clean up isl_pw_qpolynomial_neg
[platform/upstream/isl.git] / isl_coalesce.c
1 /*
2  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
3  * Copyright 2010      INRIA Saclay
4  *
5  * Use of this software is governed by the GNU LGPLv2.1 license
6  *
7  * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
8  * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
9  * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
10  * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France 
11  */
12
13 #include "isl_map_private.h"
14 #include "isl_seq.h"
15 #include "isl_tab.h"
16
17 #define STATUS_ERROR            -1
18 #define STATUS_REDUNDANT         1
19 #define STATUS_VALID             2
20 #define STATUS_SEPARATE          3
21 #define STATUS_CUT               4
22 #define STATUS_ADJ_EQ            5
23 #define STATUS_ADJ_INEQ          6
24
25 static int status_in(isl_int *ineq, struct isl_tab *tab)
26 {
27         enum isl_ineq_type type = isl_tab_ineq_type(tab, ineq);
28         switch (type) {
29         default:
30         case isl_ineq_error:            return STATUS_ERROR;
31         case isl_ineq_redundant:        return STATUS_VALID;
32         case isl_ineq_separate:         return STATUS_SEPARATE;
33         case isl_ineq_cut:              return STATUS_CUT;
34         case isl_ineq_adj_eq:           return STATUS_ADJ_EQ;
35         case isl_ineq_adj_ineq:         return STATUS_ADJ_INEQ;
36         }
37 }
38
39 /* Compute the position of the equalities of basic map "i"
40  * with respect to basic map "j".
41  * The resulting array has twice as many entries as the number
42  * of equalities corresponding to the two inequalties to which
43  * each equality corresponds.
44  */
45 static int *eq_status_in(struct isl_map *map, int i, int j,
46         struct isl_tab **tabs)
47 {
48         int k, l;
49         int *eq = isl_calloc_array(map->ctx, int, 2 * map->p[i]->n_eq);
50         unsigned dim;
51
52         dim = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
53         for (k = 0; k < map->p[i]->n_eq; ++k) {
54                 for (l = 0; l < 2; ++l) {
55                         isl_seq_neg(map->p[i]->eq[k], map->p[i]->eq[k], 1+dim);
56                         eq[2 * k + l] = status_in(map->p[i]->eq[k], tabs[j]);
57                         if (eq[2 * k + l] == STATUS_ERROR)
58                                 goto error;
59                 }
60                 if (eq[2 * k] == STATUS_SEPARATE ||
61                     eq[2 * k + 1] == STATUS_SEPARATE)
62                         break;
63         }
64
65         return eq;
66 error:
67         free(eq);
68         return NULL;
69 }
70
71 /* Compute the position of the inequalities of basic map "i"
72  * with respect to basic map "j".
73  */
74 static int *ineq_status_in(struct isl_map *map, int i, int j,
75         struct isl_tab **tabs)
76 {
77         int k;
78         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
79         int *ineq = isl_calloc_array(map->ctx, int, map->p[i]->n_ineq);
80
81         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
82                 if (isl_tab_is_redundant(tabs[i], n_eq + k)) {
83                         ineq[k] = STATUS_REDUNDANT;
84                         continue;
85                 }
86                 ineq[k] = status_in(map->p[i]->ineq[k], tabs[j]);
87                 if (ineq[k] == STATUS_ERROR)
88                         goto error;
89                 if (ineq[k] == STATUS_SEPARATE)
90                         break;
91         }
92
93         return ineq;
94 error:
95         free(ineq);
96         return NULL;
97 }
98
99 static int any(int *con, unsigned len, int status)
100 {
101         int i;
102
103         for (i = 0; i < len ; ++i)
104                 if (con[i] == status)
105                         return 1;
106         return 0;
107 }
108
109 static int count(int *con, unsigned len, int status)
110 {
111         int i;
112         int c = 0;
113
114         for (i = 0; i < len ; ++i)
115                 if (con[i] == status)
116                         c++;
117         return c;
118 }
119
120 static int all(int *con, unsigned len, int status)
121 {
122         int i;
123
124         for (i = 0; i < len ; ++i) {
125                 if (con[i] == STATUS_REDUNDANT)
126                         continue;
127                 if (con[i] != status)
128                         return 0;
129         }
130         return 1;
131 }
132
133 static void drop(struct isl_map *map, int i, struct isl_tab **tabs)
134 {
135         isl_basic_map_free(map->p[i]);
136         isl_tab_free(tabs[i]);
137
138         if (i != map->n - 1) {
139                 map->p[i] = map->p[map->n - 1];
140                 tabs[i] = tabs[map->n - 1];
141         }
142         tabs[map->n - 1] = NULL;
143         map->n--;
144 }
145
146 /* Replace the pair of basic maps i and j by the basic map bounded
147  * by the valid constraints in both basic maps and the constraint
148  * in extra (if not NULL).
