0.8.18.31:
authorJuho Snellman <jsnell@iki.fi>
Fri, 14 Jan 2005 06:47:31 +0000 (06:47 +0000)
committerJuho Snellman <jsnell@iki.fi>
Fri, 14 Jan 2005 06:47:31 +0000 (06:47 +0000)
Some number-related x86-64 fixes.
* Fix backend bug in negative counts for ASH. (Patch by Lutz Euler
          on sbcl-devel, 2005-01-09). Add some more ASH tests.
        * Cargo-cult signed modular arithmetic changes from the x86
          backend.
        * Remove optimization of constant multiplication to shifts, adds
          and leas (except for the simple cases of 2^x, 3, 5, 9) from
          the x86-64 backend. It was a lot of code that's not really
          of any use on any existing x86-64 processor.
* Fix 32-bit assumptions in deftransform of RANDOM for word-sized
          integers.

package-data-list.lisp-expr
src/code/numbers.lisp
src/code/target-random.lisp
src/compiler/float-tran.lisp
src/compiler/generic/vm-tran.lisp
src/compiler/x86-64/arith.lisp
tests/arith.impure.lisp

index d1d0e42..44d8971 100644 (file)
@@ -1448,7 +1448,7 @@ is a good idea, but see SB-SYS re. blurring of boundaries."
                "FUNCALLABLE-STRUCTURE-CLASSOID" "%RANDOM-DOUBLE-FLOAT"
                #!+long-float "%RANDOM-LONG-FLOAT"
                "%RANDOM-SINGLE-FLOAT" "RANDOM-PCL-CLASSOID"
-               "%FUNCALLABLE-INSTANCE-INFO" "RANDOM-CHUNK"
+               "%FUNCALLABLE-INSTANCE-INFO" "RANDOM-CHUNK" "BIG-RANDOM-CHUNK"
                "MAKE-FUNCALLABLE-STRUCTURE-CLASSOID"
                "LAYOUT-CLOS-HASH-MAX" "CLASSOID-CELL-NAME"
                "BUILT-IN-CLASSOID-DIRECT-SUPERCLASSES"
index af798b0..ca16028 100644 (file)
@@ -1472,3 +1472,9 @@ the first."
   (etypecase integer
     ((signed-byte 30) (sb!c::mask-signed-field 30 (ash integer amount)))
     (integer (sb!c::mask-signed-field 30 (ash (sb!c::mask-signed-field 30 integer) amount)))))
+
+#!+x86-64
+(defun sb!vm::ash-left-smod61 (integer amount)
+  (etypecase integer
+    ((signed-byte 61) (sb!c::mask-signed-field 61 (ash integer amount)))
+    (integer (sb!c::mask-signed-field 61 (ash (sb!c::mask-signed-field 61 integer) amount)))))
index c729bba..3e35382 100644 (file)
 (defun random-chunk (state)
   (declare (type random-state state))
   (sb!vm::random-mt19937 (random-state-state state)))
+
+#!-sb-fluid (declaim (inline big-random-chunk))
+(defun big-random-chunk (state)
+  (declare (type random-state state))
+  (logand (1- (expt 2 64))
+         (logior (ash (random-chunk state) 32)
+                 (random-chunk state))))
 \f
 ;;; Handle the single or double float case of RANDOM. We generate a
 ;;; float between 0.0 and 1.0 by clobbering the significand of 1.0
index c3c811d..538ccc0 100644 (file)
 ;;; through the code this way. It would be nice to move this into the
 ;;; same file as the other RANDOM definitions.
 (deftransform random ((num &optional state)
-                     ((integer 1 #.(expt 2 32)) &optional *))
+                     ((integer 1 #.(expt 2 sb!vm::n-word-bits)) &optional *))
   ;; FIXME: I almost conditionalized this as #!+sb-doc. Find some way
   ;; of automatically finding #!+sb-doc in proximity to DEFTRANSFORM
   ;; to let me scan for places that I made this mistake and didn't
   ;; catch myself.
   "use inline (UNSIGNED-BYTE 32) operations"
-  (let ((type (lvar-type num)))
+  (let ((type (lvar-type num))
+       (limit (expt 2 sb!vm::n-word-bits))
+       (random-chunk (ecase sb!vm::n-word-bits
+                       (32 'random-chunk)
+                       (64 'sb!kernel::big-random-chunk))))
     (if (numeric-type-p type)
         (let ((num-high (numeric-type-high (lvar-type num))))
           (aver num-high)
           (cond ((constant-lvar-p num)
                  ;; Check the worst case sum absolute error for the
                  ;; random number expectations.
-                 (let ((rem (rem (expt 2 32) num-high)))
+                 (let ((rem (rem limit num-high)))
                    (unless (< (/ (* 2 rem (- num-high rem))
