src/compiler/x86-64/arith.lisp

   1 ;;;; the VM definition of 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 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 (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 ;; 32 not 64 because it's hard work loading 64 bit constants
 130 (define-vop (fast-signed-binop-c fast-safe-arith-op)
 131   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 132   (:info y)
 133   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 134   (:results (r :scs (signed-reg)
 135                :load-if (not (location= x r))))
 136   (:result-types signed-num)
 137   (:note "inline (signed-byte 64) arithmetic"))
 138
 139 (macrolet ((define-binop (translate untagged-penalty op)
 140              `(progn
 141                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/FIXNUM=>FIXNUM")
 142                              fast-fixnum-binop)
 143                   (:translate ,translate)
 144                   (:generator 2
 145                               (move r x)
 146                               (inst ,op r y)))
 147                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/fixnum=>fixnum)
 148                              fast-fixnum-binop-c)
 149                   (:translate ,translate)
 150                   (:generator 1
 151                   (move r x)
 152                   (inst ,op r (fixnumize y))))
 153                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-" translate "/SIGNED=>SIGNED")
 154                              fast-signed-binop)
 155                   (:translate ,translate)
 156                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 157                   (move r x)
 158                   (inst ,op r y)))
 159                 (define-vop (,(symbolicate 'fast- translate '-c/signed=>signed)
 160                              fast-signed-binop-c)
 161                   (:translate ,translate)
 162                   (:generator ,untagged-penalty
 163                   (move r x)
 164                   (inst ,op r y)))
 165                 (define-vop (,(symbolicate "FAST-"
 166                                            translate
 167                                            "/UNSIGNED=>UNSIGNED")
 168                 fast-unsigned-binop)
 169                   (:translate ,translate)
 170                   (:generator ,(1+ untagged-penalty)
 171                   (move r x)
 172                   (inst ,op r y)))
 173                 (define-vop (,(symbolicate 'fast-
 174                                            translate
 175                                            '-c/unsigned=>unsigned)
 176                              fast-unsigned-binop-c)
 177                   (:translate ,translate)
 178                   (:generator ,untagged-penalty
 179                   (move r x)
 180                   (inst ,op r y))))))
 181
 182   ;;(define-binop + 4 add)
 183   (define-binop - 4 sub)
 184   (define-binop logand 2 and)
 185   (define-binop logior 2 or)
 186   (define-binop logxor 2 xor))
 187
 188 ;;; Special handling of add on the x86; can use lea to avoid a
 189 ;;; register load, otherwise it uses add.
 190 (define-vop (fast-+/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 191   (:translate +)
 192   (:args (x :scs (any-reg) :target r
 193             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 194                                (sc-is y any-reg)
 195                                (sc-is r control-stack)
 196                                (location= x r))))
 197          (y :scs (any-reg control-stack)))
 198   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 199   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 200                :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
 201                                   (sc-is y any-reg)
 202                                   (sc-is r control-stack)
 203                                   (location= x r)))))
 204   (:result-types tagged-num)
 205   (:note "inline fixnum arithmetic")
 206   (:generator 2
 207     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is y any-reg) (sc-is r any-reg)
 208                 (not (location= x r)))
 209            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 210           (t
 211            (move r x)
 212            (inst add r y)))))
 213
 214 (define-vop (fast-+-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 215   (:translate +)
 216   (:args (x :target r :scs (any-reg control-stack)))
 217   (:info y)
 218   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 219   (:results (r :scs (any-reg)
 220                :load-if (not (location= x r))))
 221   (:result-types tagged-num)
 222   (:note "inline fixnum arithmetic")
 223   (:generator 1
 224     (cond ((and (sc-is x any-reg) (sc-is r any-reg) (not (location= x r)))
 225            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp (fixnumize y))))
 226           (t
 227            (move r x)
 228            (inst add r (fixnumize y))))))
 229
 230 (define-vop (fast-+/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 231   (:translate +)
 232   (:args (x :scs (signed-reg) :target r
 233             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 234                                (sc-is y signed-reg)
 235                                (sc-is r signed-stack)
 236                                (location= x r))))
 237          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 238   (:arg-types signed-num signed-num)
 239   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 240                :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 241                                   (sc-is y signed-reg)
 242                                   (location= x r)))))
 243   (:result-types signed-num)
 244   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 245   (:generator 5
 246     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is y signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 247                 (not (location= x r)))
 248            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 249           (t
 250            (move r x)
 251            (inst add r y)))))
 252
 253
 254 ;;;; Special logand cases: (logand signed unsigned) => unsigned
 255
 256 (define-vop (fast-logand/signed-unsigned=>unsigned
 257              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 258   (:args (x :target r :scs (signed-reg)
 259             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
 260                                (sc-is y unsigned-reg)
 261                                (sc-is r unsigned-stack)
 262                                (location= x r))))
 263          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 264   (:arg-types signed-num unsigned-num))
 265
 266 (define-vop (fast-logand-c/signed-unsigned=>unsigned
 267              fast-logand-c/unsigned=>unsigned)
 268   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 269   (:arg-types signed-num (:constant (unsigned-byte 32))))
 270
 271 (define-vop (fast-logand/unsigned-signed=>unsigned
 272              fast-logand/unsigned=>unsigned)
 273   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg)
 274             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 275                                (sc-is y signed-reg)
 276                                (sc-is r unsigned-stack)
 277                                (location= x r))))
 278          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 279   (:arg-types unsigned-num signed-num))
 280 \f
 281
 282 (define-vop (fast-+-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 283   (:translate +)
 284   (:args (x :target r :scs (signed-reg signed-stack)))
 285   (:info y)
 286   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 287   (:results (r :scs (signed-reg)
 288                :load-if (not (location= x r))))
 289   (:result-types signed-num)
 290   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 291   (:generator 4
 292     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (sc-is r signed-reg)
 293                 (not (location= x r)))
 294            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp y)))
 295           (t
 296            (move r x)
 297            (if (= y 1)
 298                (inst inc r)
 299              (inst add r y))))))
 300
 301 (define-vop (fast-+/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 302   (:translate +)
 303   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target r
 304             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 305                                (sc-is y unsigned-reg)
 306                                (sc-is r unsigned-stack)
 307                                (location= x r))))
 308          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 309   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 310   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 311                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
 312                                   (sc-is y unsigned-reg)
 313                                   (sc-is r unsigned-stack)
 314                                   (location= x r)))))
 315   (:result-types unsigned-num)
 316   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 317   (:generator 5
 318     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is y unsigned-reg)
 319                 (sc-is r unsigned-reg) (not (location= x r)))
 320            (inst lea r (make-ea :qword :base x :index y :scale 1)))
 321           (t
 322            (move r x)
 323            (inst add r y)))))
 324
 325 (define-vop (fast-+-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 326   (:translate +)
 327   (:args (x :target r :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 328   (:info y)
 329   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 330   (:results (r :scs (unsigned-reg)
 331                :load-if (not (location= x r))))
 332   (:result-types unsigned-num)
 333   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 334   (:generator 4
 335     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (sc-is r unsigned-reg)
 336                 (not (location= x r)))
 337            (inst lea r (make-ea :qword :base x :disp y)))
 338           (t
 339            (move r x)
 340            (if (= y 1)
 341                (inst inc r)
 342              (inst add r y))))))
 343 \f
 344 ;;;; multiplication and division
 345
 346 (define-vop (fast-*/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 347   (:translate *)
 348   ;; We need different loading characteristics.
