src/compiler/x86-64/arith.lisp

   1 ;;;; the VM definition of arithmetic VOPs for the x86-64
   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 64) 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 1
  50     (move res x)
  51     (inst xor res (fixnumize -1))))
  52
  53 (define-vop (fast-lognot/signed signed-unop)
  54   (:translate lognot)
  55   (:generator 2
  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 64) 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 64) 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 29)))
 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 ;; 31 not 64 because it's hard work loading 64 bit constants, and since
 121 ;; sign-extension of immediates causes problems with 32.
 122 (define-vop (fast-unsigned-binop-c fast-safe-arith-op)
 123   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 124   (:info y)
 125   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 31)))
 126   (:results (r :scs (unsigned-reg)
 127                :load-if (not (location= x r))))
 128   (:result-types unsigned-num)
 129   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic"))
 130
 131 (define-vop (fast-signed-binop-c fast-safe-arith-op)
 132   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 133   (:info y)
 134   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 135   (:results (r :scs (signed-reg)
 136                :load-if (not (location= x r))))
 137   (:result-types signed-num)
 138   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic"))
 139
 140 (macrolet ((define-binop (translate untagged-penalty op)
 141              `(progn
 142                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/FIXNUM=>FIXNUM")
 143                              fast-fixnum-binop)
 144                   (:translate ,translate)
 145                   (:generator 2
 146                               (move r x)
 147                               (inst ,op r y)))
 148                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/fixnum=>fixnum)
 149                              fast-fixnum-binop-c)
 150                   (:translate ,translate)
 151                   (:generator 1
 152                   (move r x)
 153                   (inst ,op r (fixnumize y))))
 154                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/SIGNED=>SIGNED")
 155                              fast-signed-binop)
 156                   (:translate ,translate)
 157                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 158                   (move r x)
 159                   (inst ,op r y)))
 160                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/signed=>signed)
 161                              fast-signed-binop-c)
 162                   (:translate ,translate)
 163                   (:generator ,untagged-penalty
 164                   (move r x)
 165                   (inst ,op r y)))
 166                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-"
 167                                            translate
 168                                            "/UNSIGNED=>UNSIGNED")
 169                 fast-unsigned-binop)
 170                   (:translate ,translate)
 171                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 172                   (move r x)
 173                   (inst ,op r y)))
 174                 (define-vop (,(symbolicate 'fast-
 175                                            translate
 176                                            '-c/unsigned=>unsigned)
 177                              fast-unsigned-binop-c)
 178                   (:translate ,translate)
 179                   (:generator ,untagged-penalty
 180                   (move r x)
 181                   (inst ,op r y))))))
 182
 183   ;;(define-binop + 4 add)
 184   (define-binop - 4 sub)
 185   (define-binop logand 2 and)
 186   (define-binop logior 2 or)
 187   (define-binop logxor 2 xor))
 188
 189 ;;; Special handling of add on the x86; can use lea to avoid a
 190 ;;; register load, otherwise it uses add.
 191 (define-vop (fast-+/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 192   (:translate +)
 193   (:args (x :scs (any-reg) :target r
 194             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 195                                (sc-is y any-reg)
 196                                (sc-is r control-stack)
 197                                (location= x r))))
 198          (y :scs (any-reg control-stack)))
 199   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 200   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 201                :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 202                                   (sc-is y any-reg)
 203                                   (sc-is r control-stack)
 204                                   (location= x r)))))
 205   (:result-types tagged-num)
 206   (:note "inline fixnum arithmetic")
 207   (:generator 2
 208     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is y any-reg) (sc-is r any-reg)
 209                 (not (location= x r)))
 210            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 211           (t
 212            (move r x)
 213            (inst add r y)))))
 214
 215 (define-vop (fast-+-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 216   (:translate +)
 217   (:args (x :target r :scs (any-reg control-stack)))
 218   (:info y)
 219   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 220   (:results (r :scs (any-reg)
 221                :load-if (not (location= x r))))
 222   (:result-types tagged-num)
 223   (:note "inline fixnum arithmetic")
 224   (:generator 1
 225     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is r any-reg) (not (location= x r)))
 226            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp (fixnumize y))))
 227           (t
 228            (move r x)
 229            (inst add r (fixnumize y))))))
 230
 231 (define-vop (fast-+/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 232   (:translate +)
 233   (:args (x :scs (signed-reg) :target r
 234             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 235                                (sc-is y signed-reg)
 236                                (sc-is r signed-stack)
 237                                (location= x r))))
 238          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 239   (:arg-types signed-num signed-num)
 240   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 241                :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 242                                   (sc-is y signed-reg)
 243                                   (location= x r)))))
 244   (:result-types signed-num)
 245   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 246   (:generator 5
 247     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is y signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 248                 (not (location= x r)))
 249            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 250           (t
 251            (move r x)
 252            (inst add r y)))))
 253
 254
 255 ;;;; Special logand cases: (logand signed unsigned) => unsigned
 256
 257 (define-vop (fast-logand/signed-unsigned=>unsigned
 258              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 259   (:args (x :target r :scs (signed-reg)
 260             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 261                                (sc-is y unsigned-reg)
 262                                (sc-is r unsigned-stack)
 263                                (location= x r))))
 264          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 265   (:arg-types signed-num unsigned-num))
 266
 267 (define-vop (fast-logand-c/signed-unsigned=>unsigned
 268              fast-logand-c/unsigned=>unsigned)
 269   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 270   (:arg-types signed-num (:constant (unsigned-byte 31))))
 271
 272 (define-vop (fast-logand/unsigned-signed=>unsigned
 273              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 274   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg)
 275             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 276                                (sc-is y signed-reg)
 277                                (sc-is r unsigned-stack)
 278                                (location= x r))))
 279          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 280   (:arg-types unsigned-num signed-num))
 281 \f
 282
 283 (define-vop (fast-+-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 284   (:translate +)
 285   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 286   (:info y)
 287   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 288   (:results (r :scs (signed-reg)
 289                :load-if (not (location= x r))))
 290   (:result-types signed-num)
 291   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 292   (:generator 4
 293     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 294                 (not (location= x r)))
 295            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp y)))
 296           (t
 297            (move r x)
 298            (if (= y 1)
 299                (inst inc r)
 300              (inst add r y))))))
 301
 302 (define-vop (fast-+/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 303   (:translate +)
 304   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target r
 305             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 306                                (sc-is y unsigned-reg)
 307                                (sc-is r unsigned-stack)
 308                                (location= x r))))
 309          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 310   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 311   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 312                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 313                                   (sc-is y unsigned-reg)
 314                                   (sc-is r unsigned-stack)
 315                                   (location= x r)))))
 316   (:result-types unsigned-num)
 317   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic")
 318   (:generator 5
 319     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is y unsigned-reg)
 320                 (sc-is r unsigned-reg) (not (location= x r)))
 321            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 322           (t
 323            (move r x)
 324            (inst add r y)))))
 325
 326 (define-vop (fast-+-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 327   (:translate +)
 328   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 329   (:info y)
 330   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 31)))
 331   (:results (r :scs (unsigned-reg)
 332                :load-if (not (location= x r))))
 333   (:result-types unsigned-num)
 334   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic")
 335   (:generator 4
 336     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is r unsigned-reg)
 337                 (not (location= x r)))
 338            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp y)))
 339           (t
 340            (move r x)
 341            (if (= y 1)
 342                (inst inc r)
 343              (inst add r y))))))
 344 \f
 345 ;;;; multiplication and division
 346
 347 (define-vop (fast-*/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 348   (:translate *)
 349   ;; We need different loading characteristics.