-                                 num-high (expt 2 32))
+                                 num-high limit)
                               (expt 2 (- sb!kernel::random-integer-extra-bits)))
                      (give-up-ir1-transform
                       "The random number expectations are inaccurate."))
-                   (if (= num-high (expt 2 32))
-                       '(random-chunk (or state *random-state*))
-                       #!-x86 '(rem (random-chunk (or state *random-state*)) num)
-                       #!+x86
+                   (if (= num-high limit)
+                       `(,random-chunk (or state *random-state*))
+                       #!-(or x86 x86-64)
+                      `(rem (,random-chunk (or state *random-state*)) num)
+                       #!+(or x86 x86-64)
                        ;; Use multiplication, which is faster.
-                       '(values (sb!bignum::%multiply
-                                 (random-chunk (or state *random-state*))
+                       `(values (sb!bignum::%multiply
+                                 (,random-chunk (or state *random-state*))
                                  num)))))
                 ((> num-high random-fixnum-max)
                  (give-up-ir1-transform
                   "The range is too large to ensure an accurate result."))
-                #!+x86
-                ((< num-high (expt 2 32))
-                 '(values (sb!bignum::%multiply
-                           (random-chunk (or state *random-state*))
+               #!+(or x86 x86-64)
+                ((< num-high limit)
+                 `(values (sb!bignum::%multiply
+                           (,random-chunk (or state *random-state*))
                            num)))
                 (t
-                 '(rem (random-chunk (or state *random-state*)) num))))
+                 `(rem (,random-chunk (or state *random-state*)) num))))
         ;; KLUDGE: a relatively conservative treatment, but better
         ;; than a bug (reported by PFD sbcl-devel towards the end of
         ;; 2004-11.
index 6890462..1489bac 100644 (file)
     #!+x86 (def sb!vm::ash-left-smod30 :signed 30)
     (def sb!vm::ash-left-mod32 :unsigned 32))
   #!+#.(cl:if (cl:= 64 sb!vm:n-machine-word-bits) '(and) '(or))
-  (def sb!vm::ash-left-mod64 :unsigned 64))
+  (progn
+    #!+x86-64 (def sb!vm::ash-left-smod61 :signed 61)
+    (def sb!vm::ash-left-mod64 :unsigned 64)))
 
 \f
 ;;;; word-wise logical operations
index 35cd6ac..8f40dd8 100644 (file)
           (inst lea result (make-ea :qword :index number :scale 8)))
          (t
           (move result number)
-          (cond ((plusp amount)
-                 ;; We don't have to worry about overflow because of the
-                 ;; result type restriction.
-                 (inst shl result amount))
-                ((zerop amount)  )
-                ((< amount -63)
-                 (inst xor result result))
-                (t 
-                 ;; shift too far then back again, to zero tag bits
-                 (inst sar result (- 3 amount))
-                 (inst shl result 3)))))))
-
+           (cond ((plusp amount)
+                  ;; We don't have to worry about overflow because of the
+                  ;; result type restriction.
+                  (inst shl result amount))
+                 (t                                    
+                  ;; Since the shift instructions take the shift amount
+                  ;; modulo 64 we must special case amounts of 64 and more.
+                  ;; Because fixnums have only 61 bits, the result is 0 or
+                  ;; -1 for all amounts of 60 or more, so use this as the
+                  ;; limit instead.
+                  (inst sar result (min (- n-word-bits n-fixnum-tag-bits 1)
+                                        (- amount)))
+                  (inst and result (lognot fixnum-tag-mask))))))))
 
