Fix bug in unsigned modular arithmetic using a signed implementation
[sbcl.git] / src / compiler / srctran.lisp
index b570192..09842e9 100644 (file)
       (give-up-ir1-transform
        "The function doesn't have a fixed argument count.")))))
 \f
+;;;; SYMBOL-VALUE &co
+(defun derive-symbol-value-type (lvar node)
+  (if (constant-lvar-p lvar)
+      (let* ((sym (lvar-value lvar))
+             (var (maybe-find-free-var sym))
+             (local-type (when var
+                           (let ((*lexenv* (node-lexenv node)))
+                             (lexenv-find var type-restrictions))))
+             (global-type (info :variable :type sym)))
+        (if local-type
+            (type-intersection local-type global-type)
+            global-type))
+      *universal-type*))
+
+(defoptimizer (symbol-value derive-type) ((symbol) node)
+  (derive-symbol-value-type symbol node))
+
+(defoptimizer (symbol-global-value derive-type) ((symbol) node)
+  (derive-symbol-value-type symbol node))
+\f
 ;;;; list hackery
 
 ;;; Translate CxR into CAR/CDR combos.
 (defun bound-func (f x)
   (declare (type function f))
   (and x
-       (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
-         ;; With these traps masked, we might get things like infinity
-         ;; or negative infinity returned. Check for this and return
-         ;; NIL to indicate unbounded.
-         (let ((y (funcall f (type-bound-number x))))
-           (if (and (floatp y)
-                    (float-infinity-p y))
-               nil
-               (set-bound y (consp x)))))))
+       (handler-case
+         (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
+           ;; With these traps masked, we might get things like infinity
+           ;; or negative infinity returned. Check for this and return
+           ;; NIL to indicate unbounded.
+           (let ((y (funcall f (type-bound-number x))))
+             (if (and (floatp y)
+                      (float-infinity-p y))
+                 nil
+                 (set-bound y (consp x)))))
+         ;; Some numerical operations will signal SIMPLE-TYPE-ERROR, e.g.
+         ;; in the course of converting a bignum to a float.  Default to
+         ;; NIL in that case.
+         (simple-type-error ()))))
 
 (defun safe-double-coercion-p (x)
   (or (typep x 'double-float)
 
 (defun safe-single-coercion-p (x)
   (or (typep x 'single-float)
-      ;; Fix for bug 420, and related issues: during type derivation we often
-      ;; end up deriving types for both
-      ;;
-      ;;   (some-op <int> <single>)
-      ;; and
-      ;;   (some-op (coerce <int> 'single-float) <single>)
-      ;;
-      ;; or other equivalent transformed forms. The problem with this is that
-      ;; on some platforms like x86 (+ <int> <single>) is on the machine level
-      ;; equivalent of
-      ;;
-      ;;   (coerce (+ (coerce <int> 'double-float)
-      ;;              (coerce <single> 'double-float))
-      ;;           'single-float)
-      ;;
-      ;; so if the result of (coerce <int> 'single-float) is not exact, the
-      ;; derived types for the transformed forms will have an empty
-      ;; intersection -- which in turn means that the compiler will conclude
-      ;; that the call never returns, and all hell breaks lose when it *does*
-      ;; return at runtime. (This affects not just +, but other operators are
-      ;; well.)
-      (and (not (typep x `(or (integer * (,most-negative-exactly-single-float-fixnum))
-                              (integer (,most-positive-exactly-single-float-fixnum) *))))
-           (<= most-negative-single-float x most-positive-single-float))))
+      (and
+       ;; Fix for bug 420, and related issues: during type derivation we often
+       ;; end up deriving types for both
+       ;;
+       ;;   (some-op <int> <single>)
+       ;; and
+       ;;   (some-op (coerce <int> 'single-float) <single>)
+       ;;
+       ;; or other equivalent transformed forms. The problem with this
+       ;; is that on x86 (+ <int> <single>) is on the machine level
+       ;; equivalent of
+       ;;
+       ;;   (coerce (+ (coerce <int> 'double-float)
+       ;;              (coerce <single> 'double-float))
+       ;;           'single-float)
+       ;;
+       ;; so if the result of (coerce <int> 'single-float) is not exact, the
+       ;; derived types for the transformed forms will have an empty
+       ;; intersection -- which in turn means that the compiler will conclude
+       ;; that the call never returns, and all hell breaks lose when it *does*
+       ;; return at runtime. (This affects not just +, but other operators are
+       ;; well.)
+       ;;
+       ;; See also: SAFE-CTYPE-FOR-SINGLE-COERCION-P
+       ;;
+       ;; FIXME: If we ever add SSE-support for x86, this conditional needs to
+       ;; change.
+       #!+x86
+       (not (typep x `(or (integer * (,most-negative-exactly-single-float-fixnum))
+                          (integer (,most-positive-exactly-single-float-fixnum) *))))
+       (<= most-negative-single-float x most-positive-single-float))))
 