 349   (:args (x :scs (any-reg) :target r)
 350          (y :scs (any-reg control-stack)))
 351   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 352   (:results (r :scs (any-reg) :from (:argument 0)))
 353   (:result-types tagged-num)
 354   (:note "inline fixnum arithmetic")
 355   (:generator 4
 356     (move r x)
 357     (inst sar r 3)
 358     (inst imul r y)))
 359
 360 (define-vop (fast-*-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 361   (:translate *)
 362   ;; We need different loading characteristics.
 363   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
 364   (:info y)
 365   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 366   (:results (r :scs (any-reg)))
 367   (:result-types tagged-num)
 368   (:note "inline fixnum arithmetic")
 369   (:generator 3
 370     (inst imul r x y)))
 371
 372 (define-vop (fast-*/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 373   (:translate *)
 374   ;; We need different loading characteristics.
 375   (:args (x :scs (signed-reg) :target r)
 376          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 377   (:arg-types signed-num signed-num)
 378   (:results (r :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 379   (:result-types signed-num)
 380   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 381   (:generator 5
 382     (move r x)
 383     (inst imul r y)))
 384
 385 (define-vop (fast-*-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 386   (:translate *)
 387   ;; We need different loading characteristics.
 388   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
 389   (:info y)
 390   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 391   (:results (r :scs (signed-reg)))
 392   (:result-types signed-num)
 393   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 394   (:generator 4
 395     (inst imul r x y)))
 396
 397 (define-vop (fast-*/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 398   (:translate *)
 399   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 400          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
 401   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 402   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target result
 403                    :from (:argument 0) :to :result) eax)
 404   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset
 405                    :from :eval :to :result) edx)
 406   (:ignore edx)
 407   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
 408   (:result-types unsigned-num)
 409   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 410   (:vop-var vop)
 411   (:save-p :compute-only)
 412   (:generator 6
 413     (move eax x)
 414     (inst mul eax y)
 415     (move result eax)))
 416
 417
 418 (define-vop (fast-truncate/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 419   (:translate truncate)
 420   (:args (x :scs (any-reg) :target eax)
 421          (y :scs (any-reg control-stack)))
 422   (:arg-types tagged-num tagged-num)
 423   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 424                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 425   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 426                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 427   (:results (quo :scs (any-reg))
 428             (rem :scs (any-reg)))
 429   (:result-types tagged-num tagged-num)
 430   (:note "inline fixnum arithmetic")
 431   (:vop-var vop)
 432   (:save-p :compute-only)
 433   (:generator 31
 434     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 435       (if (sc-is y any-reg)
 436           (inst test y y)  ; smaller instruction
 437           (inst cmp y 0))
 438       (inst jmp :eq zero))
 439     (move eax x)
 440     (inst cqo)
 441     (inst idiv eax y)
 442     (if (location= quo eax)
 443         (inst shl eax 3)
 444         (inst lea quo (make-ea :qword :index eax :scale 8)))
 445     (move rem edx)))
 446
 447 (define-vop (fast-truncate-c/fixnum=>fixnum fast-safe-arith-op)
 448   (:translate truncate)
 449   (:args (x :scs (any-reg) :target eax))
 450   (:info y)
 451   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
 452   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 453                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 454   (:temporary (:sc any-reg :offset edx-offset :target rem
 455                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 456   (:temporary (:sc any-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 457   (:results (quo :scs (any-reg))
 458             (rem :scs (any-reg)))
 459   (:result-types tagged-num tagged-num)
 460   (:note "inline fixnum arithmetic")
 461   (:vop-var vop)
 462   (:save-p :compute-only)
 463   (:generator 30
 464     (move eax x)
 465     (inst cqo)
 466     (inst mov y-arg (fixnumize y))
 467     (inst idiv eax y-arg)
 468     (if (location= quo eax)
 469         (inst shl eax 3)
 470         (inst lea quo (make-ea :qword :index eax :scale 8)))
 471     (move rem edx)))
 472
 473 (define-vop (fast-truncate/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 474   (:translate truncate)
 475   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
 476          (y :scs (unsigned-reg signed-stack)))
 477   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
 478   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 479                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 480   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 481                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 482   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 483             (rem :scs (unsigned-reg)))
 484   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 485   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 486   (:vop-var vop)
 487   (:save-p :compute-only)
 488   (:generator 33
 489     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 490       (if (sc-is y unsigned-reg)
 491           (inst test y y)  ; smaller instruction
 492           (inst cmp y 0))
 493       (inst jmp :eq zero))
 494     (move eax x)
 495     (inst xor edx edx)
 496     (inst div eax y)
 497     (move quo eax)
 498     (move rem edx)))
 499
 500 (define-vop (fast-truncate-c/unsigned=>unsigned fast-safe-arith-op)
 501   (:translate truncate)
 502   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax))
 503   (:info y)
 504   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
 505   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :target quo
 506                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 507   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :target rem
 508                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 509   (:temporary (:sc unsigned-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 510   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
 511             (rem :scs (unsigned-reg)))
 512   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
 513   (:note "inline (unsigned-byte 32) arithmetic")
 514   (:vop-var vop)
 515   (:save-p :compute-only)
 516   (:generator 32
 517     (move eax x)
 518     (inst xor edx edx)
 519     (inst mov y-arg y)
 520     (inst div eax y-arg)
 521     (move quo eax)
 522     (move rem edx)))
 523
 524 (define-vop (fast-truncate/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 525   (:translate truncate)
 526   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax)
 527          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
 528   (:arg-types signed-num signed-num)
 529   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 530                    :from (:argument 0) :to (:result 0)) eax)
 531   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 532                    :from (:argument 0) :to (:result 1)) edx)
 533   (:results (quo :scs (signed-reg))
 534             (rem :scs (signed-reg)))
 535   (:result-types signed-num signed-num)
 536   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 537   (:vop-var vop)
 538   (:save-p :compute-only)
 539   (:generator 33
 540     (let ((zero (generate-error-code vop division-by-zero-error x y)))
 541       (if (sc-is y signed-reg)
 542           (inst test y y)  ; smaller instruction
 543           (inst cmp y 0))
 544       (inst jmp :eq zero))
 545     (move eax x)
 546     (inst cqo)
 547     (inst idiv eax y)
 548     (move quo eax)
 549     (move rem edx)))
 550
 551 (define-vop (fast-truncate-c/signed=>signed fast-safe-arith-op)
 552   (:translate truncate)
 553   (:args (x :scs (signed-reg) :target eax))
 554   (:info y)
 555   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
 556   (:temporary (:sc signed-reg :offset eax-offset :target quo
 557                    :from :argument :to (:result 0)) eax)
 558   (:temporary (:sc signed-reg :offset edx-offset :target rem
 559                    :from :eval :to (:result 1)) edx)
 560   (:temporary (:sc signed-reg :from :eval :to :result) y-arg)
 561   (:results (quo :scs (signed-reg))
 562             (rem :scs (signed-reg)))
 563   (:result-types signed-num signed-num)
 564   (:note "inline (signed-byte 32) arithmetic")
 565   (:vop-var vop)
 566   (:save-p :compute-only)
 567   (:generator 32
 568     (move eax x)
 569     (inst cqo)
 570     (inst mov y-arg y)
 571     (inst idiv eax y-arg)
 572     (move quo eax)
 573     (move rem edx)))
 574
 575
 576 \f
 577 ;;;; Shifting
 578 (define-vop (fast-ash-c/fixnum=>fixnum)
 579   (:translate ash)
 580   (:policy :fast-safe)
 581   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 582                  :load-if (not (and (sc-is number any-reg control-stack)
 583                                     (sc-is result any-reg control-stack)
 584                                     (location= number result)))))
 585   (:info amount)
 586   (:arg-types tagged-num (:constant integer))
 587   (:results (result :scs (any-reg)
 588                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 589                                        (sc-is result control-stack)
 590                                        (location= number result)))))
 591   (:result-types tagged-num)
 592   (:note "inline ASH")
 593   (:generator 2
 594     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 595            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 2)))
 596           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 597            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 598           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 599            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 600           (t
 601            (move result number)
 602            (cond ((plusp amount)
 603                   ;; We don't have to worry about overflow because of the
 604                   ;; result type restriction.