 (define-vop (fast-ash-left/fixnum=>fixnum)
   (:translate ash)
 \f
 ;;;; Modular functions
 
-(define-modular-fun +-mod64 (x y) + :unsigned 64)
-(define-vop (fast-+-mod64/unsigned=>unsigned fast-+/unsigned=>unsigned)
-  (:translate +-mod64))
-(define-vop (fast-+-mod64-c/unsigned=>unsigned fast-+-c/unsigned=>unsigned)
-  (:translate +-mod64))
-(define-modular-fun --mod64 (x y) - :unsigned 64)
-(define-vop (fast---mod64/unsigned=>unsigned fast--/unsigned=>unsigned)
-  (:translate --mod64))
-(define-vop (fast---mod64-c/unsigned=>unsigned fast---c/unsigned=>unsigned)
-  (:translate --mod64))
-
-(define-modular-fun *-mod64 (x y) * :unsigned 64)
-(define-vop (fast-*-mod64/unsigned=>unsigned fast-*/unsigned=>unsigned)
-  (:translate *-mod64))
+(macrolet ((def (name -c-p)
+             (let ((fun64 (intern (format nil "~S-MOD64" name)))
+                   (vopu (intern (format nil "FAST-~S/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
+                   (vopcu (intern (format nil "FAST-~S-C/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
+                   (vopf (intern (format nil "FAST-~S/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
+                   (vopcf (intern (format nil "FAST-~S-C/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
+                   (vop64u (intern (format nil "FAST-~S-MOD64/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
+                   (vop64f (intern (format nil "FAST-~S-MOD64/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
+                   (vop64cu (intern (format nil "FAST-~S-MOD64-C/UNSIGNED=>UNSIGNED" name)))
+                   (vop64cf (intern (format nil "FAST-~S-MOD64-C/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
+                   (sfun61 (intern (format nil "~S-SMOD61" name)))
+                   (svop61f (intern (format nil "FAST-~S-SMOD61/FIXNUM=>FIXNUM" name)))
+                   (svop61cf (intern (format nil "FAST-~S-SMOD61-C/FIXNUM=>FIXNUM" name))))
+               `(progn
+                  (define-modular-fun ,fun64 (x y) ,name :unsigned 64)
+                  (define-modular-fun ,sfun61 (x y) ,name :signed 61)
+                  (define-vop (,vop64u ,vopu) (:translate ,fun64))
+                  (define-vop (,vop64f ,vopf) (:translate ,fun64))
+                  (define-vop (,svop61f ,vopf) (:translate ,sfun61))
+                  ,@(when -c-p
+                      `((define-vop (,vop64cu ,vopcu) (:translate ,fun64))
+                        (define-vop (,svop61cf ,vopcf) (:translate ,sfun61))))))))
+  (def + t)
+  (def - t)
+  ;; (no -C variant as x86 MUL instruction doesn't take an immediate)
+  (def * nil))
+
 ;;; (no -C variant as x86 MUL instruction doesn't take an immediate)
 
 (define-vop (fast-ash-left-mod64-c/unsigned=>unsigned
     (sb!c::give-up-ir1-transform))
   '(%primitive fast-ash-left-mod64/unsigned=>unsigned integer count))
 
