result control-stack)
 589                                        (location= number result)))))
 590   (:result-types tagged-num)
 591   (:note "inline ASH")
 592   (:generator 2
 593     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 594            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 2)))
 595           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 596            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 4)))
 597           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 598            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 8)))
 599           (t
 600            (move result number)
 601            (cond ((plusp amount)
 602                   ;; We don't have to worry about overflow because of the
 603                   ;; result type restriction.
 604                   (inst shl result amount))
 605                  (t
 606                   ;; If the amount is greater than 31, only shift by 31. We
 607                   ;; have to do this because the shift instructions only look
 608                   ;; at the low five bits of the result.
 609                   (inst sar result (min 31 (- amount)))
 610                   ;; Fixnum correction.
 611                   (inst and result #xfffffffc)))))))
 612
 613 (define-vop (fast-ash-left/fixnum=>fixnum)
 614   (:translate ash)
 615   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 616                  :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 617                                     (sc-is result control-stack)
 618                                     (location= number result))))
 619          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 620   (:arg-types tagged-num positive-fixnum)
 621   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 622   (:results (result :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 623                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 624                                        (sc-is result control-stack)
 625                                        (location= number result)))))
 626   (:result-types tagged-num)
 627   (:policy :fast-safe)
 628   (:note "inline ASH")
 629   (:generator 3
 630     (move result number)
 631     (move ecx amount)
 632     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 633     (inst shl result :cl)))
 634
 635 (define-vop (fast-ash-c/signed=>signed)
 636   (:translate ash)
 637   (:policy :fast-safe)
 638   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 639                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 640                                     (sc-is result signed-stack)
 641                                     (location= number result)))))
 642   (:info amount)
 643   (:arg-types signed-num (:constant integer))
 644   (:results (result :scs (signed-reg)
 645                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 646                                        (sc-is result signed-stack)
 647                                        (location= number result)))))
 648   (:result-types signed-num)
 649   (:note "inline ASH")
 650   (:generator 3
 651     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 652            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 2)))
 653           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 654            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 4)))
 655           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 656            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 8)))
 657           (t
 658            (move result number)
 659            (cond ((plusp amount) (inst shl result amount))
 660                  (t (inst sar result (min 31 (- amount)))))))))
 661
 662 (define-vop (fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
 663   (:translate ash)
 664   (:policy :fast-safe)
 665   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 666                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 667                                     (sc-is result unsigned-stack)
 668                                     (location= number result)))))
 669   (:info amount)
 670   (:arg-types unsigned-num (:constant integer))
 671   (:results (result :scs (unsigned-reg)
 672                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 673                                        (sc-is result unsigned-stack)
 674                                        (location= number result)))))
 675   (:result-types unsigned-num)
 676   (:note "inline ASH")
 677   (:generator 3
 678     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 679            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 2)))
 680           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 681            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 4)))
 682           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 683            (inst lea result (make-ea :dword :index number :scale 8)))
 684           (t
 685            (move result number)
 686            (cond ((plusp amount) (inst shl result amount))
 687                  ((< amount -31) (inst xor result result))
 688                  (t (inst shr result (- amount))))))))
 689
 690 (define-vop (fast-ash-left/signed=>signed)
 691   (:translate ash)
 692   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 693                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 694                                     (sc-is result signed-stack)
 695                                     (location= number result))))
 696          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 697   (:arg-types signed-num positive-fixnum)
 698   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 699   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 700                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 701                                        (sc-is result signed-stack)
 702                                        (location= number result)))))
 703   (:result-types signed-num)
 704   (:policy :fast-safe)
 705   (:note "inline ASH")
 706   (:generator 4