 605                   (inst shl result amount))
 606                  ((zerop amount)  )
 607                  ((< amount -63)
 608                   (inst xor result result))
 609                  (t
 610                   ;; shift too far then back again, to zero tag bits
 611                   (inst sar result (- 3 amount))
 612                   (inst lea result
 613                         (make-ea :qword :index result :scale 8))))))))
 614
 615
 616 (define-vop (fast-ash-left/fixnum=>fixnum)
 617   (:translate ash)
 618   (:args (number :scs (any-reg) :target result
 619                  :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 620                                     (sc-is result control-stack)
 621                                     (location= number result))))
 622          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 623   (:arg-types tagged-num positive-fixnum)
 624   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 625   (:results (result :scs (any-reg) :from (:argument 0)
 626                     :load-if (not (and (sc-is number control-stack)
 627                                        (sc-is result control-stack)
 628                                        (location= number result)))))
 629   (:result-types tagged-num)
 630   (:policy :fast-safe)
 631   (:note "inline ASH")
 632   (:generator 3
 633     (move result number)
 634     (move ecx amount)
 635     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 636     (inst shl result :cl)))
 637
 638 (define-vop (fast-ash-c/signed=>signed)
 639   (:translate ash)
 640   (:policy :fast-safe)
 641   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 642                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 643                                     (sc-is result signed-stack)
 644                                     (location= number result)))))
 645   (:info amount)
 646   (:arg-types signed-num (:constant integer))
 647   (:results (result :scs (signed-reg)
 648                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 649                                        (sc-is result signed-stack)
 650                                        (location= number result)))))
 651   (:result-types signed-num)
 652   (:note "inline ASH")
 653   (:generator 3
 654     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 655            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 2)))
 656           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 657            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 658           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 659            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 660           (t
 661            (move result number)
 662            (cond ((plusp amount) (inst shl result amount))
 663                  (t (inst sar result (min 63 (- amount)))))))))
 664
 665 (define-vop (fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
 666   (:translate ash)
 667   (:policy :fast-safe)
 668   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 669                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 670                                     (sc-is result unsigned-stack)
 671                                     (location= number result)))))
 672   (:info amount)
 673   (:arg-types unsigned-num (:constant integer))
 674   (:results (result :scs (unsigned-reg)
 675                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 676                                        (sc-is result unsigned-stack)
 677                                        (location= number result)))))
 678   (:result-types unsigned-num)
 679   (:note "inline ASH")
 680   (:generator 3
 681     (cond ((and (= amount 1) (not (location= number result)))
 682            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 2)))
 683           ((and (= amount 2) (not (location= number result)))
 684            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 4)))
 685           ((and (= amount 3) (not (location= number result)))
 686            (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
 687           (t
 688            (move result number)
 689            (cond ((< -64 amount 64) ;; XXXX
 690                   ;; this code is used both in ASH and ASH-MOD32, so
 691                   ;; be careful
 692                   (if (plusp amount)
 693                       (inst shl result amount)
 694                       (inst shr result (- amount))))
 695                  (t (if (sc-is result unsigned-reg)
 696                         (inst xor result result)
 697                         (inst mov result 0))))))))
 698
 699 (define-vop (fast-ash-left/signed=>signed)
 700   (:translate ash)
 701   (:args (number :scs (signed-reg) :target result
 702                  :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 703                                     (sc-is result signed-stack)
 704                                     (location= number result))))
 705          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 706   (:arg-types signed-num positive-fixnum)
 707   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 708   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)
 709                     :load-if (not (and (sc-is number signed-stack)
 710                                        (sc-is result signed-stack)
 711                                        (location= number result)))))
 712   (:result-types signed-num)
 713   (:policy :fast-safe)
 714   (:note "inline ASH")
 715   (:generator 4
 716     (move result number)
 717     (move ecx amount)
 718     (inst shl result :cl)))
 719
 720 (define-vop (fast-ash-left/unsigned=>unsigned)
 721   (:translate ash)
 722   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result
 723                  :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 724                                     (sc-is result unsigned-stack)
 725                                     (location= number result))))
 726          (amount :scs (unsigned-reg) :target ecx))
 727   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
 728   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 729   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
 730                     :load-if (not (and (sc-is number unsigned-stack)
 731                                        (sc-is result unsigned-stack)
 732                                        (location= number result)))))
 733   (:result-types unsigned-num)
 734   (:policy :fast-safe)
 735   (:note "inline ASH")
 736   (:generator 4
 737     (move result number)
 738     (move ecx amount)
 739     (inst shl result :cl)))
 740
 741 (define-vop (fast-ash/signed=>signed)
 742   (:translate ash)
 743   (:policy :fast-safe)
 744   (:args (number :scs (signed-reg) :target result)
 745          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 746   (:arg-types signed-num signed-num)
 747   (:results (result :scs (signed-reg) :from (:argument 0)))
 748   (:result-types signed-num)
 749   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 750   (:note "inline ASH")
 751   (:generator 5
 752     (move result number)
 753     (move ecx amount)
 754     (inst or ecx ecx)
 755     (inst jmp :ns positive)
 756     (inst neg ecx)
 757     (inst cmp ecx 63)