+(define-vop (fast-ash-left-smod61-c/fixnum=>fixnum
+             fast-ash-c/fixnum=>fixnum)
+  (:translate ash-left-smod61))
+(define-vop (fast-ash-left-smod61/fixnum=>fixnum
+             fast-ash-left/fixnum=>fixnum))
+(deftransform ash-left-smod61 ((integer count)
+                               ((signed-byte 61) (unsigned-byte 6)))
+  (when (sb!c::constant-lvar-p count)
+    (sb!c::give-up-ir1-transform))
+  '(%primitive fast-ash-left-smod61/fixnum=>fixnum integer count))
+
 (in-package "SB!C")
 
 (defknown sb!vm::%lea-mod64 (integer integer (member 1 2 4 8) (signed-byte 64))
   (unsigned-byte 64)
   (foldable flushable movable))
+(defknown sb!vm::%lea-smod61 (integer integer (member 1 2 4 8) (signed-byte 64))
+  (signed-byte 61)
+  (foldable flushable movable))
 
 (define-modular-fun-optimizer %lea ((base index scale disp) :unsigned :width width)
   (when (and (<= width 64)
     (cut-to-width base :unsigned width)
     (cut-to-width index :unsigned width)
     'sb!vm::%lea-mod64))
+(define-modular-fun-optimizer %lea ((base index scale disp) :signed :width width)
+  (when (and (<= width 61)
+            (constant-lvar-p scale)
+            (constant-lvar-p disp))
+    (cut-to-width base :signed width)
+    (cut-to-width index :signed width)
+    'sb!vm::%lea-smod61))
 
 #+sb-xc-host
-(defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
-  (ldb (byte 64 0) (%lea base index scale disp)))
+(progn
+  (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
+    (ldb (byte 64 0) (%lea base index scale disp)))
+  (defun sb!vm::%lea-smod61 (base index scale disp)
+    (mask-signed-field 61 (%lea base index scale disp))))
 #-sb-xc-host
-(defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
-  (let ((base (logand base #xffffffffffffffff))
-       (index (logand index #xffffffffffffffff)))
-    ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
-    ;; constant SCALE and DISP.
-    (ldb (byte 64 0) (+ base (* index scale) disp))))
+(progn
+  (defun sb!vm::%lea-mod64 (base index scale disp)
+    (let ((base (logand base #xffffffffffffffff))
+         (index (logand index #xffffffffffffffff)))
+      ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
+      ;; constant SCALE and DISP.
+      (ldb (byte 64 0) (+ base (* index scale) disp))))
+  (defun sb!vm::%lea-smod61 (base index scale disp)
+    (let ((base (mask-signed-field 61 base))
+          (index (mask-signed-field 61 index)))
+      ;; can't use modular version of %LEA, as we only have VOPs for
+      ;; constant SCALE and DISP.
+      (mask-signed-field 61 (+ base (* index scale) disp)))))
 
 (in-package "SB!VM")
 
 (define-vop (%lea-mod64/unsigned=>unsigned
             %lea/unsigned=>unsigned)
   (:translate %lea-mod64))
+(define-vop (%lea-smod61/fixnum=>fixnum
+            %lea/fixnum=>fixnum)
+  (:translate %lea-smod61))
 
 ;;; logical operations
 (define-modular-fun lognot-mod64 (x) lognot :unsigned 64)
 (define-vop (fast-logxor-mod64-c/unsigned=>unsigned
              fast-logxor-c/unsigned=>unsigned)
   (:translate logxor-mod64))
+(define-vop (fast-logxor-mod64/fixnum=>fixnum
+             fast-logxor/fixnum=>fixnum)
+  (:translate logxor-mod64))
+(define-vop (fast-logxor-mod64-c/fixnum=>fixnum
+             fast-logxor-c/fixnum=>fixnum)
+  (:translate logxor-mod64))
 
 (define-source-transform logeqv (&rest args)
   (if (oddp (length args))
 
 (in-package "SB!C")
 