 707     (move result number)
 708     (move ecx amount)
 709     (inst shl result :cl)))
 710
 711 (define-vop (fast-ash-left/unsigned=>unsigned)
 712   (:translate ash)
 713   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 714                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 715                                     (sc-is result unsigned-stack)
 716                                     (location= number result))))
 717          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 718   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
 719   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 720   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 721                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 722                                        (sc-is result unsigned-stack)
 723                                        (location= number result)))))
 724   (:result-types unsigned-num)
 725   (:policy :fast-safe)
 726   (:note "inline ASH")
 727   (:generator 4
 728     (move result number)
 729     (move ecx amount)
 730     (inst shl result :cl)))
 731
 732 (define-vop (fast-ash/signed=>signed)
 733   (:translate ash)
 734   (:policy :fast-safe)
 735   (:args (number :scs (signed-reg) :target result)
 736          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 737   (:arg-types signed-num signed-num)
 738   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 739   (:result-types signed-num)
 740   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 741   (:note "inline ASH")
 742   (:generator 5
 743     (move result number)
 744     (move ecx amount)
 745     (inst or ecx ecx)
 746     (inst jmp :ns positive)
 747     (inst neg ecx)
 748     (inst cmp ecx 31)
 749     (inst jmp :be okay)
 750     (inst mov ecx 31)
 751     OKAY
 752     (inst sar result :cl)
 753     (inst jmp done)
 754
 755     POSITIVE
 756     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 757     (inst shl result :cl)
 758
 759     DONE))
 760
 761 (define-vop (fast-ash/unsigned=>unsigned)
 762   (:translate ash)
 763   (:policy :fast-safe)
 764   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 765          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 766   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 767   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 768   (:result-types unsigned-num)
 769   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 770   (:note "inline ASH")
 771   (:generator 5
 772     (move result number)
 773     (move ecx amount)
 774     (inst or ecx ecx)
 775     (inst jmp :ns positive)
 776     (inst neg ecx)
 777     (inst cmp ecx 31)
 778     (inst jmp :be okay)
 779     (inst xor result result)
 780     (inst jmp done)
 781     OKAY
 782     (inst shr result :cl)
 783     (inst jmp done)
 784
 785     POSITIVE
 786     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 787     (inst shl result :cl)
 788
 789     DONE))
 790
 791 ;;; FIXME: before making knowledge of this too public, it needs to be
 792 ;;; fixed so that it's actually _faster_ than the non-CMOV version; at
 793 ;;; least on my Celeron-XXX laptop, this version is marginally slower
 794 ;;; than the above version with branches.  -- CSR, 2003-09-04
 795 (define-vop (fast-cmov-ash/unsigned=>unsigned)
 796   (:translate ash)
 797   (:policy :fast-safe)
 798   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 799          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 800   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 801   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 802   (:result-types unsigned-num)
 803   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 804   (:temporary (:sc any-reg :from (:eval 0) :to (:eval 1)) zero)
 805   (:note "inline ASH")
 806   (:guard (member :cmov *backend-subfeatures*))
 807   (:generator 4
 808     (move result number)
 809     (move ecx amount)
 810     (inst or ecx ecx)
 811     (inst jmp :ns positive)
 812     (inst neg ecx)
 813     (inst xor zero zero)
 814     (inst shr result :cl)
 815     (inst cmp ecx 31)
 816     (inst cmov :nbe result zero)
 817     (inst jmp done)
 818
 819     POSITIVE
 820     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 821     (inst shl result :cl)
 822
 823     DONE))
 824 \f
 825 ;;; Note: documentation for this function is wrong - rtfm
 826 (define-vop (signed-byte-32-len)
 827   (:translate integer-length)
 828   (:note "inline (signed-byte 32) integer-length")
 829   (:policy :fast-safe)
 830   (:args (arg :scs (signed-reg) :target res))
 831   (:arg-types signed-num)
 832   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 833   (:result-types unsigned-num)
 834   (:generator 28
 835     (move res arg)
 836     (inst cmp res 0)
 837     (inst jmp :ge POS)
 838     (inst not res)
 839     POS
 840     (inst bsr res res)
 841     (inst jmp :z zero)
 842     (inst inc res)
 843     (inst jmp done)
 844     ZERO
 845     (inst xor res res)
 846     DONE))
 847
 848 (define-vop (unsigned-byte-32-len)
 849   (:translate integer-length)
 850   (:note "inline (unsigned-byte 32) integer-length")
 851   (:policy :fast-safe)
 852   (:args (arg :scs (unsigned-reg)))
 853   (:arg-types unsigned-num)
 854   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 855   (:result-types unsigned-num)
 856   (:generator 26
 857     (inst bsr res arg)
 858     (inst jmp :z zero)
 859     (inst inc res)
 860     (inst jmp done)
 861     ZERO
 862     (inst xor res res)
 863     DONE))
 864
 865 (define-vop (unsigned-byte-32-count)
 866   (:translate logcount)
 867   (:note "inline (unsigned-byte 32) logcount")
 868   (:policy :fast-safe)
 869   (:args (arg :scs (unsigned-reg)))
 870   (:arg-types unsigned-num)
 871   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
 872   (:result-types positive-fixnum)
 873   (:temporary (:sc unsigned-reg :from (:argument 0)) temp)
 874   (:generator 30
 875     (move result arg)
 876
 877     (inst mov temp result)
 878     (inst shr temp 1)
 879     (inst and result #x55555555)
 880     (inst and temp #x55555555)
 881     (inst add result temp)
 882