 350   (:args (x :scs (any-reg) :target r)
 351          (y :scs (any-reg control-stack)))
 352   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 353   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)))
 354   (:result-types tagged-num)
 355   (:note "inline fixnum arithmetic")
 356   (:generator 4
 357     (move r x)
 358     (inst sar r 3)
 359     (inst imul r y)))
 360
 361 (define-vop (fast-*-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 362   (:translate *)
 363   ;; We need different loading characteristics.
 364   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
 365   (:info y)
 366   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 367   (:results (r :scs (any-reg)))
 368   (:result-types tagged-num)
 369   (:note "inline fixnum arithmetic")
 370   (:generator 3
 371     (inst imul r x y)))
 372
 373 (define-vop (fast-*/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 374   (:translate *)
 375   ;; We need different loading characteristics.
 376   (:args (x :scs (signed-reg) :target r)
 377          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 378   (:arg-types signed-num signed-num)
 379   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 380   (:result-types signed-num)
 381   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 382   (:generator 5
 383     (move r x)
 384     (inst imul r y)))
 385
 386 (define-vop (fast-*-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 387   (:translate *)
 388   ;; We need different loading characteristics.
 389   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
 390   (:info y)
 391   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 392   (:results (r :scs (signed-reg)))
 393   (:result-types signed-num)
 394   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 395   (:generator 4
 396     (inst imul r x y)))
 397
 398 (define-vop (fast-*/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 399   (:translate *)
 400   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 401          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 402   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 403   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target r
 404                    :from (:argument 0) :to :result) eax)
 405   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset
 406                    :from :eval :to :result) edx)
 407   (:ignore edx)
 408   (:results (r :scs (unsigned-reg)))
 409   (:result-types unsigned-num)
 410   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic")
 411   (:vop-var vop)
 412   (:save-p :compute-only)
 413   (:generator 6
 414     (move eax x)
 415     (inst mul eax y)
 416     (move r eax)))
 417
 418
 419 (define-vop (fast-truncate/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 420   (:translate truncate)
 421   (:args (x :scs (any-reg) :target eax)
 422          (y :scs (any-reg control-stack)))
 423   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 424   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 425                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 426   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 427                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 428   (:results (quo :scs (any-reg))
 429             (rem :scs (any-reg)))
 430   (:result-types tagged-num tagged-num)
 431   (:note "inline fixnum arithmetic")
 432   (:vop-var vop)
 433   (:save-p :compute-only)
 434   (:generator 31
 435     (let ((zero (generate-error-code vop 'division-by-zero-error x y)))
 436       (if (sc-is y any-reg)
 437           (inst test y y)  ; smaller instruction
 438           (inst cmp y 0))
 439       (inst jmp :eq zero))
 440     (move eax x)
 441     (inst cqo)
 442     (inst idiv eax y)
 443     (if (location= quo eax)
 444         (inst shl eax 3)
 445         (inst lea quo (make-ea :qword :index eax :scale 8)))
 446     (move rem edx)))
 447
 448 (define-vop (fast-truncate-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 449   (:translate truncate)
 450   (:args (x :scs (any-reg) :target eax))
 451   (:info y)
 452   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 453   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 454                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 455   (:temporary (:sc any-reg :offset edx-offset :target rem
 456                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 457   (:temporary (:sc any-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 458   (:results (quo :scs (any-reg))
 459             (rem :scs (any-reg)))
 460   (:result-types tagged-num tagged-num)
 461   (:note "inline fixnum arithmetic")
 462   (:vop-var vop)
 463   (:save-p :compute-only)
 464   (:generator 30
 465     (move eax x)
 466     (inst cqo)
 467     (inst mov y-arg (fixnumize y))
 468     (inst idiv eax y-arg)
 469     (if (location= quo eax)
 470         (inst shl eax 3)
 471         (inst lea quo (make-ea :qword :index eax :scale 8)))
 472     (move rem edx)))
 473
 474 (define-vop (fast-truncate/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 475   (:translate truncate)
 476   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 477          (y :scs (unsigned-reg signed-stack)))
 478   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 479   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 480                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 481   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 482                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 483   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 484             (rem :scs (unsigned-reg)))
 485   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 486   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic")
 487   (:vop-var vop)
 488   (:save-p :compute-only)
 489   (:generator 33
 490     (let ((zero (generate-error-code vop 'division-by-zero-error x y)))
 491       (if (sc-is y unsigned-reg)
 492           (inst test y y)  ; smaller instruction
 493           (inst cmp y 0))
 494       (inst jmp :eq zero))
 495     (move eax x)
 496     (inst xor edx edx)
 497     (inst div eax y)
 498     (move quo eax)
 499     (move rem edx)))
 500
 501 (define-vop (fast-truncate-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 502   (:translate truncate)
 503   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax))
 504   (:info y)
 505   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 31)))
 506   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 507                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 508   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 509                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 510   (:temporary (:sc unsigned-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 511   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 512             (rem :scs (unsigned-reg)))
 513   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 514   (:note "inline (unsigned-byte 64) arithmetic")
 515   (:vop-var vop)
 516   (:save-p :compute-only)
 517   (:generator 32
 518     (move eax x)
 519     (inst xor edx edx)
 520     (inst mov y-arg y)
 521     (inst div eax y-arg)
 522     (move quo eax)
 523     (move rem edx)))
 524
 525 (define-vop (fast-truncate/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 526   (:translate truncate)
 527   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax)
 528          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 529   (:arg-types signed-num signed-num)
 530   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 531                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 532   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 533                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 534   (:results (quo :scs (signed-reg))
 535             (rem :scs (signed-reg)))
 536   (:result-types signed-num signed-num)
 537   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 538   (:vop-var vop)
 539   (:save-p :compute-only)
 540   (:generator 33
 541     (let ((zero (generate-error-code vop 'division-by-zero-error x y)))
 542       (if (sc-is y signed-reg)
 543           (inst test y y)  ; smaller instruction
 544           (inst cmp y 0))
 545       (inst jmp :eq zero))
 546     (move eax x)
 547     (inst cqo)
 548     (inst idiv eax y)
 549     (move quo eax)
 550     (move rem edx)))
 551
 552 (define-vop (fast-truncate-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 553   (:translate truncate)
 554   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax))
 555   (:info y)