 758     (inst jmp :be okay)
 759     (inst mov ecx 63)
 760     OKAY
 761     (inst sar result :cl)
 762     (inst jmp done)
 763
 764     POSITIVE
 765     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 766     (inst shl result :cl)
 767
 768     DONE))
 769
 770 (define-vop (fast-ash/unsigned=>unsigned)
 771   (:translate ash)
 772   (:policy :fast-safe)
 773   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 774          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 775   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 776   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 777   (:result-types unsigned-num)
 778   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 779   (:note "inline ASH")
 780   (:generator 5
 781     (move result number)
 782     (move ecx amount)
 783     (inst or ecx ecx)
 784     (inst jmp :ns positive)
 785     (inst neg ecx)
 786     (inst cmp ecx 63)
 787     (inst jmp :be okay)
 788     (inst xor result result)
 789     (inst jmp done)
 790     OKAY
 791     (inst shr result :cl)
 792     (inst jmp done)
 793
 794     POSITIVE
 795     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 796     (inst shl result :cl)
 797
 798     DONE))
 799
 800 (in-package "SB!C")
 801
 802 (defknown %lea (integer integer (member 1 2 4 8 16) (signed-byte 64))
 803   integer
 804   (foldable flushable movable))
 805
 806 (defoptimizer (%lea derive-type) ((base index scale disp))
 807   (when (and (constant-lvar-p scale)
 808              (constant-lvar-p disp))
 809     (let ((scale (lvar-value scale))
 810           (disp (lvar-value disp))
 811           (base-type (lvar-type base))
 812           (index-type (lvar-type index)))
 813       (when (and (numeric-type-p base-type)
 814                  (numeric-type-p index-type))
 815         (let ((base-lo (numeric-type-low base-type))
 816               (base-hi (numeric-type-high base-type))
 817               (index-lo (numeric-type-low index-type))
 818               (index-hi (numeric-type-high index-type)))
 819           (make-numeric-type :class 'integer
 820                              :complexp :real
 821                              :low (when (and base-lo index-lo)
 822                                     (+ base-lo (* index-lo scale) disp))
 823                              :high (when (and base-hi index-hi)
 824                                      (+ base-hi (* index-hi scale) disp))))))))
 825
 826 (defun %lea (base index scale disp)
 827   (+ base (* index scale) disp))
 828
 829 (in-package "SB!VM")
 830
 831 (define-vop (%lea/unsigned=>unsigned)
 832   (:translate %lea)
 833   (:policy :fast-safe)
 834   (:args (base :scs (unsigned-reg))
 835          (index :scs (unsigned-reg)))
 836   (:info scale disp)
 837   (:arg-types unsigned-num unsigned-num
 838               (:constant (member 1 2 4 8))
 839               (:constant (signed-byte 64)))
 840   (:results (r :scs (unsigned-reg)))
 841   (:result-types unsigned-num)
 842   (:generator 5
 843     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 844                          :scale scale :disp disp))))
 845
 846 (define-vop (%lea/signed=>signed)
 847   (:translate %lea)
 848   (:policy :fast-safe)
 849   (:args (base :scs (signed-reg))
 850          (index :scs (signed-reg)))
 851   (:info scale disp)
 852   (:arg-types signed-num signed-num
 853               (:constant (member 1 2 4 8))
 854               (:constant (signed-byte 64)))
 855   (:results (r :scs (signed-reg)))
 856   (:result-types signed-num)
 857   (:generator 4
 858     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 859                          :scale scale :disp disp))))
 860
 861 (define-vop (%lea/fixnum=>fixnum)
 862   (:translate %lea)
 863   (:policy :fast-safe)
 864   (:args (base :scs (any-reg))
 865          (index :scs (any-reg)))
 866   (:info scale disp)
 867   (:arg-types tagged-num tagged-num
 868               (:constant (member 1 2 4 8))
 869               (:constant (signed-byte 64)))
 870   (:results (r :scs (any-reg)))
 871   (:result-types tagged-num)
 872   (:generator 3
 873     (inst lea r (make-ea :qword :base base :index index
 874                          :scale scale :disp disp))))
 875
 876 ;;; FIXME: before making knowledge of this too public, it needs to be
 877 ;;; fixed so that it's actually _faster_ than the non-CMOV version; at
 878 ;;; least on my Celeron-XXX laptop, this version is marginally slower
 879 ;;; than the above version with branches.  -- CSR, 2003-09-04
 880 (define-vop (fast-cmov-ash/unsigned=>unsigned)
 881   (:translate ash)
 882   (:policy :fast-safe)
 883   (:args (number :scs (unsigned-reg) :target result)
 884          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
 885   (:arg-types unsigned-num signed-num)
 886   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
 887   (:result-types unsigned-num)
 888   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
 889   (:temporary (:sc any-reg :from (:eval 0) :to (:eval 1)) zero)
 890   (:note "inline ASH")
 891   (:guard (member :cmov *backend-subfeatures*))
 892   (:generator 4
 893     (move result number)
 894     (move ecx amount)
 895     (inst or ecx ecx)
 896     (inst jmp :ns positive)
 897     (inst neg ecx)
 898     (inst xor zero zero)
 899     (inst shr result :cl)
 900     (inst cmp ecx 63)
 901     (inst cmov :nbe result zero)
 902     (inst jmp done)
 903
 904     POSITIVE
 905     ;; The result-type ensures us that this shift will not overflow.
 906     (inst shl result :cl)
 907
 908     DONE))
 909 \f
 910 ;;; Note: documentation for this function is wrong - rtfm
 911 (define-vop (signed-byte-64-len)
 912   (:translate integer-length)
 913   (:note "inline (signed-byte 32) integer-length")
 914   (:policy :fast-safe)
 915   (:args (arg :scs (signed-reg) :target res))
 916   (:arg-types signed-num)
 917   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 918   (:result-types unsigned-num)
 919   (:generator 28
 920     (move res arg)
 921     (inst cmp res 0)
 922     (inst jmp :ge POS)
 923     (inst not res)
 924     POS
 925     (inst bsr res res)
 926     (inst jmp :z zero)
 927     (inst inc res)
 928     (inst jmp done)
 929     ZERO
 930     (inst xor res res)
 931     DONE))
 932
 933 (define-vop (unsigned-byte-64-len)
 934   (:translate integer-length)
 935   (:note "inline (unsigned-byte 32) integer-length")
 936   (:policy :fast-safe)
 937   (:args (arg :scs (unsigned-reg)))
 938   (:arg-types unsigned-num)
 939   (:results (res :scs (unsigned-reg)))
 940   (:result-types unsigned-num)
 941   (:generator 26
 942     (inst bsr res arg)
 943     (inst jmp :z zero)
 944     (inst inc res)
 945     (inst jmp done)
 946     ZERO
 947     (inst xor res res)
 948     DONE))
 949
 950
 951 (define-vop (unsigned-byte-64-count)
 952   (:translate logcount)
 953   (:note "inline (unsigned-byte 64) logcount")
 954   (:policy :fast-safe)
 955   (:args (arg :scs (unsigned-reg)))
 956   (:arg-types unsigned-num)
 957   (:results (result :scs (unsigned-reg)))
 958   (:result-types positive-fixnum)
 959   (:temporary (:sc unsigned-reg :from (:argument 0)) temp)
 960   (:temporary (:sc unsigned-reg :from (:argument 0)) t1)
 961   (:generator 60
 962     (move result arg)
 963
 964     (inst mov temp result)
 965     (inst shr temp 1)