149  */
150 static int fuse(struct isl_map *map, int i, int j,
151         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j,
152         __isl_keep isl_mat *extra)
153 {
154         int k, l;
155         struct isl_basic_map *fused = NULL;
156         struct isl_tab *fused_tab = NULL;
157         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
158         unsigned extra_rows = extra ? extra->n_row : 0;
159
160         fused = isl_basic_map_alloc_dim(isl_dim_copy(map->p[i]->dim),
161                         map->p[i]->n_div,
162                         map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq,
163                         map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq + extra_rows);
164         if (!fused)
165                 goto error;
166
167         for (k = 0; k < map->p[i]->n_eq; ++k) {
168                 if (eq_i && (eq_i[2 * k] != STATUS_VALID ||
169                              eq_i[2 * k + 1] != STATUS_VALID))
170                         continue;
171                 l = isl_basic_map_alloc_equality(fused);
172                 if (l < 0)
173                         goto error;
174                 isl_seq_cpy(fused->eq[l], map->p[i]->eq[k], 1 + total);
175         }
176
177         for (k = 0; k < map->p[j]->n_eq; ++k) {
178                 if (eq_j && (eq_j[2 * k] != STATUS_VALID ||
179                              eq_j[2 * k + 1] != STATUS_VALID))
180                         continue;
181                 l = isl_basic_map_alloc_equality(fused);
182                 if (l < 0)
183                         goto error;
184                 isl_seq_cpy(fused->eq[l], map->p[j]->eq[k], 1 + total);
185         }
186
187         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
188                 if (ineq_i[k] != STATUS_VALID)
189                         continue;
190                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
191                 if (l < 0)
192                         goto error;
193                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
194         }
195
196         for (k = 0; k < map->p[j]->n_ineq; ++k) {
197                 if (ineq_j[k] != STATUS_VALID)
198                         continue;
199                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
200                 if (l < 0)
201                         goto error;
202                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], map->p[j]->ineq[k], 1 + total);
203         }
204
205         for (k = 0; k < map->p[i]->n_div; ++k) {
206                 int l = isl_basic_map_alloc_div(fused);
207                 if (l < 0)
208                         goto error;
209                 isl_seq_cpy(fused->div[l], map->p[i]->div[k], 1 + 1 + total);
210         }
211
212         for (k = 0; k < extra_rows; ++k) {
213                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
214                 if (l < 0)
215                         goto error;
216                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], extra->row[k], 1 + total);
217         }
218
219         fused = isl_basic_map_gauss(fused, NULL);
220         ISL_F_SET(fused, ISL_BASIC_MAP_FINAL);
221         if (ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL) &&
222             ISL_F_ISSET(map->p[j], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL))
223                 ISL_F_SET(fused, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
224
225         fused_tab = isl_tab_from_basic_map(fused);
226         if (isl_tab_detect_redundant(fused_tab) < 0)
227                 goto error;
228
229         isl_basic_map_free(map->p[i]);
230         map->p[i] = fused;
231         isl_tab_free(tabs[i]);
232         tabs[i] = fused_tab;
233         drop(map, j, tabs);
234
235         return 1;
236 error:
237         isl_tab_free(fused_tab);
238         isl_basic_map_free(fused);
239         return -1;
240 }
241
242 /* Given a pair of basic maps i and j such that all constraints are either
243  * "valid" or "cut", check if the facets corresponding to the "cut"
244  * constraints of i lie entirely within basic map j.
245  * If so, replace the pair by the basic map consisting of the valid
246  * constraints in both basic maps.
247  *
248  * To see that we are not introducing any extra points, call the
249  * two basic maps A and B and the resulting map U and let x
250  * be an element of U \setminus ( A \cup B ).
251  * Then there is a pair of cut constraints c_1 and c_2 in A and B such that x
252  * violates them.  Let X be the intersection of U with the opposites
253  * of these constraints.  Then x \in X.
254  * The facet corresponding to c_1 contains the corresponding facet of A.
255  * This facet is entirely contained in B, so c_2 is valid on the facet.