 556   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 557   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 558                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 559   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 560                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 561   (:temporary (:sc signed-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 562   (:results (quo :scs (signed-reg))
 563             (rem :scs (signed-reg)))
 564   (:result-types signed-num signed-num)
 565   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic")
 566   (:vop-var vop)
 567   (:save-p :compute-only)
 568   (:generator 32
 569     (move eax x)
 570     (inst cqo)
 571     (inst mov y-arg y)
 572     (inst idiv eax y-arg)
 573     (move quo eax)
 574     (move rem edx)))
 575
 576
 577 \f
 578 ;;;; Shifting
 579 (define-vop (fast-ash-c/fixnum=>fixnum)
 580   (:translate ash)
 581   (:policy :fast-safe)
 582   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 583                  :load-if (not (and (sc-is number any-reg control-stack)
 584                                     (sc-is result any-reg control-stack)
 585                                     (location= number result)))))
 586   (:info amount)
 587   (:arg-types tagged-num (:constant integer))
 588   (:results (result :scs (any-reg)
 589                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 590                                        (sc-is result control-stack)
 591                                        (location= number result)))))
 592   (:result-types tagged-num)
 593   (:note "inline ASH")
 594   (:generator 2
 595     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 596            (inst lea result (make-ea :qword :base number :index number)))
 597           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 598            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 599           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 600            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 601           (t
 602            (move result number)
 603            (cond ((< -64 amount 64)
 604                   ;; this code is used both in ASH and ASH-SMOD61, so
 605                   ;; be careful
 606                   (if (plusp amount)
 607                       (inst shl result amount)
 608                       (progn
 609                         (inst sar result (- amount))
 610                         (inst and result (lognot fixnum-tag-mask)))))
 611                  ((plusp amount)
 612                   (if (sc-is result any-reg)
 613                       (inst xor result result)
 614                       (inst mov result 0)))
 615                  (t (inst sar result 63)
 616                     (inst and result (lognot fixnum-tag-mask))))))))
 617
 618 (define-vop (fast-ash-left/fixnum=>fixnum)
 619   (:translate ash)
 620   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 621                  :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 622                                     (sc-is result control-stack)
 623                                     (location= number result))))
 624          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 625   (:arg-types tagged-num positive-fixnum)
 626   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 627   (:results (result :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 628                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 629                                        (sc-is result control-stack)
 630                                        (location= number result)))))
 631   (:result-types tagged-num)
 632   (:policy :fast-safe)
 633   (:note "inline ASH")
 634   (:generator 3
 635     (move result number)
 636     (move ecx amount)
 637     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 638     (inst shl result :cl)))
 639
 640 (define-vop (fast-ash-c/signed=>signed)
 641   (:translate ash)
 642   (:policy :fast-safe)
 643   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 644                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 645                                     (sc-is result signed-stack)
 646                                     (location= number result)))))
 647   (:info amount)
 648   (:arg-types signed-num (:constant integer))
 649   (:results (result :scs (signed-reg)
 650                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 651                                        (sc-is result signed-stack)
 652                                        (location= number result)))))
 653   (:result-types signed-num)
 654   (:note "inline ASH")
 655   (:generator 3
 656     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 657            (inst lea result (make-ea :qword :base number :index number)))
 658           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 659            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 660           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 661            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 662           (t
 663            (move result number)
 664            (cond ((plusp amount) (inst shl result amount))
 665                  (t (inst sar result (min 63 (- amount)))))))))
 666
 667 (define-vop (fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
 668   (:translate ash)
 669   (:policy :fast-safe)
 670   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 671                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 672                                     (sc-is result unsigned-stack)
 673                                     (location= number result)))))
 674   (:info amount)
 675   (:arg-types unsigned-num (:constant integer))
 676   (:results (result :scs (unsigned-reg)
 677                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 678                                        (sc-is result unsigned-stack)
 679                                        (location= number result)))))
 680   (:result-types unsigned-num)
 681   (:note "inline ASH")
 682   (:generator 3
 683     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 684            (inst lea result (make-ea :qword :base number :index number)))
 685           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 686            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 687           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 688            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 689           (t
 690            (move result number)
 691            (cond ((< -64 amount 64) ;; XXXX
 692                   ;; this code is used both in ASH and ASH-MOD32, so
 693                   ;; be careful
 694                   (if (plusp amount)
 695                       (inst shl result amount)
 696                       (inst shr result (- amount))))
 697                  (t (if (sc-is result unsigned-reg)
 698                         (zeroize result)
 699                         (inst mov result 0))))))))
 700
 701 (define-vop (fast-ash-left/signed=>signed)
 702   (:translate ash)
 703   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 704                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 705                                     (sc-is result signed-stack)
 706                                     (location= number result))))
 707          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 708   (:arg-types signed-num positive-fixnum)
 709   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 710   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 711                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 712                                        (sc-is result signed-stack)
 713                                        (location= number result)))))
 714   (:result-types signed-num)
 715   (:policy :fast-safe)
 716   (:note "inline ASH")
 717   (:generator 4
 718     (move result number)
 719     (move ecx amount)
 720     (inst shl result :cl)))
 721
 722 (define-vop (fast-ash-left/unsigned=>unsigned)
 723   (:translate ash)
 724   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 725                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 726                                     (sc-is result unsigned-stack)
 727                                     (location= number result))))
 728          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 729   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
 730   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 731   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 732                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 733                                        (sc-is result unsigned-stack)