 966     (inst and result #x55555555)        ; note these masks will restrict the
 967     (inst and temp #x55555555)          ; count to the lower half of arg
 968     (inst add result temp)
 969
 970     (inst mov temp result)
 971     (inst shr temp 2)
 972     (inst and result #x33333333)
 973     (inst and temp #x33333333)
 974     (inst add result temp)
 975
 976     (inst mov temp result)
 977     (inst shr temp 4)
 978     (inst and result #x0f0f0f0f)
 979     (inst and temp #x0f0f0f0f)
 980     (inst add result temp)
 981
 982     (inst mov temp result)
 983     (inst shr temp 8)
 984     (inst and result #x00ff00ff)
 985     (inst and temp #x00ff00ff)
 986     (inst add result temp)
 987
 988     (inst mov temp result)
 989     (inst shr temp 16)
 990     (inst and result #x0000ffff)
 991     (inst and temp #x0000ffff)
 992     (inst add result temp)
 993
 994     ;;; now do the upper half
 995     (move t1 arg)
 996     (inst bswap t1)
 997
 998     (inst mov temp t1)
 999     (inst shr temp 1)
1000     (inst and t1 #x55555555)
1001     (inst and temp #x55555555)
1002     (inst add t1 temp)
1003
1004     (inst mov temp t1)
1005     (inst shr temp 2)
1006     (inst and t1 #x33333333)
1007     (inst and temp #x33333333)
1008     (inst add t1 temp)
1009
1010     (inst mov temp t1)
1011     (inst shr temp 4)
1012     (inst and t1 #x0f0f0f0f)
1013     (inst and temp #x0f0f0f0f)
1014     (inst add t1 temp)
1015
1016     (inst mov temp t1)
1017     (inst shr temp 8)
1018     (inst and t1 #x00ff00ff)
1019     (inst and temp #x00ff00ff)
1020     (inst add t1 temp)
1021
1022     (inst mov temp t1)
1023     (inst shr temp 16)
1024     (inst and t1 #x0000ffff)
1025     (inst and temp #x0000ffff)
1026     (inst add t1 temp)
1027     (inst add result t1)))
1028
1029
1030 \f
1031 ;;;; binary conditional VOPs
1032
1033 (define-vop (fast-conditional)
1034   (:conditional)
1035   (:info target not-p)
1036   (:effects)
1037   (:affected)
1038   (:policy :fast-safe))
1039
1040 ;;; constant variants are declared for 32 bits not 64 bits, because
1041 ;;; loading a 64 bit constant is silly
1042
1043 (define-vop (fast-conditional/fixnum fast-conditional)
1044   (:args (x :scs (any-reg)
1045             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1046                                (sc-is y any-reg))))
1047          (y :scs (any-reg control-stack)))
1048   (:arg-types tagged-num tagged-num)
1049   (:note "inline fixnum comparison"))
1050
1051 (define-vop (fast-conditional-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
1052   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
1053   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
1054   (:info target not-p y))
1055
1056 (define-vop (fast-conditional/signed fast-conditional)
1057   (:args (x :scs (signed-reg)
1058             :load-if (not (and (sc-is x signed-stack)
1059                                (sc-is y signed-reg))))
1060          (y :scs (signed-reg signed-stack)))
1061   (:arg-types signed-num signed-num)
1062   (:note "inline (signed-byte 32) comparison"))
1063
1064 (define-vop (fast-conditional-c/signed fast-conditional/signed)
1065   (:args (x :scs (signed-reg signed-stack)))
1066   (:arg-types signed-num (:constant (signed-byte 32)))
1067   (:info target not-p y))
1068
1069 (define-vop (fast-conditional/unsigned fast-conditional)
1070   (:args (x :scs (unsigned-reg)
1071             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1072                                (sc-is y unsigned-reg))))
1073          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1074   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
1075   (:note "inline (unsigned-byte 32) comparison"))
1076
1077 (define-vop (fast-conditional-c/unsigned fast-conditional/unsigned)
1078   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1079   (:arg-types unsigned-num (:constant (unsigned-byte 32)))
1080   (:info target not-p y))
1081
1082
1083 (macrolet ((define-conditional-vop (tran cond unsigned not-cond not-unsigned)
1084              `(progn
1085                 ,@(mapcar
1086                    (lambda (suffix cost signed)
1087                      `(define-vop (;; FIXME: These could be done more
1088                                    ;; cleanly with SYMBOLICATE.
1089                                    ,(intern (format nil "~:@(FAST-IF-~A~A~)"
1090                                                     tran suffix))
1091                                    ,(intern
1092                                      (format nil "~:@(FAST-CONDITIONAL~A~)"
1093                                              suffix)))
1094                         (:translate ,tran)
1095                         (:generator ,cost
1096                                     (inst cmp x
1097                                           ,(if (eq suffix '-c/fixnum)
1098                                                '(fixnumize y)
1099                                                'y))
1100                                     (inst jmp (if not-p
1101                                                   ,(if signed
1102                                                        not-cond
1103                                                        not-unsigned)
1104                                                   ,(if signed
1105                                                        cond
1106                                                        unsigned))
1107                                           target))))
1108                    '(/fixnum -c/fixnum /signed -c/signed /unsigned -c/unsigned)
1109 ;                  '(/fixnum  /signed  /unsigned)
1110                    '(4 3 6 5 6 5)
1111                    '(t t t t nil nil)))))
1112
1113   (define-conditional-vop < :l :b :ge :ae)
1114   (define-conditional-vop > :g :a :le :be))
1115
1116 (define-vop (fast-if-eql/signed fast-conditional/signed)
1117   (:translate eql)
1118   (:generator 6
1119     (inst cmp x y)
1120     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1121
1122 (define-vop (fast-if-eql-c/signed fast-conditional-c/signed)
1123   (:translate eql)
1124   (:generator 5
1125     (cond ((and (sc-is x signed-reg) (zerop y))
1126            (inst test x x))  ; smaller instruction
1127           (t
1128            (inst cmp x y)))
1129     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1130
1131 (define-vop (fast-if-eql/unsigned fast-conditional/unsigned)
1132   (:translate eql)
1133   (:generator 6
1134     (inst cmp x y)
1135     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1136
1137 (define-vop (fast-if-eql-c/unsigned fast-conditional-c/unsigned)
1138   (:translate eql)
1139   (:generator 5
1140     (cond ((and (sc-is x unsigned-reg) (zerop y))
1141            (inst test x x))  ; smaller instruction
1142           (t
1143            (inst cmp x y)))
1144     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1145
1146 ;;; EQL/FIXNUM is funny because the first arg can be of any type, not just a
1147 ;;; known fixnum.
1148
1149 ;;; These versions specify a fixnum restriction on their first arg. We have
1150 ;;; also generic-eql/fixnum VOPs which are the same, but have no restriction on
1151 ;;; the first arg and a higher cost. The reason for doing this is to prevent
1152 ;;; fixnum specific operations from being used on word integers, spuriously
1153 ;;; consing the argument.