256  * However, since it is also (part of) a facet of X, -c_2 is also valid
257  * on the facet.  This means c_2 is saturated on the facet, so c_1 and
258  * c_2 must be opposites of each other, but then x could not violate
259  * both of them.
260  */
261 static int check_facets(struct isl_map *map, int i, int j,
262         struct isl_tab **tabs, int *ineq_i, int *ineq_j)
263 {
264         int k, l;
265         struct isl_tab_undo *snap;
266         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
267
268         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
269
270         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
271                 if (ineq_i[k] != STATUS_CUT)
272                         continue;
273                 if (isl_tab_select_facet(tabs[i], n_eq + k) < 0)
274                         return -1;
275                 for (l = 0; l < map->p[j]->n_ineq; ++l) {
276                         int stat;
277                         if (ineq_j[l] != STATUS_CUT)
278                                 continue;
279                         stat = status_in(map->p[j]->ineq[l], tabs[i]);
280                         if (stat != STATUS_VALID)
281                                 break;
282                 }
283                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
284                         return -1;
285                 if (l < map->p[j]->n_ineq)
286                         break;
287         }
288
289         if (k < map->p[i]->n_ineq)
290                 /* BAD CUT PAIR */
291                 return 0;
292         return fuse(map, i, j, tabs, NULL, ineq_i, NULL, ineq_j, NULL);
293 }
294
295 /* Both basic maps have at least one inequality with and adjacent
296  * (but opposite) inequality in the other basic map.
297  * Check that there are no cut constraints and that there is only
298  * a single pair of adjacent inequalities.
299  * If so, we can replace the pair by a single basic map described
300  * by all but the pair of adjacent inequalities.
301  * Any additional points introduced lie strictly between the two
302  * adjacent hyperplanes and can therefore be integral.
303  *
304  *        ____                    _____
305  *       /    ||\                /     \
306  *      /     || \              /       \
307  *      \     ||  \     =>      \        \
308  *       \    ||  /              \       /
309  *        \___||_/                \_____/
310  *
311  * The test for a single pair of adjancent inequalities is important
312  * for avoiding the combination of two basic maps like the following
313  *
314  *       /|
315  *      / |
316  *     /__|
317  *         _____
318  *         |   |
319  *         |   |
320  *         |___|
321  */
322 static int check_adj_ineq(struct isl_map *map, int i, int j,
323         struct isl_tab **tabs, int *ineq_i, int *ineq_j)
324 {
325         int changed = 0;
326
327         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT) ||
328             any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_CUT))
329                 /* ADJ INEQ CUT */
330                 ;
331         else if (count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) == 1 &&
332                  count(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) == 1)
333                 changed = fuse(map, i, j, tabs, NULL, ineq_i, NULL, ineq_j, NULL);
334         /* else ADJ INEQ TOO MANY */
335
336         return changed;
337 }
338
339 /* Check if basic map "i" contains the basic map represented
340  * by the tableau "tab".
341  */
342 static int contains(struct isl_map *map, int i, int *ineq_i,
343         struct isl_tab *tab)
344 {
345         int k, l;
346         unsigned dim;
347
348         dim = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
349         for (k = 0; k < map->p[i]->n_eq; ++k) {
350                 for (l = 0; l < 2; ++l) {
351                         int stat;
352                         isl_seq_neg(map->p[i]->eq[k], map->p[i]->eq[k], 1+dim);
353                         stat = status_in(map->p[i]->eq[k], tab);
354                         if (stat != STATUS_VALID)
355                                 return 0;
356                 }
357         }
358
359         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
360                 int stat;
361                 if (ineq_i[k] == STATUS_REDUNDANT)
362                         continue;
363                 stat = status_in(map->p[i]->ineq[k], tab);
364                 if (stat != STATUS_VALID)
365                         return 0;
366         }
367         return 1;
368 }
369
370 /* Basic map "i" has an inequality "k" that is adjacent to some equality
371  * of basic map "j".  All the other inequalities are valid for "j".
372  * Check if basic map "j" forms an extension of basic map "i".
373  *
374  * In particular, we relax constraint "k", compute the corresponding
375  * facet and check whether it is included in the other basic map.
376  * If so, we know that relaxing the constraint extends the basic
377  * map with exactly the other basic map (we already know that this
378  * other basic map is included in the extension, because there
379  * were no "cut" inequalities in "i") and we can replace the
380  * two basic maps by thie extension.