 734                                        (location= number result)))))
 735   (:result-types unsigned-num)
 736   (:policy :fast-safe)
 737   (:note "inline ASH")
 738   (:generator 4
 739     (move result number)
 740     (move ecx amount)
 741     (inst shl result :cl)))
 742
 743 (define-vop (fast-ash/signed=>signed)
 744   (:translate ash)
 745   (:policy :fast-safe)
 746   (:args (number :scs (signed-reg) :target result)
 747          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 748   (:arg-types signed-num signed-num)
 749   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 750   (:result-types signed-num)
 751   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 752   (:note "inline ASH")
 753   (:generator 5
 754     (move result number)
 755     (move ecx amount)
 756     (inst or ecx ecx)
 757     (inst jmp :ns POSITIVE)
 758     (inst neg ecx)
 759     (inst cmp ecx 63)
 760     (inst jmp :be OKAY)
 761     (inst mov ecx 63)
 762     OKAY
 763     (inst sar result :cl)
 764     (inst jmp DONE)
 765
 766     POSITIVE
 767     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 768     (inst shl result :cl)
 769
 770     DONE))
 771
 772 (define-vop (fast-ash/unsigned=>unsigned)
 773   (:translate ash)
 774   (:policy :fast-safe)
 775   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 776          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 777   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 778   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 779   (:result-types unsigned-num)
 780   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 781   (:note "inline ASH")
 782   (:generator 5
 783     (move result number)
 784     (move ecx amount)
 785     (inst or ecx ecx)
 786     (inst jmp :ns POSITIVE)
 787     (inst neg ecx)
 788     (inst cmp ecx 63)
 789     (inst jmp :be OKAY)
 790     (zeroize result)
 791     (inst jmp DONE)
 792     OKAY
 793     (inst shr result :cl)
 794     (inst jmp DONE)
 795
 796     POSITIVE
 797     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 798     (inst shl result :cl)
 799
 800     DONE))
 801
 802 (in-package "SB!C")
 803
 804 (defknown %lea (integer integer (member 1 2 4 8 16) (signed-byte 64))
 805   integer
 806   (foldable flushable movable))
 807
 808 (defoptimizer (%lea derive-type) ((base index scale disp))
 809   (when (and (constant-lvar-p scale)
 810              (constant-lvar-p disp))
 811     (let ((scale (lvar-value scale))
 812           (disp (lvar-value disp))
 813           (base-type (lvar-type base))
 814           (index-type (lvar-type index)))
 815       (when (and (numeric-type-p base-type)
 816                  (numeric-type-p index-type))
 817         (let ((base-lo (numeric-type-low base-type))
 818               (base-hi (numeric-type-high base-type))
 819               (index-lo (numeric-type-low index-type))
 820               (index-hi (numeric-type-high index-type)))
 821           (make-numeric-type :class 'integer
 822                              :complexp :real
 823                              :low (when (and base-lo index-lo)
 824                                     (+ base-lo (* index-lo scale) disp))
 825                              :high (when (and base-hi index-hi)
 826                                      (+ base-hi (* index-hi scale) disp))))))))
 827
 828 (defun %lea (base index scale disp)
 829   (+ base (* index scale) disp))
 830
 831 (in-package "SB!VM")
 832
 833 (define-vop (%lea/unsigned=>unsigned)
 834   (:translate %lea)
 835   (:policy :fast-safe)
 836   (:args (base :scs (unsigned-reg))
 837          (index :scs (unsigned-reg)))
 838   (:info scale disp)
 839   (:arg-types unsigned-num unsigned-num
 840               (:constant (member 1 2 4 8))
 841               (:constant (signed-byte 64)))
 842   (:results (r :scs (unsigned-reg)))
 843   (:result-types unsigned-num)
 844   (:generator 5
 845     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 846                          :scale scale :disp disp))))
 847
 848 (define-vop (%lea/signed=>signed)
 849   (:translate %lea)
 850   (:policy :fast-safe)
 851   (:args (base :scs (signed-reg))
 852          (index :scs (signed-reg)))
 853   (:info scale disp)
 854   (:arg-types signed-num signed-num
 855               (:constant (member 1 2 4 8))
 856               (:constant (signed-byte 64)))
 857   (:results (r :scs (signed-reg)))
 858   (:result-types signed-num)
 859   (:generator 4
 860     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 861                          :scale scale :disp disp))))
 862
 863 (define-vop (%lea/fixnum=>fixnum)
 864   (:translate %lea)
 865   (:policy :fast-safe)
 866   (:args (base :scs (any-reg))
 867          (index :scs (any-reg)))
 868   (:info scale disp)
 869   (:arg-types tagged-num tagged-num
 870               (:constant (member 1 2 4 8))
 871               (:constant (signed-byte 64)))
 872   (:results (r :scs (any-reg)))
 873   (:result-types tagged-num)
 874   (:generator 3
 875     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 876                          :scale scale :disp disp))))
 877
 878 ;;; FIXME: before making knowledge of this too public, it needs to be
 879 ;;; fixed so that it's actually _faster_ than the non-CMOV version; at
 880 ;;; least on my Celeron-XXX laptop, this version is marginally slower
 881 ;;; than the above version with branches.  -- CSR, 2003-09-04
 882 (define-vop (fast-cmov-ash/unsigned=>unsigned)
 883   (:translate ash)
 884   (:policy :fast-safe)
 885   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 886          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 887   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 888   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 889   (:result-types unsigned-num)
 890   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 891   (:temporary (:sc any-reg :from (:eval 0) :to (:eval 1)) zero)
 892   (:note "inline ASH")
 893   (:guard (member :cmov *backend-subfeatures*))
 894   (:generator 4
 895     (move result number)
 896     (move ecx amount)
 897     (inst or ecx ecx)
 898     (inst jmp :ns POSITIVE)
 899     (inst neg ecx)
 900     (zeroize zero)
 901     (inst shr result :cl)
 902     (inst cmp ecx 63)
 903     (inst cmov :nbe result zero)
 904     (inst jmp DONE)
 905
 906     POSITIVE
 907     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 908     (inst shl result :cl)
 909
 910     DONE))
 911 \f
 912 (define-vop (signed-byte-64-len)
 913   (:translate integer-length)
 914   (:note "inline (signed-byte 64) integer-length")
 915   (:policy :fast-safe)
 916   (:args (arg :scs (signed-reg) :target res))
 917   (:arg-types signed-num)
 918   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 919   (:result-types unsigned-num)
 920   (:generator 28
 921     (move res arg)
 922     (if (sc-is res unsigned-reg)
 923         (inst test res res)
 924         (inst cmp res 0))
 925     (inst jmp :ge POS)
 926     (inst not res)
 927     POS
 928     (inst bsr res res)
 929     (inst jmp :z ZERO)
 930     (inst inc res)
 931     (inst jmp DONE)
 932     ZERO
 933     (zeroize res)
 934     DONE))
 935
 936 (define-vop (unsigned-byte-64-len)
 937   (:translate integer-length)
 938   (:note "inline (unsigned-byte 64) integer-length")
 939   (:policy :fast-safe)
 940   (:args (arg :scs (unsigned-reg)))
 941   (:arg-types unsigned-num)
 942   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 943   (:result-types unsigned-num)
 944   (:generator 26
 945     (inst bsr res arg)
 946     (inst jmp :z ZERO)
 947     (inst inc res)
 948     (inst jmp DONE)
 949     ZERO
 950     (zeroize res)
 951     DONE))
 952
 953 (define-vop (unsigned-byte-64-count)
 954   (:translate logcount)
 955   (:note "inline (unsigned-byte 64) logcount")
 956   (:policy :fast-safe)
 957   (:args (arg :scs (unsigned-reg) :target result))
 958   (:arg-types unsigned-num)
 959   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
 960   (:result-types positive-fixnum)
 961   (:temporary (:sc unsigned-reg) temp)
 962   (:temporary (:sc unsigned-reg) mask)
 963   (:generator 14
 964     ;; See the comments below for how the algorithm works. The tricks
 965     ;; used can be found for example in AMD's software optimization
 966     ;; guide or at "http://www.hackersdelight.org/HDcode/pop.cc" in the
 967     ;; function "pop1", for 32-bit words. The extension to 64 bits is
 968     ;; straightforward.
 969     ;; Calculate 2-bit sums. Note that the value of a two-digit binary
 970     ;; number is the sum of the right digit and twice the left digit.