-;;; This is essentially a straight implementation of the algorithm in
-;;; "Strength Reduction of Multiplications by Integer Constants",
-;;; Youfeng Wu, ACM SIGPLAN Notices, Vol. 30, No.2, February 1995.
-(defun basic-decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
-  (case (aref condensed 0)
-    (0
-     (let ((tmp (min 3 (aref condensed 1))))
-       (decf (aref condensed 1) tmp)
-       `(logand #xffffffff
-        (%lea ,arg
-              ,(decompose-multiplication
-                arg (ash (1- num) (- tmp)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
-              ,(ash 1 tmp) 0))))
-    ((1 2 3)
-     (let ((r0 (aref condensed 0)))
-       (incf (aref condensed 1) r0)
-       `(logand #xffffffff
-        (%lea ,(decompose-multiplication
-                arg (- num (ash 1 r0)) (1- n-bits) (subseq condensed 1))
-              ,arg
-              ,(ash 1 r0) 0))))
-    (t (let ((r0 (aref condensed 0)))
-        (setf (aref condensed 0) 0)
-        `(logand #xffffffff
-          (ash ,(decompose-multiplication
-                 arg (ash num (- r0)) n-bits condensed)
-               ,r0))))))
-
-(defun decompose-multiplication (arg num n-bits condensed)
-  (cond
-    ((= n-bits 0) 0)
-    ((= num 1) arg)
-    ((= n-bits 1)
-     `(logand #xffffffff (ash ,arg ,(1- (integer-length num)))))
-    ((let ((max 0) (end 0))
-       (loop for i from 2 to (length condensed)
-            for j = (reduce #'+ (subseq condensed 0 i))
-            when (and (> (- (* 2 i) 3 j) max)
-                      (< (+ (ash 1 (1+ j))
-                            (ash (ldb (byte (- 64 (1+ j)) (1+ j)) num)
-                                 (1+ j)))
-                         (ash 1 64)))
-              do (setq max (- (* 2 i) 3 j)
-                       end i))
-       (when (> max 0)
-        (let ((j (reduce #'+ (subseq condensed 0 end))))
-          (let ((n2 (+ (ash 1 (1+ j))
-                       (ash (ldb (byte (- 64 (1+ j)) (1+ j)) num) (1+ j))))
-                (n1 (1+ (ldb (byte (1+ j) 0) (lognot num)))))
-          `(logand #xffffffff
-            (- ,(optimize-multiply arg n2) ,(optimize-multiply arg n1))))))))
-    ((dolist (i '(9 5 3))
-       (when (integerp (/ num i))
-        (when (< (logcount (/ num i)) (logcount num))
-          (let ((x (gensym)))
-            (return `(let ((,x ,(optimize-multiply arg (/ num i))))
-                      (logand #xffffffff
-                       (%lea ,x ,x (1- ,i) 0)))))))))
-    (t (basic-decompose-multiplication arg num n-bits condensed))))
-          
-(defun optimize-multiply (arg x)
-  (let* ((n-bits (logcount x))
-        (condensed (make-array n-bits)))
-    (let ((count 0) (bit 0))
-      (dotimes (i 64)
-       (cond ((logbitp i x)
-              (setf (aref condensed bit) count)
-              (setf count 1)
-              (incf bit))
-             (t (incf count)))))
-    (decompose-multiplication arg x n-bits condensed)))
-
 (defun *-transformer (y)
   (cond
-    (t (give-up-ir1-transform))
     ((= y (ash 1 (integer-length y)))
      ;; there's a generic transform for y = 2^k
      (give-up-ir1-transform))
     ((member y '(3 5 9))
      ;; we can do these multiplications directly using LEA
      `(%lea x x ,(1- y) 0))
-    ((member :pentium4 *backend-subfeatures*)
-     ;; the pentium4's multiply unit is reportedly very good
-     (give-up-ir1-transform))
-    ;; FIXME: should make this more fine-grained.  If nothing else,
-    ;; there should probably be a cutoff of about 9 instructions on
-    ;; pentium-class machines.
-    (t (optimize-multiply 'x y))))
+    (t
+     ;; A normal 64-bit multiplication takes 4 cycles on Athlon 64/Opteron.
+     ;; Optimizing multiplications (other than the above cases) to
+     ;; shifts/adds/leas gives a maximum improvement of 1 cycle, but requires
+     ;; quite a lot of hairy code.
+     (give-up-ir1-transform))))
 