381  *        ____                    _____
382  *       /    ||                 /     |
383  *      /     ||                /      |
384  *      \     ||        =>      \      |
385  *       \    ||                 \     |
386  *        \___||                  \____|
387  */
388 static int is_extension(struct isl_map *map, int i, int j, int k,
389         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
390 {
391         int changed = 0;
392         int super;
393         struct isl_tab_undo *snap, *snap2;
394         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
395
396         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
397         tabs[i] = isl_tab_relax(tabs[i], n_eq + k);
398         snap2 = isl_tab_snap(tabs[i]);
399         if (isl_tab_select_facet(tabs[i], n_eq + k) < 0)
400                 return -1;
401         super = contains(map, j, ineq_j, tabs[i]);
402         if (super) {
403                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap2) < 0)
404                         return -1;
405                 map->p[i] = isl_basic_map_cow(map->p[i]);
406                 if (!map->p[i])
407                         return -1;
408                 isl_int_add_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
409                 ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_FINAL);
410                 drop(map, j, tabs);
411                 changed = 1;
412         } else
413                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
414                         return -1;
415
416         return changed;
417 }
418
419 /* For each non-redundant constraint in "bmap" (as determined by "tab"),
420  * wrap the constraint around "bound" such that it includes the whole
421  * set "set" and append the resulting constraint to "wraps".
422  * "wraps" is assumed to have been pre-allocated to the appropriate size.
423  * wraps->n_row is the number of actual wrapped constraints that have
424  * been added.
425  * If any of the wrapping problems results in a constraint that is
426  * identical to "bound", then this means that "set" is unbounded in such
427  * way that no wrapping is possible.  If this happens then wraps->n_row
428  * is reset to zero.
429  */
430 static int add_wraps(__isl_keep isl_mat *wraps, __isl_keep isl_basic_map *bmap,
431         struct isl_tab *tab, isl_int *bound, __isl_keep isl_set *set)
432 {
433         int l;
434         int w;
435         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(bmap);
436
437         w = wraps->n_row;
438
439         for (l = 0; l < bmap->n_ineq; ++l) {
440                 if (isl_seq_is_neg(bound, bmap->ineq[l], 1 + total))
441                         continue;
442                 if (isl_seq_eq(bound, bmap->ineq[l], 1 + total))
443                         continue;
444                 if (isl_tab_is_redundant(tab, bmap->n_eq + l))
445                         continue;
446
447                 isl_seq_cpy(wraps->row[w], bound, 1 + total);
448                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->row[w], bmap->ineq[l]))
449                         return -1;
450                 if (isl_seq_eq(wraps->row[w], bound, 1 + total))
451                         goto unbounded;
452                 ++w;
453         }
454         for (l = 0; l < bmap->n_eq; ++l) {
455                 if (isl_seq_is_neg(bound, bmap->eq[l], 1 + total))
456                         continue;
457                 if (isl_seq_eq(bound, bmap->eq[l], 1 + total))
458                         continue;
459
460                 isl_seq_cpy(wraps->row[w], bound, 1 + total);
461                 isl_seq_neg(wraps->row[w + 1], bmap->eq[l], 1 + total);
462                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->row[w], wraps->row[w + 1]))
463                         return -1;
464                 if (isl_seq_eq(wraps->row[w], bound, 1 + total))
465                         goto unbounded;
466                 ++w;
467
468                 isl_seq_cpy(wraps->row[w], bound, 1 + total);
469                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->row[w], bmap->eq[l]))
470                         return -1;
471                 if (isl_seq_eq(wraps->row[w], bound, 1 + total))
472                         goto unbounded;
473                 ++w;
474         }
475
476         wraps->n_row = w;
477         return 0;
478 unbounded:
479         wraps->n_row = 0;
480         return 0;
481 }
482
483 /* Check if the constraints in "wraps" from "first" until the last
484  * are all valid for the basic set represented by "tab".
485  * If not, wraps->n_row is set to zero.
486  */
487 static int check_wraps(__isl_keep isl_mat *wraps, int first,
488         struct isl_tab *tab)
489 {
490         int i;
491
492         for (i = first; i < wraps->n_row; ++i) {
493                 enum isl_ineq_type type;
494                 type = isl_tab_ineq_type(tab, wraps->row[i]);
495                 if (type == isl_ineq_error)
496                         return -1;
497                 if (type == isl_ineq_redundant)
498                         continue;
499                 wraps->n_row = 0;
500                 return 0;
501         }
502
503         return 0;
504 }
505
506 /* Return a set that corresponds to the non-redudant constraints
507  * (as recorded in tab) of bmap.