 971     ;; Thus we can calculate the sum of the two digits by shifting the
 972     ;; left digit to the right position and doing a two-bit subtraction.
 973     ;; This subtraction will never create a borrow and thus can be made
 974     ;; on all 32 2-digit numbers at once.
 975     (move result arg)
 976     (move temp arg)
 977     (inst shr result 1)
 978     (inst mov mask #x5555555555555555)
 979     (inst and result mask)
 980     (inst sub temp result)
 981     ;; Calculate 4-bit sums by straightforward shift, mask and add.
 982     ;; Note that we shift the source operand of the MOV and not its
 983     ;; destination so that the SHR and the MOV can execute in the same
 984     ;; clock cycle.
 985     (inst mov result temp)
 986     (inst shr temp 2)
 987     (inst mov mask #x3333333333333333)
 988     (inst and result mask)
 989     (inst and temp mask)
 990     (inst add result temp)
 991     ;; Calculate 8-bit sums. Since each sum is at most 8, which fits
 992     ;; into 4 bits, we can apply the mask after the addition, saving one
 993     ;; instruction.
 994     (inst mov temp result)
 995     (inst shr result 4)
 996     (inst add result temp)
 997     (inst mov mask #x0f0f0f0f0f0f0f0f)
 998     (inst and result mask)
 999     ;; Add all 8 bytes at once by multiplying with #256r11111111.
1000     ;; We need to calculate only the lower 8 bytes of the product.
1001     ;; Of these the most significant byte contains the final result.
1002     ;; Note that there can be no overflow from one byte to the next
1003     ;; as the sum is at most 64 which needs only 7 bits.
1004     (inst mov mask #x0101010101010101)
1005     (inst imul result mask)
1006     (inst shr result 56)))
1007 \f
1008 ;;;; binary conditional VOPs
1009
1010 (define-vop (fast-conditional)
1011   (:conditional :e)
1012   (:info)
1013   (:effects)
1014   (:affected)
1015   (:policy :fast-safe))
1016
1017 ;;; constant variants are declared for 32 bits not 64 bits, because
1018 ;;; loading a 64 bit constant is silly
1019
1020 (define-vop (fast-conditional/fixnum fast-conditional)
1021   (:args (x :scs (any-reg)
1022             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1023                                (sc-is y any-reg))))
1024          (y :scs (any-reg control-stack)))
1025   (:arg-types tagged-num tagged-num)
1026   (:note "inline fixnum comparison"))
1027
1028 (define-vop (fast-conditional-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
1029   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
1030   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
1031   (:info y))
1032
1033 (define-vop (fast-conditional/signed fast-conditional)
1034   (:args (x :scs (signed-reg)
1035             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
1036                                (sc-is y signed-reg))))
1037          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
1038   (:arg-types signed-num signed-num)
1039   (:note "inline (signed-byte 64) comparison"))
1040
1041 (define-vop (fast-conditional-c/signed fast-conditional/signed)
1042   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
1043   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 31)))
1044   (:info y))
1045
1046 (define-vop (fast-conditional/unsigned fast-conditional)
1047   (:args (x :scs (unsigned-reg)
1048             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1049                                (sc-is y unsigned-reg))))
1050          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1051   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
1052   (:note "inline (unsigned-byte 64) comparison"))
1053
1054 (define-vop (fast-conditional-c/unsigned fast-conditional/unsigned)
1055   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1056   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 31)))
1057   (:info y))
1058
1059 (macrolet ((define-conditional-vop (tran cond unsigned not-cond not-unsigned)
1060              `(progn
1061                 ,@(mapcar
1062                    (lambda (suffix cost signed)
1063                      `(define-vop (;; FIXME: These could be done more
1064                                    ;; cleanly with SYMBOLICATE.
1065                                    ,(intern (format nil "~:@(FAST-IF-~A~A~)"
1066                                                     tran suffix))
1067                                    ,(intern
1068                                      (format nil "~:@(FAST-CONDITIONAL~A~)"
1069                                              suffix)))
1070                         (:translate ,tran)
1071                         (:conditional ,(if signed cond unsigned))
1072                         (:generator ,cost
1073                                     (inst cmp x
1074                                           ,(if (eq suffix '-c/fixnum)
1075                                                '(fixnumize y)
1076                                                'y)))))
1077                    '(/fixnum -c/fixnum /signed -c/signed /unsigned -c/unsigned)
1078 ;                  '(/fixnum  /signed  /unsigned)
1079                    '(4 3 6 5 6 5)
1080                    '(t t t t nil nil)))))
1081
1082   (define-conditional-vop < :l :b :ge :ae)
1083   (define-conditional-vop > :g :a :le :be))
1084
1085 (define-vop (fast-if-eql/signed fast-conditional/signed)
1086   (:translate eql)
1087   (:generator 6
1088     (inst cmp x y)))
1089
1090 (define-vop (fast-if-eql-c/signed fast-conditional-c/signed)
1091   (:translate eql)
1092   (:generator 5
1093     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (zerop y))
1094            (inst test x x))  ; smaller instruction
1095           (t
1096            (inst cmp x y)))))
1097
1098 (define-vop (fast-if-eql/unsigned fast-conditional/unsigned)
1099   (:translate eql)
1100   (:generator 6
1101     (inst cmp x y)))
1102
1103 (define-vop (fast-if-eql-c/unsigned fast-conditional-c/unsigned)
1104   (:translate eql)
1105   (:generator 5
1106     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (zerop y))
1107            (inst test x x))  ; smaller instruction
1108           (t
1109            (inst cmp x y)))))
1110
1111 ;;; EQL/FIXNUM is funny because the first arg can be of any type, not just a
1112 ;;; known fixnum.
1113
1114 ;;; These versions specify a fixnum restriction on their first arg. We have
1115 ;;; also generic-eql/fixnum VOPs which are the same, but have no restriction on
1116 ;;; the first arg and a higher cost. The reason for doing this is to prevent
1117 ;;; fixnum specific operations from being used on word integers, spuriously
1118 ;;; consing the argument.
1119
1120 (define-vop (fast-eql/fixnum fast-conditional)
1121   (:args (x :scs (any-reg)
1122             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1123                                (sc-is y any-reg))))
1124          (y :scs (any-reg control-stack)))
1125   (:arg-types tagged-num tagged-num)
1126   (:note "inline fixnum comparison")
1127   (:translate eql)
1128   (:generator 4
1129     (inst cmp x y)))
1130
1131 (define-vop (generic-eql/fixnum fast-eql/fixnum)
1132   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg)
1133             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1134                                (sc-is y any-reg))))
1135          (y :scs (any-reg control-stack)))
1136   (:arg-types * tagged-num)
1137   (:variant-cost 7))
1138
1139 (define-vop (fast-eql-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
1140   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
1141   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
1142   (:info y)
1143   (:translate eql)
1144   (:generator 2
1145     (cond ((and (sc-is x any-reg) (zerop y))
1146            (inst test x x))  ; smaller instruction
1147           (t
1148            (inst cmp x (fixnumize y))))))
1149
1150 (define-vop (generic-eql-c/fixnum fast-eql-c/fixnum)
1151   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg control-stack)))
1152   (:arg-types * (:constant (signed-byte 29)))
1153   (:variant-cost 6))
1154 \f
1155 ;;;; 32-bit logical operations
1156
1157 ;;; Only the lower 6 bits of the shift amount are significant.