 ;;; Apply a binary operator OP to two bounds X and Y. The result is
 ;;; NIL if either is NIL. Otherwise bound is computed and the result
      (t (,op ,x ,y))))
 
 (defmacro bound-binop (op x y)
-  `(and ,x ,y
-       (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
-         (set-bound (safely-binop ,op (type-bound-number ,x)
-                                  (type-bound-number ,y))
-                    (or (consp ,x) (consp ,y))))))
+  (with-unique-names (xb yb res)
+    `(and ,x ,y
+          (with-float-traps-masked (:underflow :overflow :inexact :divide-by-zero)
+            (let* ((,xb (type-bound-number ,x))
+                   (,yb (type-bound-number ,y))
+                   (,res (safely-binop ,op ,xb ,yb)))
+              (set-bound ,res
+                         (and (or (consp ,x) (consp ,y))
+                              ;; Open bounds can very easily be messed up
+                              ;; by FP rounding, so take care here.
+                              ,(case op
+                                 (*
+                                  ;; Multiplying a greater-than-zero with
+                                  ;; less than one can round to zero.
+                                  `(or (not (fp-zero-p ,res))
+                                       (cond ((and (consp ,x) (fp-zero-p ,xb))
+                                              (>= (abs ,yb) 1))
+                                             ((and (consp ,y) (fp-zero-p ,yb))
+                                              (>= (abs ,xb) 1)))))
+                                 (/
+                                  ;; Dividing a greater-than-zero with
+                                  ;; greater than one can round to zero.
+                                  `(or (not (fp-zero-p ,res))
+                                       (cond ((and (consp ,x) (fp-zero-p ,xb))
+                                              (<= (abs ,yb) 1))
+                                             ((and (consp ,y) (fp-zero-p ,yb))
+                                              (<= (abs ,xb) 1)))))
+                                 ((+ -)
+                                  ;; Adding or subtracting greater-than-zero
+                                  ;; can end up with identity.
+                                  `(and (not (fp-zero-p ,xb))
+                                        (not (fp-zero-p ,yb))))))))))))
 
 (defun coerce-for-bound (val type)
   (if (consp val)
                  ((zerop (type-bound-number y))
                   ;; Divide by zero means result is infinity
                   nil)
-                 ((and (numberp x) (zerop x))
-                  ;; Zero divided by anything is zero.
-                  x)
                  (t
                   (bound-binop / x y)))))
     (let ((top-range (interval-range-info top))
                (reoptimize-component (node-component node) :maybe))
              (cut-node (node &aux did-something)
                (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
+                          (ref-p node)
+                          (constant-p (ref-leaf node)))
+                 (let* ((constant-value (constant-value (ref-leaf node)))
+                        (new-value (if signedp
+                                       (mask-signed-field width constant-value)
+                                       (ldb (byte width 0) constant-value))))
+                   (unless (= constant-value new-value)
+                     (change-ref-leaf node (make-constant new-value))
+                     (setf (lvar-%derived-type (node-lvar node)) (make-values-type :required (list (ctype-of new-value))))
+                     (setf (block-reoptimize (node-block node)) t)
+                     (reoptimize-component (node-component node) :maybe)
+                     (return-from cut-node t))))
+               (when (and (not (block-delete-p (node-block node)))
                           (combination-p node)
                           (eq (basic-combination-kind node) :known))
                  (let* ((fun-ref (lvar-use (combination-fun node)))
                 (best-modular-version width nil)
               (when w
                 ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH SIGNEDP).
-                (cut-to-width x kind width signedp)
-                (cut-to-width y kind width signedp)
-                nil ; After fixing above, replace with T.
+                ;;
+                ;; FIXME: I think the FIXME (which is from APD) above
+                ;; implies that CUT-TO-WIDTH should do /everything/
+                ;; that's required, including reoptimizing things
+                ;; itself that it knows are necessary.  At the moment,
+                ;; CUT-TO-WIDTH sets up some new calls with
+                ;; combination-type :FULL, which later get noticed as
+                ;; known functions and properly converted.
+                ;;
+                ;; We cut to W not WIDTH if SIGNEDP is true, because
+                ;; signed constant replacement needs to know which bit
+                ;; in the field is the signed bit.
+                (let ((xact (cut-to-width x kind (if signedp w width) signedp))
+                      (yact (cut-to-width y kind (if signedp w width) signedp)))
+                  (declare (ignore xact yact))
+                  nil) ; After fixing above, replace with T, meaning
+                       ; "don't reoptimize this (LOGAND) node any more".
                 ))))))))
 