508  *
509  * It's important to remove the redundant constraints as some
510  * of the other constraints may have been modified after the
511  * constraints were marked redundant.
512  * In particular, a constraint may have been relaxed.
513  * Redundant constraints are ignored when a constraint is relaxed
514  * and should therefore continue to be ignored ever after.
515  * Otherwise, the relaxation might be thwarted by some of
516  * these constraints.
517  */
518 static __isl_give isl_set *set_from_updated_bmap(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
519         struct isl_tab *tab)
520 {
521         bmap = isl_basic_map_copy(bmap);
522         bmap = isl_basic_map_cow(bmap);
523         bmap = isl_basic_map_update_from_tab(bmap, tab);
524         return isl_set_from_basic_set(isl_basic_map_underlying_set(bmap));
525 }
526
527 /* Given a basic set i with a constraint k that is adjacent to either the
528  * whole of basic set j or a facet of basic set j, check if we can wrap
529  * both the facet corresponding to k and the facet of j (or the whole of j)
530  * around their ridges to include the other set.
531  * If so, replace the pair of basic sets by their union.
532  *
533  * All constraints of i (except k) are assumed to be valid for j.
534  *
535  * However, the constraints of j may not be valid for i and so
536  * we have to check that the wrapping constraints for j are valid for i.
537  *
538  * In the case where j has a facet adjacent to i, tab[j] is assumed
539  * to have been restricted to this facet, so that the non-redundant
540  * constraints in tab[j] are the ridges of the facet.
541  * Note that for the purpose of wrapping, it does not matter whether
542  * we wrap the ridges of i around the whole of j or just around
543  * the facet since all the other constraints are assumed to be valid for j.
544  * In practice, we wrap to include the whole of j.
545  *        ____                    _____
546  *       /    |                  /     \
547  *      /     ||                /      |
548  *      \     ||        =>      \      |
549  *       \    ||                 \     |
550  *        \___||                  \____|
551  *
552  */
553 static int can_wrap_in_facet(struct isl_map *map, int i, int j, int k,
554         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
555 {
556         int changed = 0;
557         struct isl_mat *wraps = NULL;
558         struct isl_set *set_i = NULL;
559         struct isl_set *set_j = NULL;
560         struct isl_vec *bound = NULL;
561         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
562         struct isl_tab_undo *snap;
563         int n;
564
565         set_i = set_from_updated_bmap(map->p[i], tabs[i]);
566         set_j = set_from_updated_bmap(map->p[j], tabs[j]);
567         wraps = isl_mat_alloc(map->ctx, 2 * (map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq) +
568                                         map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq,
569                                         1 + total);
570         bound = isl_vec_alloc(map->ctx, 1 + total);
571         if (!set_i || !set_j || !wraps || !bound)
572                 goto error;
573
574         isl_seq_cpy(bound->el, map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
575         isl_int_add_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
576
577         isl_seq_cpy(wraps->row[0], bound->el, 1 + total);
578         wraps->n_row = 1;
579
580         if (add_wraps(wraps, map->p[j], tabs[j], bound->el, set_i) < 0)
581                 goto error;
582         if (!wraps->n_row)
583                 goto unbounded;
584
585         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
586
587         if (isl_tab_select_facet(tabs[i], map->p[i]->n_eq + k) < 0)
588                 goto error;
589         if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
590                 goto error;
591
592         isl_seq_neg(bound->el, map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
593
594         n = wraps->n_row;
595         if (add_wraps(wraps, map->p[i], tabs[i], bound->el, set_j) < 0)
596                 goto error;
597
598         if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
599                 goto error;
600         if (check_wraps(wraps, n, tabs[i]) < 0)
601                 goto error;
602         if (!wraps->n_row)
603                 goto unbounded;
604
605         changed = fuse(map, i, j, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, wraps);
606
607 unbounded:
608         isl_mat_free(wraps);
609
610         isl_set_free(set_i);
611         isl_set_free(set_j);
612
613         isl_vec_free(bound);
614
615         return changed;
616 error:
617         isl_vec_free(bound);
618         isl_mat_free(wraps);
619         isl_set_free(set_i);
620         isl_set_free(set_j);
621         return -1;
622 }
623
624 /* Set the is_redundant property of the "n" constraints in "cuts",
625  * except "k" to "v".
626  * This is a fairly tricky operation as it bypasses isl_tab.c.