1158 (define-vop (shift-towards-someplace)
1159   (:policy :fast-safe)
1160   (:args (num :scs (unsigned-reg) :target r)
1161          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
1162   (:arg-types unsigned-num tagged-num)
1163   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1164   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
1165   (:result-types unsigned-num))
1166
1167 (define-vop (shift-towards-start shift-towards-someplace)
1168   (:translate shift-towards-start)
1169   (:note "SHIFT-TOWARDS-START")
1170   (:generator 1
1171     (move r num)
1172     (move ecx amount)
1173     (inst shr r :cl)))
1174
1175 (define-vop (shift-towards-end shift-towards-someplace)
1176   (:translate shift-towards-end)
1177   (:note "SHIFT-TOWARDS-END")
1178   (:generator 1
1179     (move r num)
1180     (move ecx amount)
1181     (inst shl r :cl)))
1182 \f
1183 ;;;; Modular functions
1184
1185 (defmacro define-mod-binop ((name prototype) function)
1186   `(define-vop (,name ,prototype)
1187        (:args (x :target r :scs (unsigned-reg signed-reg)
1188                  :load-if (not (and (or (sc-is x unsigned-stack)
1189                                         (sc-is x signed-stack))
1190                                     (or (sc-is y unsigned-reg)
1191                                         (sc-is y signed-reg))
1192                                     (or (sc-is r unsigned-stack)
1193                                         (sc-is r signed-stack))
1194                                     (location= x r))))
1195               (y :scs (unsigned-reg signed-reg unsigned-stack signed-stack)))
1196      (:arg-types untagged-num untagged-num)
1197      (:results (r :scs (unsigned-reg signed-reg) :from (:argument 0)
1198                   :load-if (not (and (or (sc-is x unsigned-stack)
1199                                          (sc-is x signed-stack))
1200                                      (or (sc-is y unsigned-reg)
1201                                          (sc-is y unsigned-reg))
1202                                      (or (sc-is r unsigned-stack)
1203                                          (sc-is r unsigned-stack))
1204                                      (location= x r)))))
1205      (:result-types unsigned-num)
1206      (:translate ,function)))
1207 (defmacro define-mod-binop-c ((name prototype) function)
1208   `(define-vop (,name ,prototype)
1209        (:args (x :target r :scs (unsigned-reg signed-reg)
1210                  :load-if (not (and (or (sc-is x unsigned-stack)
1211                                         (sc-is x signed-stack))
1212                                     (or (sc-is r unsigned-stack)
1213                                         (sc-is r signed-stack))
1214                                     (location= x r)))))
1215      (:info y)
1216      (:arg-types untagged-num (:constant (or (unsigned-byte 31) (signed-byte 32))))
1217      (:results (r :scs (unsigned-reg signed-reg) :from (:argument 0)
1218                   :load-if (not (and (or (sc-is x unsigned-stack)
1219                                          (sc-is x signed-stack))
1220                                      (or (sc-is r unsigned-stack)
1221                                          (sc-is r unsigned-stack))
1222                                      (location= x r)))))
1223      (:result-types unsigned-num)
1224      (:translate ,function)))
1225
1226 (macrolet ((def (name -c-p)
1227              (let ((fun64 (intern (format nil "~S-MOD64" name)))
1228                    (vopu (intern (format nil "FAST-~S/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
1229                    (vopcu (intern (format nil "FAST-~S-C/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
1230                    (vopf (intern (format nil "FAST-~S/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
1231                    (vopcf (intern (format nil "FAST-~S-C/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
1232                    (vop64u (intern (format nil "FAST-~S-MOD64/WORD=>UNSIGNED" name)))
1233                    (vop64f (intern (format nil "FAST-~S-MOD64/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
1234                    (vop64cu (intern (format nil "FAST-~S-MOD64-C/WORD=>UNSIGNED" name)))
1235                    (vop64cf (intern (format nil "FAST-~S-MOD64-C/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
1236                    (sfun61 (intern (format nil "~S-SMOD61" name)))
1237                    (svop61f (intern (format nil "FAST-~S-SMOD61/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
1238                    (svop61cf (intern (format nil "FAST-~S-SMOD61-C/FIXNUM=>FIXNUM" name))))
1239                `(progn
1240                   (define-modular-fun ,fun64 (x y) ,name :untagged nil 64)
1241                   (define-modular-fun ,sfun61 (x y) ,name :tagged t 61)
1242                   (define-mod-binop (,vop64u ,vopu) ,fun64)
1243                   (define-vop (,vop64f ,vopf) (:translate ,fun64))
1244                   (define-vop (,svop61f ,vopf) (:translate ,sfun61))
1245                   ,@(when -c-p
1246                       `((define-mod-binop-c (,vop64cu ,vopcu) ,fun64)
1247                         (define-vop (,svop61cf ,vopcf) (:translate ,sfun61))))))))
1248   (def + t)
1249   (def - t)
1250   ;; (no -C variant as x86 MUL instruction doesn't take an immediate)
1251   (def * nil))
1252
1253 (define-vop (fast-ash-left-mod64-c/unsigned=>unsigned
1254              fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
1255   (:translate ash-left-mod64))
1256 (define-vop (fast-ash-left-mod64/unsigned=>unsigned
1257              fast-ash-left/unsigned=>unsigned))
1258 (deftransform ash-left-mod64 ((integer count)
1259                               ((unsigned-byte 64) (unsigned-byte 6)))
1260   (when (sb!c::constant-lvar-p count)
1261     (sb!c::give-up-ir1-transform))
1262   '(%primitive fast-ash-left-mod64/unsigned=>unsigned integer count))
1263
1264 (define-vop (fast-ash-left-smod61-c/fixnum=>fixnum
1265              fast-ash-c/fixnum=>fixnum)
1266   (:translate ash-left-smod61))
1267 (define-vop (fast-ash-left-smod61/fixnum=>fixnum
1268              fast-ash-left/fixnum=>fixnum))
1269 (deftransform ash-left-smod61 ((integer count)
1270                                ((signed-byte 61) (unsigned-byte 6)))
1271   (when (sb!c::constant-lvar-p count)
1272     (sb!c::give-up-ir1-transform))
1273   '(%primitive fast-ash-left-smod61/fixnum=>fixnum integer count))
1274
1275 (in-package "SB!C")
1276
1277 (defknown sb!vm::%lea-mod64 (integer integer (member 1 2 4 8) (signed-byte 64))
1278   (unsigned-byte 64)
1279   (foldable flushable movable))
1280 (defknown sb!vm::%lea-smod61 (integer integer (member 1 2 4 8) (signed-byte 64))
1281   (signed-byte 61)
1282   (foldable flushable movable))
1283
1284 (define-modular-fun-optimizer %lea ((base index scale disp) :untagged nil :width width)
1285   (when (and (<= width 64)
1286              (constant-lvar-p scale)
1287              (constant-lvar-p disp))
1288     (cut-to-width base :untagged width nil)
1289     (cut-to-width index :untagged width nil)
1290     'sb!vm::%lea-mod64))
1291 (define-modular-fun-optimizer %lea ((base index scale disp) :tagged t :width width)
1292   (when (and (<= width 61)
1293              (constant-lvar-p scale)
1294              (constant-lvar-p disp))
1295     (cut-to-width base :tagged width t)
1296     (cut-to-width index :tagged width t)
1297     'sb!vm::%lea-smod61))
1298
1299 #+sb-xc-host
1300 (progn
1301   (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
1302     (ldb (byte 64 0) (%lea base index scale disp)))
1303   (defun sb!vm::%lea-smod61 (base index scale disp)
1304     (mask-signed-field 61 (%lea base index scale disp))))
1305 #-sb-xc-host
1306 (progn
1307   (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
1308     (let ((base (logand base #xffffffffffffffff))
1309           (index (logand index #xffffffffffffffff)))
1310       ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
1311       ;; constant SCALE and DISP.