1154
1155 (define-vop (fast-eql/fixnum fast-conditional)
1156   (:args (x :scs (any-reg)
1157             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1158                                (sc-is y any-reg))))
1159          (y :scs (any-reg control-stack)))
1160   (:arg-types tagged-num tagged-num)
1161   (:note "inline fixnum comparison")
1162   (:translate eql)
1163   (:generator 4
1164     (inst cmp x y)
1165     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1166 (define-vop (generic-eql/fixnum fast-eql/fixnum)
1167   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg)
1168             :load-if (not (and (sc-is x control-stack)
1169                                (sc-is y any-reg))))
1170          (y :scs (any-reg control-stack)))
1171   (:arg-types * tagged-num)
1172   (:variant-cost 7))
1173
1174
1175 (define-vop (fast-eql-c/fixnum fast-conditional/fixnum)
1176   (:args (x :scs (any-reg control-stack)))
1177   (:arg-types tagged-num (:constant (signed-byte 29)))
1178   (:info target not-p y)
1179   (:translate eql)
1180   (:generator 2
1181     (cond ((and (sc-is x any-reg) (zerop y))
1182            (inst test x x))  ; smaller instruction
1183           (t
1184            (inst cmp x (fixnumize y))))
1185     (inst jmp (if not-p :ne :e) target)))
1186
1187 (define-vop (generic-eql-c/fixnum fast-eql-c/fixnum)
1188   (:args (x :scs (any-reg descriptor-reg control-stack)))
1189   (:arg-types * (:constant (signed-byte 29)))
1190   (:variant-cost 6))
1191 \f
1192 ;;;; 32-bit logical operations
1193
1194 (define-vop (merge-bits)
1195   (:translate merge-bits)
1196   (:args (shift :scs (signed-reg unsigned-reg) :target ecx)
1197          (prev :scs (unsigned-reg) :target result)
1198          (next :scs (unsigned-reg)))
1199   (:arg-types tagged-num unsigned-num unsigned-num)
1200   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 0)) ecx)
1201   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 1)))
1202   (:result-types unsigned-num)
1203   (:policy :fast-safe)
1204   (:generator 4
1205     (move ecx shift)
1206     (move result prev)
1207     (inst shrd result next :cl)))
1208
1209 ;;; Only the lower 6 bits of the shift amount are significant.
1210 (define-vop (shift-towards-someplace)
1211   (:policy :fast-safe)
1212   (:args (num :scs (unsigned-reg) :target r)
1213          (amount :scs (signed-reg) :target ecx))
1214   (:arg-types unsigned-num tagged-num)
1215   (:temporary (:sc signed-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1216   (:results (r :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)))
1217   (:result-types unsigned-num))
1218
1219 (define-vop (shift-towards-start shift-towards-someplace)
1220   (:translate shift-towards-start)
1221   (:note "SHIFT-TOWARDS-START")
1222   (:generator 1
1223     (move r num)
1224     (move ecx amount)
1225     (inst shr r :cl)))
1226
1227 (define-vop (shift-towards-end shift-towards-someplace)
1228   (:translate shift-towards-end)
1229   (:note "SHIFT-TOWARDS-END")
1230   (:generator 1
1231     (move r num)
1232     (move ecx amount)
1233     (inst shl r :cl)))
1234 \f
1235 ;;;; Modular functions
1236
1237 (macrolet ((define-modular-backend (fun &optional constantp)
1238              (collect ((forms))
1239                (dolist (info '((60 fixnum) (64 unsigned)))
1240                  (destructuring-bind (width regtype) info
1241                    (let ((mfun-name (intern (format nil "~A-MOD~A" fun width)))
1242                          (mvop (intern (format nil "FAST-~A-MOD~A/~A=>~A"
1243                                                fun width regtype regtype)))
1244                          (mcvop (intern (format nil "FAST-~A-MOD~A-C/~A=>~A"
1245                                                 fun width regtype regtype)))
1246                          (vop (intern (format nil "FAST-~A/~A=>~A"
1247                                               fun regtype regtype)))
1248                          (cvop (intern (format nil "FAST-~A-C/~A=>~A"
1249                                                fun regtype regtype))))
1250                      (forms `(define-modular-fun ,mfun-name (x y) ,fun ,width))
1251                      (forms `(define-vop (,mvop ,vop)
1252                               (:translate ,mfun-name)))
1253                      (when constantp
1254                        (forms `(define-vop (,mcvop ,cvop)
1255                                 (:translate ,mfun-name)))))))
1256                `(progn ,@(forms)))))
1257   (define-modular-backend + t)
1258   (define-modular-backend - t)
1259   (define-modular-backend *)            ; FIXME: there exists a
1260                                         ; FAST-*-C/FIXNUM=>FIXNUM VOP which
1261                                         ; should be used for the MOD60 case,
1262                                         ; but the MOD64 case cannot accept
1263                                         ; immediate arguments.
1264   (define-modular-backend logxor t))
1265
1266 (define-vop (fast-ash-left-mod64-c/unsigned=>unsigned
1267              fast-ash-c/unsigned=>unsigned)
1268   (:translate ash-left-mod64))
1269
1270 (in-package "SB!C")
1271
1272 (defknown sb!vm::%lea-mod64 (integer integer (member 1 2 4 8) (signed-byte 64))
1273   (unsigned-byte 64)
1274   (foldable flushable movable))
1275
1276 (define-modular-fun-optimizer %lea ((base index scale disp) :width width)
1277   (when (and (<= width 64)
1278              (constant-lvar-p scale)
1279              (constant-lvar-p disp))
1280     (cut-to-width base width)
1281     (cut-to-width index width)
1282     'sb!vm::%lea-mod64))
1283
1284 #+sb-xc-host
1285 (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
1286   (ldb (byte 64 0) (%lea base index scale disp)))
1287 #-sb-xc-host
1288 (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
1289   (let ((base (logand base #xffffffffffffffff))
1290         (index (logand index #xffffffffffffffff)))
1291     ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
1292     ;; constant SCALE and DISP.