627  * The reason we want to temporarily mark some constraints redundant
628  * is that we want to ignore them in add_wraps.
629  *
630  * Initially all cut constraints are non-redundant, but the
631  * selection of a facet right before the call to this function
632  * may have made some of them redundant.
633  * Likewise, the same constraints are marked non-redundant
634  * in the second call to this function, before they are officially
635  * made non-redundant again in the subsequent rollback.
636  */
637 static void set_is_redundant(struct isl_tab *tab, unsigned n_eq,
638         int *cuts, int n, int k, int v)
639 {
640         int l;
641
642         for (l = 0; l < n; ++l) {
643                 if (l == k)
644                         continue;
645                 tab->con[n_eq + cuts[l]].is_redundant = v;
646         }
647 }
648
649 /* Given a pair of basic maps i and j such that j sticks out
650  * of i at n cut constraints, each time by at most one,
651  * try to compute wrapping constraints and replace the two
652  * basic maps by a single basic map.
653  * The other constraints of i are assumed to be valid for j.
654  *
655  * The facets of i corresponding to the cut constraints are
656  * wrapped around their ridges, except those ridges determined
657  * by any of the other cut constraints.
658  * The intersections of cut constraints need to be ignored
659  * as the result of wrapping on cur constraint around another
660  * would result in a constraint cutting the union.
661  * In each case, the facets are wrapped to include the union
662  * of the two basic maps.
663  *
664  * The pieces of j that lie at an offset of exactly one from
665  * one of the cut constraints of i are wrapped around their edges.
666  * Here, there is no need to ignore intersections because we
667  * are wrapping around the union of the two basic maps.
668  *
669  * If any wrapping fails, i.e., if we cannot wrap to touch
670  * the union, then we give up.
671  * Otherwise, the pair of basic maps is replaced by their union.
672  */
673 static int wrap_in_facets(struct isl_map *map, int i, int j,
674         int *cuts, int n, struct isl_tab **tabs,
675         int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
676 {
677         int changed = 0;
678         isl_mat *wraps = NULL;
679         isl_set *set = NULL;
680         isl_vec *bound = NULL;
681         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
682         int max_wrap;
683         int k;
684         struct isl_tab_undo *snap_i, *snap_j;
685
686         if (isl_tab_extend_cons(tabs[j], 1) < 0)
687                 goto error;
688
689         max_wrap = 2 * (map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq) +
690                     map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq;
691         max_wrap *= n;
692
693         set = isl_set_union(set_from_updated_bmap(map->p[i], tabs[i]),
694                             set_from_updated_bmap(map->p[j], tabs[j]));
695         wraps = isl_mat_alloc(map->ctx, max_wrap, 1 + total);
696         bound = isl_vec_alloc(map->ctx, 1 + total);
697         if (!set || !wraps || !bound)
698                 goto error;
699
700         snap_i = isl_tab_snap(tabs[i]);
701         snap_j = isl_tab_snap(tabs[j]);
702
703         wraps->n_row = 0;
704
705         for (k = 0; k < n; ++k) {
706                 if (isl_tab_select_facet(tabs[i], map->p[i]->n_eq + cuts[k]) < 0)
707                         goto error;
708                 if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
709                         goto error;
710                 set_is_redundant(tabs[i], map->p[i]->n_eq, cuts, n, k, 1);
711
712                 isl_seq_neg(bound->el, map->p[i]->ineq[cuts[k]], 1 + total);
713                 if (add_wraps(wraps, map->p[i], tabs[i], bound->el, set) < 0)
714                         goto error;
715
716                 set_is_redundant(tabs[i], map->p[i]->n_eq, cuts, n, k, 0);
717                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap_i) < 0)
718                         goto error;
719
720                 if (!wraps->n_row)
721                         break;
722
723                 isl_seq_cpy(bound->el, map->p[i]->ineq[cuts[k]], 1 + total);
724                 isl_int_add_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
725                 if (isl_tab_add_eq(tabs[j], bound->el) < 0)
726                         goto error;
727                 if (isl_tab_detect_redundant(tabs[j]) < 0)
728                         goto error;
729
730                 if (!tabs[j]->empty &&
731                     add_wraps(wraps, map->p[j], tabs[j], bound->el, set) < 0)
732                         goto error;
733
734                 if (isl_tab_rollback(tabs[j], snap_j) < 0)
735                         goto error;
736
737                 if (!wraps->n_row)
738                         break;
739         }
740
741         if (k == n)
742                 changed = fuse(map, i, j, tabs,
743                                 eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, wraps);
744
745         isl_vec_free(bound);
746         isl_mat_free(wraps);
747         isl_set_free(set);
748
749         return changed;
750 error:
751         isl_vec_free(bound);
752         isl_mat_free(wraps);
753         isl_set_free(set);
754         return -1;
755 }
756
757 /* Given two basic sets i and j such that i has not cut equalities,
758  * check if relaxing all the cut inequalities of i by one turns
759  * them into valid constraint for j and check if we can wrap in
760  * the bits that are sticking out.