 883     (inst mov temp result)
 884     (inst shr temp 2)
 885     (inst and result #x33333333)
 886     (inst and temp #x33333333)
 887     (inst add result temp)
 888
 889     (inst mov temp result)
 890     (inst shr temp 4)
 891     (inst and result #x0f0f0f0f)
 892     (inst and temp #x0f0f0f0f)
 893     (inst add result temp)
 894
 895     (inst mov temp result)
 896     (inst shr temp 8)
 897     (inst and result #x00ff00ff)
 898     (inst and temp #x00ff00ff)
 899     (inst add result temp)
 900
 901     (inst mov temp result)
 902     (inst shr temp 16)
 903     (inst and result #x0000ffff)
 904     (inst and temp #x0000ffff)
 905     (inst add result temp)))
 906 \f
 907 ;;;; binary conditional VOPs
 908
 909 (define-vop (fast-conditional)
 910   (:conditional)
 911   (:info target not-p)
 912   (:effects)
 913   (:affected)
 914   (:policy :fast-safe))
 915
 916 (define-vop (fast-conditional/fixnum fast-conditional)
 917   (:args (x :scs (any-reg)
 918             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 919                                (sc-is y any-reg))))
 920          (y :scs (any-reg control-stack)))
 921   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 922   (:note "inline fixnum comparison"))
 923
 924 (define-vop (fast-conditional-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
 925   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
 926   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
 927   (:info target not-p y))
 928
 929 (define-vop (fast-conditional/signed fast-conditional)
 930   (:args (x :scs (signed-reg)
 931             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 932                                (sc-is y signed-reg))))
 933          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 934   (:arg-types signed-num signed-num)
 935   (:note "inline (signed-byte 32) comparison"))
 936
 937 (define-vop (fast-conditional-c/signed fast-conditional/signed)
 938   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
 939   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 940   (:info target not-p y))
 941
 942 (define-vop (fast-conditional/unsigned fast-conditional)
 943   (:args (x :scs (unsigned-reg)
 944             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 945                                (sc-is y unsigned-reg))))
 946          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 947   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 948   (:note "inline (unsigned-byte 32) comparison"))
 949
 950 (define-vop (fast-conditional-c/unsigned fast-conditional/unsigned)
 951   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 952   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 953   (:info target not-p y))
 954
 955
 956 (macrolet ((define-conditional-vop (tran cond unsigned not-cond not-unsigned)
 957              `(progn
 958                 ,@(mapcar
 959                    (lambda (suffix cost signed)
 960                      `(define-vop (;; FIXME: These could be done more
 961                                    ;; cleanly with SYMBOLICATE.
 962                                    ,(intern (format nil "~:@(FAST-IF-~A~A~)"
 963                                                     tran suffix))
 964                                    ,(intern
 965                                      (format nil "~:@(FAST-CONDITIONAL~A~)"
 966                                              suffix)))
 967                         (:translate ,tran)
 968                         (:generator ,cost
 969                                     (inst cmp x
 970                                           ,(if (eq suffix '-c/fixnum)
 971                                                '(fixnumize y)
 972                                                'y))
 973                                     (inst jmp (if not-p
 974                                                   ,(if signed
 975                                                        not-cond
 976                                                        not-unsigned)
 977                                                   ,(if signed
 978                                                        cond
 979                                                        unsigned))
 980                                           target))))
 981                    '(/fixnum -c/fixnum /signed -c/signed /unsigned -c/unsigned)
 982                    '(4 3 6 5 6 5)
 983                    '(t t t t nil nil)))))
 984
 985   (define-conditional-vop < :l :b :ge :ae)
 986   (define-conditional-vop > :g :a :le :be))
 987
 988 (define-vop (fast-if-eql/signed fast-conditional/signed)
 989   (:translate eql)
 990   (:generator 6
 991     (inst cmp x y)
 992     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
 993
 994 (define-vop (fast-if-eql-c/signed fast-conditional-c/signed)
 995   (:translate eql)
 996   (:generator 5
 997     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (zerop y))
 998            (inst test x x))  ; smaller instruction
 999           (t
1000            (inst cmp x y)))
1001     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1002
1003 (define-vop (fast-if-eql/unsigned fast-conditional/unsigned)
1004   (:translate eql)
1005   (:generator 6
1006     (inst cmp x y)
1007     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1008
1009 (define-vop (fast-if-eql-c/unsigned fast-conditional-c/unsigned)
1010   (:translate eql)
1011   (:generator 5
1012     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (zerop y))
1013            (inst test x x))  ; smaller instruction
1014           (t
1015            (inst cmp x y)))
1016     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1017
1018 ;;; EQL/FIXNUM is funny because the first arg can be of any type, not just a
1019 ;;; known fixnum.
1020
1021 ;;; These versions specify a fixnum restriction on their first arg. We have
1022 ;;; also generic-eql/fixnum VOPs which are the same, but have no restriction on
1023 ;;; the first arg and a higher cost. The reason for doing this is to prevent
1024 ;;; fixnum specific operations from being used on word integers, spuriously
1025 ;;; consing the argument.