1312       (ldb (byte 64 0) (+ base (* index scale) disp))))
1313   (defun sb!vm::%lea-smod61 (base index scale disp)
1314     (let ((base (mask-signed-field 61 base))
1315           (index (mask-signed-field 61 index)))
1316       ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
1317       ;; constant SCALE and DISP.
1318       (mask-signed-field 61 (+ base (* index scale) disp)))))
1319
1320 (in-package "SB!VM")
1321
1322 (define-vop (%lea-mod64/unsigned=>unsigned
1323              %lea/unsigned=>unsigned)
1324   (:translate %lea-mod64))
1325 (define-vop (%lea-smod61/fixnum=>fixnum
1326              %lea/fixnum=>fixnum)
1327   (:translate %lea-smod61))
1328
1329 ;;; logical operations
1330 (define-modular-fun lognot-mod64 (x) lognot :untagged nil 64)
1331 (define-vop (lognot-mod64/unsigned=>unsigned)
1332   (:translate lognot-mod64)
1333   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target r
1334             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1335                                (sc-is r unsigned-stack)
1336                                (location= x r)))))
1337   (:arg-types unsigned-num)
1338   (:results (r :scs (unsigned-reg)
1339                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1340                                   (sc-is r unsigned-stack)
1341                                   (location= x r)))))
1342   (:result-types unsigned-num)
1343   (:policy :fast-safe)
1344   (:generator 1
1345     (move r x)
1346     (inst not r)))
1347
1348 (define-source-transform logeqv (&rest args)
1349   (if (oddp (length args))
1350       `(logxor ,@args)
1351       `(lognot (logxor ,@args))))
1352 (define-source-transform logandc1 (x y)
1353   `(logand (lognot ,x) ,y))
1354 (define-source-transform logandc2 (x y)
1355   `(logand ,x (lognot ,y)))
1356 (define-source-transform logorc1 (x y)
1357   `(logior (lognot ,x) ,y))
1358 (define-source-transform logorc2 (x y)
1359   `(logior ,x (lognot ,y)))
1360 (define-source-transform lognor (x y)
1361   `(lognot (logior ,x ,y)))
1362 (define-source-transform lognand (x y)
1363   `(lognot (logand ,x ,y)))
1364 \f
1365 ;;;; bignum stuff
1366
1367 (define-vop (bignum-length get-header-data)
1368   (:translate sb!bignum:%bignum-length)
1369   (:policy :fast-safe))
1370
1371 (define-vop (bignum-set-length set-header-data)
1372   (:translate sb!bignum:%bignum-set-length)
1373   (:policy :fast-safe))
1374
1375 (define-full-reffer bignum-ref * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1376   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum:%bignum-ref)
1377 (define-full-reffer+offset bignum--ref-with-offset * bignum-digits-offset
1378   other-pointer-lowtag (unsigned-reg) unsigned-num
1379   sb!bignum:%bignum-ref-with-offset)
1380 (define-full-setter bignum-set * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1381   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum:%bignum-set)
1382
1383 (define-vop (digit-0-or-plus)
1384   (:translate sb!bignum:%digit-0-or-plusp)
1385   (:policy :fast-safe)
1386   (:args (digit :scs (unsigned-reg)))
1387   (:arg-types unsigned-num)
1388   (:conditional :ns)
1389   (:generator 3
1390     (inst or digit digit)))
1391
1392
1393 ;;; For add and sub with carry the sc of carry argument is any-reg so
1394 ;;; that it may be passed as a fixnum or word and thus may be 0, 1, or
1395 ;;; 8. This is easy to deal with and may save a fixnum-word
1396 ;;; conversion.
1397 (define-vop (add-w/carry)
1398   (:translate sb!bignum:%add-with-carry)
1399   (:policy :fast-safe)
1400   (:args (a :scs (unsigned-reg) :target result)
1401          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :eval)
1402          (c :scs (any-reg) :target temp))
1403   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1404   (:temporary (:sc any-reg :from (:argument 2) :to :eval) temp)
1405   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0))
1406             (carry :scs (unsigned-reg)))
1407   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1408   (:generator 4
1409     (move result a)
1410     (move temp c)
1411     (inst neg temp) ; Set the carry flag to 0 if c=0 else to 1
1412     (inst adc result b)
1413     (inst mov carry 0)
1414     (inst adc carry carry)))
1415
1416 ;;; Note: the borrow is 1 for no borrow and 0 for a borrow, the opposite
1417 ;;; of the x86-64 convention.