1293     (ldb (byte 64 0) (+ base (* index scale) disp))))
1294
1295 (in-package "SB!VM")
1296
1297 (define-vop (%lea-mod64/unsigned=>unsigned
1298              %lea/unsigned=>unsigned)
1299   (:translate %lea-mod64))
1300
1301 ;;; logical operations
1302 (define-modular-fun lognot-mod64 (x) lognot 64)
1303 (define-vop (lognot-mod64/unsigned=>unsigned)
1304   (:translate lognot-mod64)
1305   (:args (x :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target r
1306             :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1307                                (sc-is r unsigned-stack)
1308                                (location= x r)))))
1309   (:arg-types unsigned-num)
1310   (:results (r :scs (unsigned-reg)
1311                :load-if (not (and (sc-is x unsigned-stack)
1312                                   (sc-is r unsigned-stack)
1313                                   (location= x r)))))
1314   (:result-types unsigned-num)
1315   (:policy :fast-safe)
1316   (:generator 1
1317     (move r x)
1318     (inst not r)))
1319
1320 (define-source-transform logeqv (&rest args)
1321   (if (oddp (length args))
1322       `(logxor ,@args)
1323       `(lognot (logxor ,@args))))
1324 (define-source-transform logandc1 (x y)
1325   `(logand (lognot ,x) ,y))
1326 (define-source-transform logandc2 (x y)
1327   `(logand ,x (lognot ,y)))
1328 (define-source-transform logorc1 (x y)
1329   `(logior (lognot ,x) ,y))
1330 (define-source-transform logorc2 (x y)
1331   `(logior ,x (lognot ,y)))
1332 (define-source-transform lognor (x y)
1333   `(lognot (logior ,x ,y)))
1334 (define-source-transform lognand (x y)
1335   `(lognot (logand ,x ,y)))
1336 \f
1337 ;;;; bignum stuff
1338
1339 (define-vop (bignum-length get-header-data)
1340   (:translate sb!bignum:%bignum-length)
1341   (:policy :fast-safe))
1342
1343 (define-vop (bignum-set-length set-header-data)
1344   (:translate sb!bignum:%bignum-set-length)
1345   (:policy :fast-safe))
1346
1347 (define-full-reffer bignum-ref * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1348   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum:%bignum-ref)
1349
1350 (define-full-setter bignum-set * bignum-digits-offset other-pointer-lowtag
1351   (unsigned-reg) unsigned-num sb!bignum:%bignum-set)
1352
1353 (define-vop (digit-0-or-plus)
1354   (:translate sb!bignum:%digit-0-or-plusp)
1355   (:policy :fast-safe)
1356   (:args (digit :scs (unsigned-reg)))
1357   (:arg-types unsigned-num)
1358   (:conditional)
1359   (:info target not-p)
1360   (:generator 3
1361     (inst or digit digit)
1362     (inst jmp (if not-p :s :ns) target)))
1363
1364
1365 ;;; For add and sub with carry the sc of carry argument is any-reg so
1366 ;;; the it may be passed as a fixnum or word and thus may be 0, 1, or
1367 ;;; 4. This is easy to deal with and may save a fixnum-word
1368 ;;; conversion.
1369 (define-vop (add-w/carry)
1370   (:translate sb!bignum:%add-with-carry)
1371   (:policy :fast-safe)
1372   (:args (a :scs (unsigned-reg) :target result)
1373          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :eval)
1374          (c :scs (any-reg) :target temp))
1375   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1376   (:temporary (:sc any-reg :from (:argument 2) :to :eval) temp)
1377   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0))
1378             (carry :scs (unsigned-reg)))
1379   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1380   (:generator 4
1381     (move result a)
1382     (move temp c)
1383     (inst neg temp) ; Set the carry flag to 0 if c=0 else to 1
1384     (inst adc result b)
1385     (inst mov carry 0)
1386     (inst adc carry carry)))
1387
1388 ;;; Note: the borrow is the oppostite of the x86 convention - 1 for no
1389 ;;; borrow and 0 for a borrow.
1390 (define-vop (sub-w/borrow)
1391   (:translate sb!bignum:%subtract-with-borrow)
1392   (:policy :fast-safe)
1393   (:args (a :scs (unsigned-reg) :to :eval :target result)
1394          (b :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :to :result)
1395          (c :scs (any-reg control-stack)))
1396   (:arg-types unsigned-num unsigned-num positive-fixnum)
1397   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from :eval)
1398             (borrow :scs (unsigned-reg)))
1399   (:result-types unsigned-num positive-fixnum)
1400   (:generator 5
1401     (inst cmp c 1) ; Set the carry flag to 1 if c=0 else to 0
1402     (move result a)
1403     (inst sbb result b)
1404     (inst mov borrow 0)
1405     (inst adc borrow borrow)
1406     (inst xor borrow 1)))
1407
1408
1409 (define-vop (bignum-mult-and-add-3-arg)
1410   (:translate sb!bignum:%multiply-and-add)
1411   (:policy :fast-safe)
1412   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1413          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1414          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1415   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1416   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1417                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1418   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1419                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1420   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1421             (lo :scs (unsigned-reg)))
1422   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1423   (:generator 20
1424     (move eax x)
1425     (inst mul eax y)
1426     (inst add eax carry-in)
1427     (inst adc edx 0)
1428     (move hi edx)
1429     (move lo eax)))
1430
1431 (define-vop (bignum-mult-and-add-4-arg)
1432   (:translate sb!bignum:%multiply-and-add)
1433   (:policy :fast-safe)
1434   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1435          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1436          (prev :scs (unsigned-reg unsigned-stack))
1437          (carry-in :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1438   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1439   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1440                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1441   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1442                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1443   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1444             (lo :scs (unsigned-reg)))
1445   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1446   (:generator 20
1447     (move eax x)
1448     (inst mul eax y)
1449     (inst add eax prev)
1450     (inst adc edx 0)
1451     (inst add eax carry-in)
1452     (inst adc edx 0)
1453     (move hi edx)
1454     (move lo eax)))
1455
1456
1457 (define-vop (bignum-mult)
1458   (:translate sb!bignum:%multiply)
1459   (:policy :fast-safe)
1460   (:args (x :scs (unsigned-reg) :target eax)
1461          (y :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1462   (:arg-types unsigned-num unsigned-num)
1463   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 0)
1464                    :to (:result 1) :target lo) eax)
1465   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 1)
1466                    :to (:result 0) :target hi) edx)
1467   (:results (hi :scs (unsigned-reg))
1468             (lo :scs (unsigned-reg)))
1469   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1470   (:generator 20
1471     (move eax x)
1472     (inst mul eax y)
1473     (move hi edx)
1474     (move lo eax)))
1475
1476 (define-vop (bignum-lognot lognot-mod64/unsigned=>unsigned)
1477   (:translate sb!bignum:%lognot))
1478
1479 (define-vop (fixnum-to-digit)
1480   (:translate sb!bignum:%fixnum-to-digit)
1481   (:policy :fast-safe)
1482   (:args (fixnum :scs (any-reg control-stack) :target digit))
1483   (:arg-types tagged-num)
1484   (:results (digit :scs (unsigned-reg)
1485                    :load-if (not (and (sc-is fixnum control-stack)
1486                                       (sc-is digit unsigned-stack)