1026
1027 (define-vop (fast-eql/fixnum fast-conditional)
1028   (:args (x :scs (any-reg)
1029             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1030                                (sc-is y any-reg))))
1031          (y :scs (any-reg control-stack)))
1032   (:arg-types tagged-num tagged-num)
1033   (:note "inline fixnum comparison")
1034   (:translate eql)
1035   (:generator 4
1036     (inst cmp x y)
1037     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1038 (define-vop (generic-eql/fixnum fast-eql/fixnum)
1039   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg)
1040             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1041                                (sc-is y any-reg))))
1042          (y :scs (any-reg control-stack)))
1043   (:arg-types * tagged-num)
1044   (:variant-cost 7))
1045
1046 (define-vop (fast-eql-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
1047   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
1048   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 30)))
1049   (:info target not-p y)
1050   (:translate eql)
1051   (:generator 2
1052     (cond ((and (sc-is x any-reg) (zerop y))
1053            (inst test x x))  ; smaller instruction
1054           (t
1055            (inst cmp x (fixnumize y))))
1056     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1057 (define-vop (generic-eql-c/fixnum fast-eql-c/fixnum)
1058   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg control-stack)))
1059   (:arg-types * (:constant (signed-byte 30)))
1060   (:variant-cost 6))
1061 \f
1062 ;;;; 32-bit logical operations
1063
1064 (define-vop (merge-bits)
1065   (:translate merge-bits)
1066   (:args (shift :scs (signed-reg unsigned-reg) :target ecx)
1067          (prev :scs (unsigned-reg) :target result)
1068          (next :scs (unsigned-reg)))
1069   (:arg-types tagged-num unsigned-num unsigned-num)
1070   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 0)) ecx)
1071   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 1)))
1072   (:result-types unsigned-num)
1073   (:policy :fast-safe)
1074   (:generator 4
1075     (move ecx shift)
1076     (move result prev)
1077     (inst shrd result next :cl)))
1078
1079 (define-source-transform 32bit-logical-not (x)
1080   `(logand (lognot (the (unsigned-byte 32) ,x)) #.(1- (ash 1 32))))
1081
1082 (deftransform 32bit-logical-and ((x y))
1083   '(logand x y))
1084
1085 (define-source-transform 32bit-logical-nand (x y)
1086   `(32bit-logical-not (32bit-logical-and ,x ,y)))
1087
1088 (deftransform 32bit-logical-or ((x y))
1089   '(logior x y))
1090
1091 (define-source-transform 32bit-logical-nor (x y)
1092   `(32bit-logical-not (32bit-logical-or ,x ,y)))
1093
1094 (deftransform 32bit-logical-xor ((x y))
1095   '(logxor x y))
1096
1097 (define-source-transform 32bit-logical-eqv (x y)
1098   `(32bit-logical-not (32bit-logical-xor ,x ,y)))
1099
1100 (define-source-transform 32bit-logical-orc1 (x y)
1101   `(32bit-logical-or (32bit-logical-not ,x) ,y))
1102
1103 (define-source-transform 32bit-logical-orc2 (x y)
1104   `(32bit-logical-or ,x (32bit-logical-not ,y)))
1105
1106 (define-source-transform 32bit-logical-andc1 (x y)
1107   `(32bit-logical-and (32bit-logical-not ,x) ,y))
1108
1109 (define-source-transform 32bit-logical-andc2 (x y)
1110   `(32bit-logical-and ,x (32bit-logical-not ,y)))
1111
1112 ;;; Only the lower 5 bits of the shift amount are significant.
1113 (define-vop (shift-towards-someplace)
1114   (:policy :fast-safe)
1115   (:args (num :scs (unsigned-reg) :target r)
1116          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
1117   (:arg-types unsigned-num tagged-num)
1118   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1119   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
1120   (:result-types unsigned-num))
1121
1122 (define-vop (shift-towards-start shift-towards-someplace)
1123   (:translate shift-towards-start)
1124   (:note "SHIFT-TOWARDS-START")
1125   (:generator 1
1126     (move r num)
1127     (move ecx amount)
1128     (inst shr r :cl)))
1129
1130 (define-vop (shift-towards-end shift-towards-someplace)
1131   (:translate shift-towards-end)
1132   (:note "SHIFT-TOWARDS-END")
1133   (:generator 1
1134     (move r num)
1135     (move ecx amount)
1136     (inst shl r :cl)))
1137 \f
1138 ;;;; Modular functions
1139
1140 (define-modular-fun +-mod32 (x y) + 32)
1141 (define-vop (fast-+-mod32/unsigned=>unsigned fast-+/unsigned=>unsigned)
1142   (:translate +-mod32))
1143 (define-vop (fast-+-mod32-c/unsigned=>unsigned fast-+-c/unsigned=>unsigned)
1144   (:translate +-mod32))
1145 (define-modular-fun --mod32 (x y) - 32)
1146 (define-vop (fast---mod32/unsigned=>unsigned fast--/unsigned=>unsigned)
1147   (:translate --mod32))
1148 (define-vop (fast---mod32-c/unsigned=>unsigned fast---c/unsigned=>unsigned)
1149   (:translate --mod32))
1150
1151 (define-vop (fast-ash-left-mod32-c/unsigned=>unsigned
1152              fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
1153   (:translate ash-left-mod32))
1154
1155 ;;; logical operations
1156 (define-modular-fun lognot-mod32 (x) lognot 32)
1157 (define-vop (lognot-mod32/unsigned=>unsigned)
1158   (:translate lognot-mod32)
1159   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target r
1160             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1161                                (sc-is r unsigned-stack)
1162                                (location= x r)))))
1163   (:arg-types unsigned-num)
1164   (:results (r :scs (unsigned-reg)
1165                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1166                                   (sc-is r unsigned-stack)