1418 (define-vop (sub-w/borrow)
1419   (:translate sb!bignum:%subtract-with-borrow)
1420   (:policy :fast-safe)
1421   (:args (a :scs (unsigned-reg) :to :eval :target result)
1422          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :result)
1423          (c :scs (any-reg control-stack)))
1424   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1425   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from :eval)
1426             (borrow :scs (unsigned-reg)))
1427   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1428   (:generator 5
1429     (inst cmp c 1) ; Set the carry flag to 1 if c=0 else to 0
1430     (move result a)
1431     (inst sbb result b)
1432     (inst mov borrow 1)
1433     (inst sbb borrow 0)))
1434
1435
1436 (define-vop (bignum-mult-and-add-3-arg)
1437   (:translate sb!bignum:%multiply-and-add)
1438   (:policy :fast-safe)
1439   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1440          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1441          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1442   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1443   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1444                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1445   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1446                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1447   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1448             (lo :scs (unsigned-reg)))
1449   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1450   (:generator 20
1451     (move eax x)
1452     (inst mul eax y)
1453     (inst add eax carry-in)
1454     (inst adc edx 0)
1455     (move hi edx)
1456     (move lo eax)))
1457
1458 (define-vop (bignum-mult-and-add-4-arg)
1459   (:translate sb!bignum:%multiply-and-add)
1460   (:policy :fast-safe)
1461   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1462          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1463          (prev :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1464          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1465   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1466   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1467                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1468   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1469                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1470   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1471             (lo :scs (unsigned-reg)))
1472   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1473   (:generator 20
1474     (move eax x)
1475     (inst mul eax y)
1476     (inst add eax prev)
1477     (inst adc edx 0)
1478     (inst add eax carry-in)
1479     (inst adc edx 0)
1480     (move hi edx)
1481     (move lo eax)))
1482
1483
1484 (define-vop (bignum-mult)
1485   (:translate sb!bignum:%multiply)
1486   (:policy :fast-safe)
1487   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1488          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1489   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
1490   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1491                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1492   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1493                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1494   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1495             (lo :scs (unsigned-reg)))
1496   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1497   (:generator 20
1498     (move eax x)
1499     (inst mul eax y)
1500     (move hi edx)
1501     (move lo eax)))
1502
1503 (define-vop (bignum-lognot lognot-mod64/unsigned=>unsigned)
1504   (:translate sb!bignum:%lognot))
1505
1506 (define-vop (fixnum-to-digit)
1507   (:translate sb!bignum:%fixnum-to-digit)
1508   (:policy :fast-safe)
1509   (:args (fixnum :scs (any-reg control-stack) :target digit))
1510   (:arg-types tagged-num)
1511   (:results (digit :scs (unsigned-reg)
1512                    :load-if (not (and (sc-is fixnum control-stack)
1513                                       (sc-is digit unsigned-stack)
1514                                       (location= fixnum digit)))))
1515   (:result-types unsigned-num)
1516   (:generator 1
1517     (move digit fixnum)
1518     (inst sar digit 3)))
1519
1520 (define-vop (bignum-floor)
1521   (:translate sb!bignum:%floor)
1522   (:policy :fast-safe)
1523   (:args (div-high :scs (unsigned-reg) :target edx)
1524          (div-low :scs (unsigned-reg) :target eax)
1525          (divisor :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1526   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1527   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 1)
1528                    :to (:result 0) :target quo) eax)
1529   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 0)
1530                    :to (:result 1) :target rem) edx)
1531   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
1532             (rem :scs (unsigned-reg)))
1533   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1534   (:generator 300
1535     (move edx div-high)
1536     (move eax div-low)
1537     (inst div eax divisor)
1538     (move quo eax)
1539     (move rem edx)))
1540
1541 (define-vop (signify-digit)
1542   (:translate sb!bignum:%fixnum-digit-with-correct-sign)
1543   (:policy :fast-safe)
1544   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target res))
1545   (:arg-types unsigned-num)
1546   (:results (res :scs (any-reg signed-reg)
1547                  :load-if (not (and (sc-is digit unsigned-stack)
1548                                     (sc-is res control-stack signed-stack)
1549                                     (location= digit res)))))
1550   (:result-types signed-num)
1551   (:generator 1
1552     (move res digit)
1553     (when (sc-is res any-reg control-stack)
1554       (inst shl res 3))))
1555
1556 (define-vop (digit-ashr)
1557   (:translate sb!bignum:%ashr)
1558   (:policy :fast-safe)
1559   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target result)
1560          (count :scs (unsigned-reg) :target ecx))
1561   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
1562   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1563   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
1564                     :load-if (not (and (sc-is result unsigned-stack)
1565                                        (location= digit result)))))
1566   (:result-types unsigned-num)
1567   (:generator 2
1568     (move result digit)
1569     (move ecx count)
1570     (inst sar result :cl)))
1571
1572 (define-vop (digit-ashr/c)
1573   (:translate sb!bignum:%ashr)
1574   (:policy :fast-safe)
1575   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target result))
1576   (:arg-types unsigned-num (:constant (integer 0 63)))
1577   (:info count)
1578   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
1579                     :load-if (not (and (sc-is result unsigned-stack)
1580                                        (location= digit result)))))
1581   (:result-types unsigned-num)
1582   (:generator 1
1583     (move result digit)
1584     (inst sar result count)))
1585
1586 (define-vop (digit-lshr digit-ashr)
1587   (:translate sb!bignum:%digit-logical-shift-right)
1588   (:generator 1
1589     (move result digit)
1590     (move ecx count)
1591     (inst shr result :cl)))
1592
1593 (define-vop (digit-ashl digit-ashr)
1594   (:translate sb!bignum:%ashl)
1595   (:generator 1
1596     (move result digit)
1597     (move ecx count)
1598     (inst shl result :cl)))
1599 \f
1600 ;;;; static functions
1601
1602 (define-static-fun two-arg-/ (x y) :translate /)
1603
1604 (define-static-fun two-arg-gcd (x y) :translate gcd)
1605 (define-static-fun two-arg-lcm (x y) :translate lcm)
1606
1607 (define-static-fun two-arg-and (x y) :translate logand)
1608 (define-static-fun two-arg-ior (x y) :translate logior)
1609 (define-static-fun two-arg-xor (x y) :translate logxor)
1610
1611
1612 (in-package "SB!C")
1613
1614 (defun *-transformer (y)
1615   (cond
1616     ((= y (ash 1 (integer-length y)))
1617      ;; there's a generic transform for y = 2^k
1618      (give-up-ir1-transform))
1619     ((member y '(3 5 9))
1620      ;; we can do these multiplications directly using LEA
1621      `(%lea x x ,(1- y) 0))
1622     (t
1623      ;; A normal 64-bit multiplication takes 4 cycles on Athlon 64/Opteron.
1624      ;; Optimizing multiplications (other than the above cases) to
1625      ;; shifts/adds/leas gives a maximum improvement of 1 cycle, but requires
1626      ;; quite a lot of hairy code.
1627      (give-up-ir1-transform))))
1628
1629 (deftransform * ((x y)
1630                  ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1631                  (unsigned-byte 64))
1632   "recode as leas, shifts and adds"
1633   (let ((y (lvar-value y)))
1634     (*-transformer y)))
1635 (deftransform sb!vm::*-mod64
1636     ((x y) ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1637      (unsigned-byte 64))
1638   "recode as leas, shifts and adds"
1639   (let ((y (lvar-value y)))
1640     (*-transformer y)))
1641
1642 (deftransform * ((x y)
1643                  ((signed-byte 61) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1644                  (signed-byte 61))
1645   "recode as leas, shifts and adds"
1646   (let ((y (lvar-value y)))
1647     (*-transformer y)))
1648 (deftransform sb!vm::*-smod61
1649     ((x y) ((signed-byte 61) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1650      (signed-byte 61))
1651   "recode as leas, shifts and adds"
1652   (let ((y (lvar-value y)))
1653     (*-transformer y)))