761  * If so, replace the pair by their union.
762  *
763  * We first check if all relaxed cut inequalities of i are valid for j
764  * and then try to wrap in the intersections of the relaxed cut inequalities
765  * with j.
766  *
767  * During this wrapping, we consider the points of j that lie at a distance
768  * of exactly 1 from i.  In particular, we ignore the points that lie in
769  * between this lower-dimensional space and the basic map i.
770  * We can therefore only apply this to integer maps.
771  *        ____                    _____
772  *       / ___|_                 /     \
773  *      / |    |                /      |
774  *      \ |    |        =>      \      |
775  *       \|____|                 \     |
776  *        \___|                   \____/
777  *
778  *       _____                   ______
779  *      | ____|_                |      \
780  *      | |     |               |       |
781  *      | |     |       =>      |       |
782  *      |_|     |               |       |
783  *        |_____|                \______|
784  *
785  *       _______
786  *      |       |
787  *      |  |\   |
788  *      |  | \  |
789  *      |  |  \ |
790  *      |  |   \|
791  *      |  |    \
792  *      |  |_____\
793  *      |       |
794  *      |_______|
795  *
796  * Wrapping can fail if the result of wrapping one of the facets
797  * around its edges does not produce any new facet constraint.
798  * In particular, this happens when we try to wrap in unbounded sets.
799  *
800  *       _______________________________________________________________________
801  *      |
802  *      |  ___
803  *      | |   |
804  *      |_|   |_________________________________________________________________
805  *        |___|
806  *
807  * The following is not an acceptable result of coalescing the above two
808  * sets as it includes extra integer points.
809  *       _______________________________________________________________________
810  *      |
811  *      |     
812  *      |      
813  *      |
814  *       \______________________________________________________________________
815  */
816 static int can_wrap_in_set(struct isl_map *map, int i, int j,
817         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
818 {
819         int changed = 0;
820         int k, m;
821         int n;
822         int *cuts = NULL;
823
824         if (ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL) ||
825             ISL_F_ISSET(map->p[j], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL))
826                 return 0;
827
828         n = count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT);
829         if (n == 0)
830                 return 0;
831
832         cuts = isl_alloc_array(map->ctx, int, n);
833         if (!cuts)
834                 return -1;
835
836         for (k = 0, m = 0; m < n; ++k) {
837                 enum isl_ineq_type type;
838
839                 if (ineq_i[k] != STATUS_CUT)
840                         continue;
841
842                 isl_int_add_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
843                 type = isl_tab_ineq_type(tabs[j], map->p[i]->ineq[k]);
844                 isl_int_sub_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
845                 if (type == isl_ineq_error)
846                         goto error;
847                 if (type != isl_ineq_redundant)
848                         break;
849                 cuts[m] = k;
850                 ++m;
851         }
852
853         if (m == n)
854                 changed = wrap_in_facets(map, i, j, cuts, n, tabs,
855                                          eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
856
857         free(cuts);
858
859         return changed;
860 error:
861         free(cuts);
862         return -1;
863 }
864
865 /* Check if either i or j has a single cut constraint that can
866  * be used to wrap in (a facet of) the other basic set.
867  * if so, replace the pair by their union.
868  */
869 static int check_wrap(struct isl_map *map, int i, int j,
870         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
871 {
872         int changed = 0;
873
874         if (!any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT))
875                 changed = can_wrap_in_set(map, i, j, tabs,
876                                             eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
877         if (changed)
878                 return changed;
879
880         if (!any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT))
881                 changed = can_wrap_in_set(map, j, i, tabs,
882                                             eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
883         return changed;
884 }
885
886 /* At least one of the basic maps has an equality that is adjacent
887  * to inequality.  Make sure that only one of the basic maps has
888  * such an equality and that the other basic map has exactly one
889  * inequality adjacent to an equality.
890  * We call the basic map that has the inequality "i" and the basic
891  * map that has the equality "j".