1167                                   (location= x r)))))
1168   (:result-types unsigned-num)
1169   (:policy :fast-safe)
1170   (:generator 1
1171     (move r x)
1172     (inst not r)))
1173
1174 (define-modular-fun logxor-mod32 (x y) logxor 32)
1175 (define-vop (fast-logxor-mod32/unsigned=>unsigned
1176              fast-logxor/unsigned=>unsigned)
1177   (:translate logxor-mod32))
1178 (define-vop (fast-logxor-mod32-c/unsigned=>unsigned
1179              fast-logxor-c/unsigned=>unsigned)
1180   (:translate logxor-mod32))
1181
1182 (define-source-transform logeqv (&rest args)
1183   (if (oddp (length args))
1184       `(logxor ,@args)
1185       `(lognot (logxor ,@args))))
1186 (define-source-transform logandc1 (x y)
1187   `(logand (lognot ,x) ,y))
1188 (define-source-transform logandc2 (x y)
1189   `(logand ,x (lognot ,y)))
1190 (define-source-transform logorc1 (x y)
1191   `(logior (lognot ,x) ,y))
1192 (define-source-transform logorc2 (x y)
1193   `(logior ,x (lognot ,y)))
1194 (define-source-transform lognor (x y)
1195   `(lognot (logior ,x ,y)))
1196 (define-source-transform lognand (x y)
1197   `(lognot (logand ,x ,y)))
1198 \f
1199 ;;;; bignum stuff
1200
1201 (define-vop (bignum-length get-header-data)
1202   (:translate sb!bignum::%bignum-length)
1203   (:policy :fast-safe))
1204
1205 (define-vop (bignum-set-length set-header-data)
1206   (:translate sb!bignum::%bignum-set-length)
1207   (:policy :fast-safe))
1208
1209 (define-full-reffer bignum-ref * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1210   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum::%bignum-ref)
1211
1212 (define-full-setter bignum-set * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1213   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum::%bignum-set)
1214
1215 (define-vop (digit-0-or-plus)
1216   (:translate sb!bignum::%digit-0-or-plusp)
1217   (:policy :fast-safe)
1218   (:args (digit :scs (unsigned-reg)))
1219   (:arg-types unsigned-num)
1220   (:conditional)
1221   (:info target not-p)
1222   (:generator 3
1223     (inst or digit digit)
1224     (inst jmp (if not-p :s :ns) target)))
1225
1226
1227 ;;; For add and sub with carry the sc of carry argument is any-reg so
1228 ;;; the it may be passed as a fixnum or word and thus may be 0, 1, or
1229 ;;; 4. This is easy to deal with and may save a fixnum-word
1230 ;;; conversion.
1231 (define-vop (add-w/carry)
1232   (:translate sb!bignum::%add-with-carry)
1233   (:policy :fast-safe)
1234   (:args (a :scs (unsigned-reg) :target result)
1235          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :eval)
1236          (c :scs (any-reg) :target temp))
1237   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1238   (:temporary (:sc any-reg :from (:argument 2) :to :eval) temp)
1239   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0))
1240             (carry :scs (unsigned-reg)))
1241   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1242   (:generator 4
1243     (move result a)
1244     (move temp c)
1245     (inst neg temp) ; Set the carry flag to 0 if c=0 else to 1
1246     (inst adc result b)
1247     (inst mov carry 0)
1248     (inst adc carry carry)))
1249
1250 ;;; Note: the borrow is the oppostite of the x86 convention - 1 for no
1251 ;;; borrow and 0 for a borrow.
1252 (define-vop (sub-w/borrow)
1253   (:translate sb!bignum::%subtract-with-borrow)
1254   (:policy :fast-safe)
1255   (:args (a :scs (unsigned-reg) :to :eval :target result)
1256          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :result)
1257          (c :scs (any-reg control-stack)))
1258   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1259   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from :eval)
1260             (borrow :scs (unsigned-reg)))
1261   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1262   (:generator 5
1263     (inst cmp c 1) ; Set the carry flag to 1 if c=0 else to 0
1264     (move result a)
1265     (inst sbb result b)
1266     (inst mov borrow 0)
1267     (inst adc borrow borrow)
1268     (inst xor borrow 1)))
1269
1270
1271 (define-vop (bignum-mult-and-add-3-arg)
1272   (:translate sb!bignum::%multiply-and-add)
1273   (:policy :fast-safe)
1274   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1275          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1276          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1277   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1278   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1279                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1280   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1281                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1282   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1283             (lo :scs (unsigned-reg)))
1284   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1285   (:generator 20
1286     (move eax x)
1287     (inst mul eax y)
1288     (inst add eax carry-in)
1289     (inst adc edx 0)
1290     (move hi edx)
1291     (move lo eax)))
1292
1293 (define-vop (bignum-mult-and-add-4-arg)
1294   (:translate sb!bignum::%multiply-and-add)
1295   (:policy :fast-safe)
1296   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1297          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1298          (prev :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1299          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1300   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1301   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1302                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1303   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1304                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1305   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1306             (lo :scs (unsigned-reg)))