 (defoptimizer (mask-signed-field optimizer) ((width x) node)
             (multiple-value-bind (w kind)
                 (best-modular-version width t)
               (when w
-                ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND WIDTH T).
-                (cut-to-width x kind width t)
+                ;; FIXME: This should be (CUT-TO-WIDTH NODE KIND W T).
+                ;; [ see comment above in LOGAND optimizer ]
+                (cut-to-width x kind w t)
                 nil ; After fixing above, replace with T.
                 ))))))))
 \f
         `(- (ash x ,len))
         `(ash x ,len))))
 
+;;; These must come before the ones below, so that they are tried
+;;; first. Since %FLOOR and %CEILING are inlined, this allows
+;;; the general case to be handled by TRUNCATE transforms.
+(deftransform floor ((x y))
+  `(%floor x y))
+
+(deftransform ceiling ((x y))
+  `(%ceiling x y))
+
 ;;; If arg is a constant power of two, turn FLOOR into a shift and
 ;;; mask. If CEILING, add in (1- (ABS Y)), do FLOOR and correct a
 ;;; remainder.
       `(if (minusp x)
            (- (logand (- x) ,mask))
            (logand x ,mask)))))
+
+;;; Return an expression to calculate the integer quotient of X and
+;;; constant Y, using multiplication, shift and add/sub instead of
+;;; division. Both arguments must be unsigned, fit in a machine word and
+;;; Y must neither be zero nor a power of two. The quotient is rounded
+;;; towards zero.
+;;; The algorithm is taken from the paper "Division by Invariant
+;;; Integers using Multiplication", 1994 by Torbj\"{o}rn Granlund and
+;;; Peter L. Montgomery, Figures 4.2 and 6.2, modified to exclude the
+;;; case of division by powers of two.
+;;; The algorithm includes an adaptive precision argument.  Use it, since
+;;; we often have sub-word value ranges.  Careful, in this case, we need
+;;; p s.t 2^p > n, not the ceiling of the binary log.
+;;; Also, for some reason, the paper prefers shifting to masking.  Mask
+;;; instead.  Masking is equivalent to shifting right, then left again;
+;;; all the intermediate values are still words, so we just have to shift
+;;; right a bit more to compensate, at the end.
+;;;
+;;; The following two examples show an average case and the worst case
+;;; with respect to the complexity of the generated expression, under
+;;; a word size of 64 bits:
+;;;
+;;; (UNSIGNED-DIV-TRANSFORMER 10 MOST-POSITIVE-WORD) ->
+;;; (ASH (%MULTIPLY (LOGANDC2 X 0) 14757395258967641293) -3)
+;;;
+;;; (UNSIGNED-DIV-TRANSFORMER 7 MOST-POSITIVE-WORD) ->
+;;; (LET* ((NUM X)
+;;;        (T1 (%MULTIPLY NUM 2635249153387078803)))
+;;;   (ASH (LDB (BYTE 64 0)
+;;;             (+ T1 (ASH (LDB (BYTE 64 0)
+;;;                             (- NUM T1))
+;;;                        -1)))
+;;;        -2))
+;;;
+(defun gen-unsigned-div-by-constant-expr (y max-x)
+  (declare (type (integer 3 #.most-positive-word) y)
+           (type word max-x))
+  (aver (not (zerop (logand y (1- y)))))
+  (labels ((ld (x)
+             ;; the floor of the binary logarithm of (positive) X
+             (integer-length (1- x)))
+           (choose-multiplier (y precision)
+             (do* ((l (ld y))
+                   (shift l (1- shift))
+                   (expt-2-n+l (expt 2 (+ sb!vm:n-word-bits l)))
+                   (m-low (truncate expt-2-n+l y) (ash m-low -1))
+                   (m-high (truncate (+ expt-2-n+l
+                                        (ash expt-2-n+l (- precision)))
+                                     y)
+                           (ash m-high -1)))
+                  ((not (and (< (ash m-low -1) (ash m-high -1))
+                             (> shift 0)))
+                   (values m-high shift)))))
+    (let ((n (expt 2 sb!vm:n-word-bits))
+          (precision (integer-length max-x))
+          (shift1 0))
+      (multiple-value-bind (m shift2)
+          (choose-multiplier y precision)
+        (when (and (>= m n) (evenp y))
+          (setq shift1 (ld (logand y (- y))))
+          (multiple-value-setq (m shift2)
+            (choose-multiplier (/ y (ash 1 shift1))
+                               (- precision shift1))))
+        (cond ((>= m n)
+               (flet ((word (x)
+                        `(truly-the word ,x)))
+                 `(let* ((num x)
+                         (t1 (%multiply-high num ,(- m n))))
+                    (ash ,(word `(+ t1 (ash ,(word `(- num t1))
+                                            -1)))
+                         ,(- 1 shift2)))))
+              ((and (zerop shift1) (zerop shift2))
+               (let ((max (truncate max-x y)))
+                 ;; Explicit TRULY-THE needed to get the FIXNUM=>FIXNUM
+                 ;; VOP.
+                 `(truly-the (integer 0 ,max)
+                             (%multiply-high x ,m))))
+              (t
+               `(ash (%multiply-high (logandc2 x ,(1- (ash 1 shift1))) ,m)
+                     ,(- (+ shift1 shift2)))))))))
+
+;;; If the divisor is constant and both args are positive and fit in a
+;;; machine word, replace the division by a multiplication and possibly
+;;; some shifts and an addition. Calculate the remainder by a second
+;;; multiplication and a subtraction. Dead code elimination will
+;;; suppress the latter part if only the quotient is needed. If the type
+;;; of the dividend allows to derive that the quotient will always have
+;;; the same value, emit much simpler code to handle that. (This case
+;;; may be rare but it's easy to detect and the compiler doesn't find
+;;; this optimization on its own.)
+(deftransform truncate ((x y) (word (constant-arg word))
+                        *
+                        :policy (and (> speed compilation-speed)
+                                     (> speed space)))
+  "convert integer division to multiplication"
+  (let* ((y      (lvar-value y))
+         (x-type (lvar-type x))
+         (max-x  (or (and (numeric-type-p x-type)
+                          (numeric-type-high x-type))
+                     most-positive-word)))
+    ;; Division by zero, one or powers of two is handled elsewhere.
+    (when (zerop (logand y (1- y)))
+      (give-up-ir1-transform))
+    `(let* ((quot ,(gen-unsigned-div-by-constant-expr y max-x))
+            (rem (ldb (byte #.sb!vm:n-word-bits 0)
+                      (- x (* quot ,y)))))
+       (values quot rem))))
 \f
 ;;;; arithmetic and logical identity operation elimination
 