1487                                       (location= fixnum digit)))))
1488   (:result-types unsigned-num)
1489   (:generator 1
1490     (move digit fixnum)
1491     (inst sar digit 3)))
1492
1493 (define-vop (bignum-floor)
1494   (:translate sb!bignum:%floor)
1495   (:policy :fast-safe)
1496   (:args (div-high :scs (unsigned-reg) :target edx)
1497          (div-low :scs (unsigned-reg) :target eax)
1498          (divisor :scs (unsigned-reg unsigned-stack)))
1499   (:arg-types unsigned-num unsigned-num unsigned-num)
1500   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset eax-offset :from (:argument 1)
1501                    :to (:result 0) :target quo) eax)
1502   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset edx-offset :from (:argument 0)
1503                    :to (:result 1) :target rem) edx)
1504   (:results (quo :scs (unsigned-reg))
1505             (rem :scs (unsigned-reg)))
1506   (:result-types unsigned-num unsigned-num)
1507   (:generator 300
1508     (move edx div-high)
1509     (move eax div-low)
1510     (inst div eax divisor)
1511     (move quo eax)
1512     (move rem edx)))
1513
1514 (define-vop (signify-digit)
1515   (:translate sb!bignum:%fixnum-digit-with-correct-sign)
1516   (:policy :fast-safe)
1517   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target res))
1518   (:arg-types unsigned-num)
1519   (:results (res :scs (any-reg signed-reg)
1520                  :load-if (not (and (sc-is digit unsigned-stack)
1521                                     (sc-is res control-stack signed-stack)
1522                                     (location= digit res)))))
1523   (:result-types signed-num)
1524   (:generator 1
1525     (move res digit)
1526     (when (sc-is res any-reg control-stack)
1527       (inst shl res 3))))
1528
1529 (define-vop (digit-ashr)
1530   (:translate sb!bignum:%ashr)
1531   (:policy :fast-safe)
1532   (:args (digit :scs (unsigned-reg unsigned-stack) :target result)
1533          (count :scs (unsigned-reg) :target ecx))
1534   (:arg-types unsigned-num positive-fixnum)
1535   (:temporary (:sc unsigned-reg :offset ecx-offset :from (:argument 1)) ecx)
1536   (:results (result :scs (unsigned-reg) :from (:argument 0)
1537                     :load-if (not (and (sc-is result unsigned-stack)
1538                                        (location= digit result)))))
1539   (:result-types unsigned-num)
1540   (:generator 1
1541     (move result digit)
1542     (move ecx count)
1543     (inst sar result :cl)))
1544
1545 (define-vop (digit-lshr digit-ashr)
1546   (:translate sb!bignum:%digit-logical-shift-right)
1547   (:generator 1
1548     (move result digit)
1549     (move ecx count)
1550     (inst shr result :cl)))
1551
1552 (define-vop (digit-ashl digit-ashr)
1553   (:translate sb!bignum:%ashl)
1554   (:generator 1
1555     (move result digit)
1556     (move ecx count)
1557     (inst shl result :cl)))
1558 \f
1559 ;;;; static functions
1560
1561 (define-static-fun two-arg-/ (x y) :translate /)
1562
1563 (define-static-fun two-arg-gcd (x y) :translate gcd)
1564 (define-static-fun two-arg-lcm (x y) :translate lcm)
1565
1566 (define-static-fun two-arg-and (x y) :translate logand)
1567 (define-static-fun two-arg-ior (x y) :translate logior)
1568 (define-static-fun two-arg-xor (x y) :translate logxor)
1569
1570
1571 (in-package "SB!C")
1572
1573 ;;; This is essentially a straight implementation of the algorithm in
1574 ;;; "Strength Reduction of Multiplications by Integer Constants",
1575 ;;; Youfeng Wu, ACM SIGPLAN Notices, Vol. 30, No.2, February 1995.
1576 (defun basic-decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
1577   (case (aref condensed 0)
1578     (0
1579      (let ((tmp (min 3 (aref condensed 1))))
1580        (decf (aref condensed 1) tmp)
1581        `(logand #xffffffff
1582          (%lea ,arg
1583                ,(decompose-multiplication
1584                  arg (ash (1- num) (- tmp)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
1585                ,(ash 1 tmp) 0))))
1586     ((1 2 3)
1587      (let ((r0 (aref condensed 0)))
1588        (incf (aref condensed 1) r0)
1589        `(logand #xffffffff
1590          (%lea ,(decompose-multiplication
1591                  arg (- num (ash 1 r0)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
1592                ,arg
1593                ,(ash 1 r0) 0))))
1594     (t (let ((r0 (aref condensed 0)))
1595          (setf (aref condensed 0) 0)
1596          `(logand #xffffffff
1597            (ash ,(decompose-multiplication
1598                   arg (ash num (- r0)) n-bits condensed)
1599                 ,r0))))))
1600
1601 (defun decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
1602   (cond
1603     ((= n-bits 0) 0)
1604     ((= num 1) arg)
1605     ((= n-bits 1)
1606      `(logand #xffffffff (ash ,arg ,(1- (integer-length num)))))
1607     ((let ((max 0) (end 0))
1608        (loop for i from 2 to (length condensed)
1609              for j = (reduce #'+ (subseq condensed 0 i))
1610              when (and (> (- (* 2 i) 3 j) max)
1611                        (< (+ (ash 1 (1+ j))
1612                              (ash (ldb (byte (- 64 (1+ j)) (1+ j)) num)
1613                                   (1+ j)))
1614                           (ash 1 64)))
1615                do (setq max (- (* 2 i) 3 j)
1616                         end i))
1617        (when (> max 0)
1618          (let ((j (reduce #'+ (subseq condensed 0 end))))
1619            (let ((n2 (+ (ash 1 (1+ j))
1620                         (ash (ldb (byte (- 64 (1+ j)) (1+ j)) num) (1+ j))))
1621                  (n1 (1+ (ldb (byte (1+ j) 0) (lognot num)))))
1622            `(logand #xffffffff
1623              (- ,(optimize-multiply arg n2) ,(optimize-multiply arg n1))))))))
1624     ((dolist (i '(9 5 3))
1625        (when (integerp (/ num i))
1626          (when (< (logcount (/ num i)) (logcount num))
1627            (let ((x (gensym)))
1628              (return `(let ((,x ,(optimize-multiply arg (/ num i))))
1629                        (logand #xffffffff
1630                         (%lea ,x ,x (1- ,i) 0)))))))))
1631     (t (basic-decompose-multiplication arg num n-bits condensed))))
1632
1633 (defun optimize-multiply (arg x)
1634   (let* ((n-bits (logcount x))
1635          (condensed (make-array n-bits)))
1636     (let ((count 0) (bit 0))
1637       (dotimes (i 64)
1638         (cond ((logbitp i x)
1639                (setf (aref condensed bit) count)
1640                (setf count 1)
1641                (incf bit))
1642               (t (incf count)))))
1643     (decompose-multiplication arg x n-bits condensed)))
1644
1645 (defun *-transformer (y)
1646   (cond
1647     (t (give-up-ir1-transform))
1648     ((= y (ash 1 (integer-length y)))
1649      ;; there's a generic transform for y = 2^k
1650      (give-up-ir1-transform))
1651     ((member y '(3 5 9))
1652      ;; we can do these multiplications directly using LEA
1653      `(%lea x x ,(1- y) 0))
1654     ((member :pentium4 *backend-subfeatures*)
1655      ;; the pentium4's multiply unit is reportedly very good
1656      (give-up-ir1-transform))
1657     ;; FIXME: should make this more fine-grained.  If nothing else,
1658     ;; there should probably be a cutoff of about 9 instructions on
1659     ;; pentium-class machines.
1660     (t (optimize-multiply 'x y))))
1661
1662 (deftransform * ((x y)
1663                  ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1664                  (unsigned-byte 64))
1665   "recode as leas, shifts and adds"
1666   (let ((y (lvar-value y)))
1667     (*-transformer y)))
1668
1669 (deftransform sb!vm::*-mod64
1670     ((x y) ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
1671      (unsigned-byte 64))
1672   "recode as leas, shifts and adds"
1673   (let ((y (lvar-value y)))
1674     (*-transformer y)))
1675
1676 ;;; FIXME: we should also be able to write an optimizer or two to
1677 ;;; convert (+ (* x 2) 17), (- (* x 9) 5) to a %LEA.