1307   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1308   (:generator 20
1309     (move eax x)
1310     (inst mul eax y)
1311     (inst add eax prev)
1312     (inst adc edx 0)
1313     (inst add eax carry-in)
1314     (inst adc edx 0)
1315     (move hi edx)
1316     (move lo eax)))
1317
1318
1319 (define-vop (bignum-mult)
1320   (:translate sb!bignum::%multiply)
1321   (:policy :fast-safe)
1322   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1323          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1324   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
1325   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1326                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1327   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1328                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1329   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1330             (lo :scs (unsigned-reg)))
1331   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1332   (:generator 20
1333     (move eax x)
1334     (inst mul eax y)
1335     (move hi edx)
1336     (move lo eax)))
1337
1338 (define-vop (bignum-lognot lognot-mod32/unsigned=>unsigned)
1339   (:translate sb!bignum::%lognot))
1340
1341 (define-vop (fixnum-to-digit)
1342   (:translate sb!bignum::%fixnum-to-digit)
1343   (:policy :fast-safe)
1344   (:args (fixnum :scs (any-reg control-stack) :target digit))
1345   (:arg-types tagged-num)
1346   (:results (digit :scs (unsigned-reg)
1347                    :load-if (not (and (sc-is fixnum control-stack)
1348                                       (sc-is digit unsigned-stack)
1349                                       (location= fixnum digit)))))
1350   (:result-types unsigned-num)
1351   (:generator 1
1352     (move digit fixnum)
1353     (inst sar digit 2)))
1354
1355 (define-vop (bignum-floor)
1356   (:translate sb!bignum::%floor)
1357   (:policy :fast-safe)
1358   (:args (div-high :scs (unsigned-reg) :target edx)
1359          (div-low :scs (unsigned-reg) :target eax)
1360          (divisor :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1361   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1362   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 1)
1363                    :to (:result 0) :target quo) eax)
1364   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 0)
1365                    :to (:result 1) :target rem) edx)
1366   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
1367             (rem :scs (unsigned-reg)))
1368   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1369   (:generator 300
1370     (move edx div-high)
1371     (move eax div-low)
1372     (inst div eax divisor)
1373     (move quo eax)
1374     (move rem edx)))
1375
1376 (define-vop (signify-digit)
1377   (:translate sb!bignum::%fixnum-digit-with-correct-sign)
1378   (:policy :fast-safe)
1379   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target res))
1380   (:arg-types unsigned-num)
1381   (:results (res :scs (any-reg signed-reg)
1382                  :load-if (not (and (sc-is digit unsigned-stack)
1383                                     (sc-is res control-stack signed-stack)
1384                                     (location= digit res)))))
1385   (:result-types signed-num)
1386   (:generator 1
1387     (move res digit)
1388     (when (sc-is res any-reg control-stack)
1389       (inst shl res 2))))
1390
1391 (define-vop (digit-ashr)
1392   (:translate sb!bignum::%ashr)
1393   (:policy :fast-safe)
1394   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target result)
1395          (count :scs (unsigned-reg) :target ecx))
1396   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
1397   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1398   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
1399                     :load-if (not (and (sc-is result unsigned-stack)
1400                                        (location= digit result)))))
1401   (:result-types unsigned-num)
1402   (:generator 1
1403     (move result digit)
1404     (move ecx count)
1405     (inst sar result :cl)))
1406
1407 (define-vop (digit-lshr digit-ashr)
1408   (:translate sb!bignum::%digit-logical-shift-right)
1409   (:generator 1
1410     (move result digit)
1411     (move ecx count)
1412     (inst shr result :cl)))
1413
1414 (define-vop (digit-ashl digit-ashr)
1415   (:translate sb!bignum::%ashl)
1416   (:generator 1
1417     (move result digit)
1418     (move ecx count)
1419     (inst shl result :cl)))
1420 \f
1421 ;;;; static functions
1422
1423 (define-static-fun two-arg-/ (x y) :translate /)
1424
1425 (define-static-fun two-arg-gcd (x y) :translate gcd)
1426 (define-static-fun two-arg-lcm (x y) :translate lcm)
1427
1428 (define-static-fun two-arg-and (x y) :translate logand)
1429 (define-static-fun two-arg-ior (x y) :translate logior)
1430 (define-static-fun two-arg-xor (x y) :translate logxor)
1431
1432 \f
1433 ;;; Support for the Mersenne Twister, MT19937, random number generator
1434 ;;; due to Matsumoto and Nishimura.
1435 ;;;
1436 ;;; Makoto Matsumoto and T. Nishimura, "Mersenne twister: A
1437 ;;; 623-dimensionally equidistributed uniform pseudorandom number
1438 ;;; generator.", ACM Transactions on Modeling and Computer Simulation,
1439 ;;; 1997, to appear.
1440 ;;;
1441 ;;; State:
1442 ;;;  0-1:   Constant matrix A. [0, #x9908b0df] (not used here)
1443 ;;;  2:     Index; init. to 1.
1444 ;;;  3-626: State.