 (define-source-transform apply (fun arg &rest more-args)
   (let ((args (cons arg more-args)))
     `(multiple-value-call ,fun
-       ,@(mapcar (lambda (x)
-                   `(values ,x))
-                 (butlast args))
+       ,@(mapcar (lambda (x) `(values ,x)) (butlast args))
        (values-list ,(car (last args))))))
+
+;;; When &REST argument are at play, we also have extra context and count
+;;; arguments -- convert to %VALUES-LIST-OR-CONTEXT when possible, so that the
+;;; deftransform can decide what to do after everything has been converted.
+(define-source-transform values-list (list)
+  (if (symbolp list)
+      (let* ((var (lexenv-find list vars))
+             (info (when (lambda-var-p var)
+                     (lambda-var-arg-info var))))
+        (if (and info
+                 (eq :rest (arg-info-kind info))
+                 (consp (arg-info-default info)))
+            (destructuring-bind (context count &optional used) (arg-info-default info)
+              (declare (ignore used))
+              `(%values-list-or-context ,list ,context ,count))
+            (values nil t)))
+      (values nil t)))
+
+(deftransform %values-list-or-context ((list context count) * * :node node)
+  (let* ((use (lvar-use list))
+         (var (when (ref-p use) (ref-leaf use)))
+         (home (when (lambda-var-p var) (lambda-var-home var)))
+         (info (when (lambda-var-p var) (lambda-var-arg-info var))))
+    (flet ((ref-good-for-more-context-p (ref)
+             (let ((dest (principal-lvar-end (node-lvar ref))))
+               (and (combination-p dest)
+                    ;; Uses outside VALUES-LIST will require a &REST list anyways,
+                    ;; to it's no use saving effort here -- plus they might modify
+                    ;; the list destructively.
+                    (eq '%values-list-or-context (lvar-fun-name (combination-fun dest)))
+                    ;; If the home lambda is different and isn't DX, it might
+                    ;; escape -- in which case using the more context isn't safe.
+                    (let ((clambda (node-home-lambda dest)))
+                      (or (eq home clambda)
+                          (leaf-dynamic-extent clambda)))))))
+      (let ((context-ok
+              (and info
+                   (consp (arg-info-default info))
+                   (not (lambda-var-specvar var))
+                   (not (lambda-var-sets var))
+                   (every #'ref-good-for-more-context-p (lambda-var-refs var))
+                   (policy node (= 3 rest-conversion)))))
+        (cond (context-ok
+               (destructuring-bind (context count &optional used) (arg-info-default info)
+                 (declare (ignore used))
+                 (setf (arg-info-default info) (list context count t)))
+               `(%more-arg-values context 0 count))
+              (t
+               (when info
+                 (setf (arg-info-default info) t))
+               `(values-list list)))))))
+
 \f
 ;;;; transforming FORMAT
 ;;;;