 (deftransform * ((x y)
                 ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
   "recode as leas, shifts and adds"
   (let ((y (lvar-value y)))
     (*-transformer y)))
-
 (deftransform sb!vm::*-mod64
     ((x y) ((unsigned-byte 64) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
      (unsigned-byte 64))
   (let ((y (lvar-value y)))
     (*-transformer y)))
 
-;;; FIXME: we should also be able to write an optimizer or two to
-;;; convert (+ (* x 2) 17), (- (* x 9) 5) to a %LEA.
+(deftransform * ((x y)
+                ((signed-byte 61) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
+                (signed-byte 61))
+  "recode as leas, shifts and adds"
+  (let ((y (lvar-value y)))
+    (*-transformer y)))
+(deftransform sb!vm::*-smod61
+    ((x y) ((signed-byte 61) (constant-arg (unsigned-byte 64)))
+     (signed-byte 61))
+  "recode as leas, shifts and adds"
+  (let ((y (lvar-value y)))
+    (*-transformer y)))
index e4c7e7d..fb6b7d9 100644 (file)
   (the (unsigned-byte 32) (ash x y)))
 (assert (= (one-more-test-case-to-catch-sparc (1- (ash 1 32)) -40) 0))
 
+
+(eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
+  (defvar *n-fixnum-bits* (- sb-vm::n-word-bits sb-vm::n-fixnum-tag-bits))
+  (defvar *shifts* (let ((list (list 0
+                                    1
+                                    (1- sb-vm::n-word-bits)
+                                    sb-vm::n-word-bits
+                                    (1+ sb-vm::n-word-bits))))
+                    (append list (mapcar #'- list)))))
+
+(macrolet ((nc-list ()
+            `(list ,@(loop for i from 0 below (length *shifts*)
+                        collect `(frob (nth ,i *shifts*)))))
+          (c-list ()
+            `(list ,@(loop for i from 0 below (length *shifts*)
+                        collect `(frob ,(nth i *shifts*))))))
+  (defun nc-ash (x)
+    (macrolet ((frob (y)
+                `(list x ,y (ash x ,y))))
+      (nc-list)))
+  (defun c-ash (x)
+    (macrolet ((frob (y)
+                `(list x ,y (ash x ,y))))
+      (c-list)))
+  (defun nc-modular-ash-ub (x)
+    (macrolet ((frob (y)
+                `(list x ,y (logand most-positive-fixnum (ash x ,y)))))
+      (nc-list)))
+  (defun c-modular-ash-ub (x)
+    (declare (type (and fixnum unsigned-byte) x)
+            (optimize speed))
+    (macrolet ((frob (y)
+                `(list x ,y (logand most-positive-fixnum (ash x ,y)))))
+      (c-list))))
+
+(let* ((values (list 0 1 most-positive-fixnum))
+       (neg-values (cons most-negative-fixnum
+                        (mapcar #'- values))))
+  (labels ((test (value fun1 fun2)
+            (let ((res1 (funcall fun1 value))
+                  (res2 (funcall fun2 value)))
+              (mapcar (lambda (a b)
+                        (unless (equalp a b)
+                          (error "ash failure for ~A vs ~A: ~A not EQUALP ~A"
+                                 fun1 fun2
+                                 a b)))
+                      res1 res2))))
+    (loop for x in values do
+        (test x 'nc-ash 'c-ash)
+        (test x 'nc-modular-ash-ub 'c-modular-ash-ub))
+    (loop for x in neg-values do
+        (test x 'nc-ash 'c-ash))))
+
+
 (defun 64-bit-logcount (x)
   (declare (optimize speed) (type (unsigned-byte 54) x))
   (logcount x))