1445 (defknown random-mt19937 ((simple-array (unsigned-byte 32) (*)))
1446   (unsigned-byte 32) ())
1447 (define-vop (random-mt19937)
1448   (:policy :fast-safe)
1449   (:translate random-mt19937)
1450   (:args (state :scs (descriptor-reg) :to :result))
1451   (:arg-types simple-array-unsigned-byte-32)
1452   (:temporary (:sc unsigned-reg :from (:eval 0) :to :result) k)
1453   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset
1454                    :from (:eval 0) :to :result) tmp)
1455   (:results (y :scs (unsigned-reg) :from (:eval 0)))
1456   (:result-types unsigned-num)
1457   (:generator 50
1458     (inst mov k (make-ea :dword :base state
1459                          :disp (- (* (+ 2 vector-data-offset)
1460                                      n-word-bytes)
1461                                   other-pointer-lowtag)))
1462     (inst cmp k 624)
1463     (inst jmp :ne no-update)
1464     (inst mov tmp state)        ; The state is passed in EAX.
1465     (inst call (make-fixup 'random-mt19937-update :assembly-routine))
1466     ;; Restore k, and set to 0.
1467     (inst xor k k)
1468     NO-UPDATE
1469     ;; y = ptgfsr[k++];
1470     (inst mov y (make-ea :dword :base state :index k :scale 4
1471                          :disp (- (* (+ 3 vector-data-offset)
1472                                      n-word-bytes)
1473                                   other-pointer-lowtag)))
1474     ;; y ^= (y >> 11);
1475     (inst shr y 11)
1476     (inst xor y (make-ea :dword :base state :index k :scale 4
1477                          :disp (- (* (+ 3 vector-data-offset)
1478                                      n-word-bytes)
1479                                   other-pointer-lowtag)))
1480     ;; y ^= (y << 7) & #x9d2c5680
1481     (inst mov tmp y)
1482     (inst inc k)
1483     (inst shl tmp 7)
1484     (inst mov (make-ea :dword :base state
1485                        :disp (- (* (+ 2 vector-data-offset)
1486                                    n-word-bytes)
1487                                 other-pointer-lowtag))
1488           k)
1489     (inst and tmp #x9d2c5680)
1490     (inst xor y tmp)
1491     ;; y ^= (y << 15) & #xefc60000
1492     (inst mov tmp y)
1493     (inst shl tmp 15)
1494     (inst and tmp #xefc60000)
1495     (inst xor y tmp)
1496     ;; y ^= (y >> 18);
1497     (inst mov tmp y)
1498     (inst shr tmp 18)
1499     (inst xor y tmp)))
1500
1501 (in-package "SB!C")
1502
1503 (defknown %lea ((or (signed-byte 32) (unsigned-byte 32))
1504                 (or (signed-byte 32) (unsigned-byte 32))
1505                 (member 1 2 4 8) (signed-byte 32))
1506   (or (signed-byte 32) (unsigned-byte 32))
1507   (foldable flushable))
1508
1509 (defoptimizer (%lea derive-type) ((base index scale disp))
1510   (when (and (constant-lvar-p scale)
1511              (constant-lvar-p disp))
1512     (let ((scale (lvar-value scale))
1513           (disp (lvar-value disp))
1514           (base-type (lvar-type base))
1515           (index-type (lvar-type index)))
1516       (when (and (numeric-type-p base-type)
1517                  (numeric-type-p index-type))
1518         (let ((base-lo (numeric-type-low base-type))
1519               (base-hi (numeric-type-high base-type))
1520               (index-lo (numeric-type-low index-type))
1521               (index-hi (numeric-type-high index-type)))
1522           (make-numeric-type :class 'integer
1523                              :complexp :real
1524                              :low (when (and base-lo index-lo)
1525                                     (+ base-lo (* index-lo scale) disp))
1526                              :high (when (and base-hi index-hi)
1527                                      (+ base-hi (* index-hi scale) disp))))))))
1528
1529 (defun %lea (base index scale disp)
1530   (+ base (* index scale) disp))
1531
1532 (in-package "SB!VM")
1533
1534 (define-vop (%lea/unsigned=>unsigned)
1535   (:translate %lea)
1536   (:policy :fast-safe)
1537   (:args (base :scs (unsigned-reg))
1538          (index :scs (unsigned-reg)))
1539   (:info scale disp)
1540   (:arg-types unsigned-num unsigned-num
1541               (:constant (member 1 2 4 8))
1542               (:constant (signed-byte 32)))
1543   (:results (r :scs (unsigned-reg)))
1544   (:result-types unsigned-num)
1545   (:generator 5
1546     (inst lea r (make-ea :dword :base base :index index
1547                          :scale scale :disp disp))))
1548
1549 (define-vop (%lea/signed=>signed)
1550   (:translate %lea)
1551   (:policy :fast-safe)
1552   (:args (base :scs (signed-reg))
1553          (index :scs (signed-reg)))
1554   (:info scale disp)
1555   (:arg-types signed-num signed-num
1556               (:constant (member 1 2 4 8))
1557               (:constant (signed-byte 32)))
1558   (:results (r :scs (signed-reg)))
1559   (:result-types signed-num)
1560   (:generator 4
1561     (inst lea r (make-ea :dword :base base :index index
1562                          :scale scale :disp disp))))
1563
1564 (define-vop (%lea/fixnum=>fixnum)
1565   (:translate %lea)
1566   (:policy :fast-safe)
1567   (:args (base :scs (any-reg))
1568          (index :scs (any-reg)))
1569   (:info scale disp)
1570   (:arg-types tagged-num tagged-num
1571               (:constant (member 1 2 4 8))
1572               (:constant (signed-byte 32)))
1573   (:results (r :scs (any-reg)))
1574   (:result-types tagged-num)
1575   (:generator 3
1576     (inst lea r (make-ea :dword :base base :index index
1577                          :scale scale :disp disp))))
1578
1579 (in-package "SB!C")
1580
1581 ;;; This is essentially a straight implementation of the algorithm in
1582 ;;; "Strength Reduction of Multiplications by Integer Constants",
1583 ;;; Youfeng Wu, ACM SIGPLAN Notices, Vol. 30, No.2, February 1995.
1584 (defun basic-decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
1585   (case (aref condensed 0)
1586     (0
1587      (let ((tmp (min 3 (aref condensed 1))))
1588        (decf (aref condensed 1) tmp)
1589        `(logand #xffffffff
1590          (%lea ,arg
1591                ,(decompose-multiplication
1592                  arg (ash (1- num) (- tmp)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
1593                ,(ash 1 tmp) 0))))
1594     ((1 2 3)
1595      (let ((r0 (aref condensed 0)))
1596        (incf (aref condensed 1) r0)
1597        `(logand #xffffffff
1598          (%lea ,(decompose-multiplication
1599                  arg (- num (ash 1 r0)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
1600                ,arg
1601                ,(ash 1 r0) 0))))
1602     (t (let ((r0 (aref condensed 0)))
1603          (setf (aref condensed 0) 0)
1604          `(logand #xffffffff
1605            (ash ,(decompose-multiplication
1606                   arg (ash num (- r0)) n-bits condensed)
1607                 ,r0))))))
1608
1609 (defun decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
1610   (cond
1611     ((= n-bits 0) 0)
1612     ((= num 1) arg)
1613     ((= n-bits 1)
1614      `(logand #xffffffff (ash ,arg ,(1- (integer-length num)))))
1615     ((let ((max 0) (end 0))
1616        (loop for i from 2 to (length condensed)
1617              for j = (reduce #'+ (subseq condensed 0 i))
1618              when (and (> (- (* 2 i) 3 j) max)
1619                        (< (+ (ash 1 (1+ j))
1620                              (ash (ldb (byte (- 32 (1+ j)) (1+ j)) num)
1621                                   (1+ j)))
1622                           (ash 1 32)))
1623                do (setq max (- (* 2 i) 3 j)
1624                         end i))
1625        (when (> max 0)
1626          (let ((j (reduce #'+ (subseq condensed 0 end))))
1627            (let ((n2 (+ (ash 1 (1+ j))
1628                         (ash (ldb (byte (- 32 (1+ j)) (1+ j)) num) (1+ j))))
1629                  (n1 (1+ (ldb (byte (1+ j) 0) (lognot num)))))
1630            `(logand #xffffffff
1631              (- ,(optimize-multiply arg n2) ,(optimize-multiply arg n1))))))))
1632     ((dolist (i '(9 5 3))
1633        (when (integerp (/ num i))
1634          (when (< (logcount (/ num i)) (logcount num))
1635            (let ((x (gensym)))
1636              (return `(let ((,x ,(optimize-multiply arg (/ num i))))
1637                        (logand #xffffffff
1638                         (%lea ,x ,x (1- ,i) 0)))))))))
1639     (t (basic-decompose-multiplication arg num n-bits condensed))))
1640
1641 (defun optimize-multiply (arg x)
1642   (let* ((n-bits (logcount x))
1643          (condensed (make-array n-bits)))
1644     (let ((count 0) (bit 0))
1645       (dotimes (i 32)
1646         (cond ((logbitp i x)
1647                (setf (aref condensed bit) count)
1648                (setf count 1)
1649                (incf bit))
1650               (t (incf count)))))
1651     (decompose-multiplication arg x n-bits condensed)))
1652
1653 (deftransform * ((x y)
1654                  ((unsigned-byte 32) (constant-arg (unsigned-byte 32)))
1655                  (unsigned-byte 32))
1656   "recode as leas, shifts and adds"
1657   (let ((y (lvar-value y)))
1658     (cond
1659       ((= y (ash 1 (integer-length y)))
1660        ;; there's a generic transform for y = 2^k
1661        (give-up-ir1-transform))
1662       ((member y '(3 5 9))
1663        ;; we can do these multiplications directly using LEA
1664        `(%lea x x ,(1- y) 0))
1665       ((member :pentium4 *backend-subfeatures*)
1666        ;; the pentium4's multiply unit is reportedly very good
1667        (give-up-ir1-transform))
1668       ;; FIXME: should make this more fine-grained.  If nothing else,
1669       ;; there should probably be a cutoff of about 9 instructions on
1670       ;; pentium-class machines.
1671       (t (optimize-multiply 'x y)))))
1672
1673 ;;; FIXME: we should also be able to write an optimizer or two to
1674 ;;; convert (+ (* x 2) 17), (- (* x 9) 5) to a %LEA.