892  * If "i" has any "cut" (in)equality, then relaxing the inequality
893  * by one would not result in a basic map that contains the other
894  * basic map.
895  */
896 static int check_adj_eq(struct isl_map *map, int i, int j,
897         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
898 {
899         int changed = 0;
900         int k;
901
902         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) &&
903             any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ))
904                 /* ADJ EQ TOO MANY */
905                 return 0;
906
907         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ))
908                 return check_adj_eq(map, j, i, tabs,
909                                         eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
910
911         /* j has an equality adjacent to an inequality in i */
912
913         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT))
914                 return 0;
915         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT))
916                 /* ADJ EQ CUT */
917                 return 0;
918         if (count(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) != 1 ||
919             count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) != 1 ||
920             any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) ||
921             any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
922             any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ))
923                 /* ADJ EQ TOO MANY */
924                 return 0;
925
926         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq ; ++k)
927                 if (ineq_i[k] == STATUS_ADJ_EQ)
928                         break;
929
930         changed = is_extension(map, i, j, k, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
931         if (changed)
932                 return changed;
933
934         changed = can_wrap_in_facet(map, i, j, k, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
935
936         return changed;
937 }
938
939 /* Check if the union of the given pair of basic maps
940  * can be represented by a single basic map.
941  * If so, replace the pair by the single basic map and return 1.
942  * Otherwise, return 0;
943  *
944  * We first check the effect of each constraint of one basic map
945  * on the other basic map.
946  * The constraint may be
947  *      redundant       the constraint is redundant in its own
948  *                      basic map and should be ignore and removed
949  *                      in the end
950  *      valid           all (integer) points of the other basic map
951  *                      satisfy the constraint
952  *      separate        no (integer) point of the other basic map
953  *                      satisfies the constraint
954  *      cut             some but not all points of the other basic map
955  *                      satisfy the constraint
956  *      adj_eq          the given constraint is adjacent (on the outside)
957  *                      to an equality of the other basic map
958  *      adj_ineq        the given constraint is adjacent (on the outside)
959  *                      to an inequality of the other basic map
960  *
961  * We consider six cases in which we can replace the pair by a single
962  * basic map.  We ignore all "redundant" constraints.
963  *
964  *      1. all constraints of one basic map are valid
965  *              => the other basic map is a subset and can be removed
966  *
967  *      2. all constraints of both basic maps are either "valid" or "cut"
968  *         and the facets corresponding to the "cut" constraints
969  *         of one of the basic maps lies entirely inside the other basic map
970  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
971  *                 of the valid constraints in both basic maps
972  *
973  *      3. there is a single pair of adjacent inequalities
974  *         (all other constraints are "valid")
975  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
976  *                 of the valid constraints in both basic maps
977  *
978  *      4. there is a single adjacent pair of an inequality and an equality,
979  *         the other constraints of the basic map containing the inequality are
980  *         "valid".  Moreover, if the inequality the basic map is relaxed
981  *         and then turned into an equality, then resulting facet lies
982  *         entirely inside the other basic map
983  *              => the pair can be replaced by the basic map containing
984  *                 the inequality, with the inequality relaxed.
985  *
986  *      5. there is a single adjacent pair of an inequality and an equality,
987  *         the other constraints of the basic map containing the inequality are
988  *         "valid".  Moreover, the facets corresponding to both
989  *         the inequality and the equality can be wrapped around their
990  *         ridges to include the other basic map
991  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
992  *                 of the valid constraints in both basic maps together
993  *                 with all wrapping constraints
994  *
995  *      6. one of the basic maps extends beyond the other by at most one.
996  *         Moreover, the facets corresponding to the cut constraints and
997  *         the pieces of the other basic map at offset one from these cut
998  *         constraints can be wrapped around their ridges to include
999  *         the unione of the two basic maps
1000  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1001  *                 of the valid constraints in both basic maps together
1002  *                 with all wrapping constraints
1003  *
1004  * Throughout the computation, we maintain a collection of tableaus
1005  * corresponding to the basic maps.  When the basic maps are dropped
1006  * or combined, the tableaus are modified accordingly.
1007  */
1008 static int coalesce_pair(struct isl_map *map, int i, int j,
1009         struct isl_tab **tabs)
1010 {
1011         int changed = 0;
1012         int *eq_i = NULL;
1013         int *eq_j = NULL;
1014         int *ineq_i = NULL;
1015         int *ineq_j = NULL;
1016
1017         eq_i = eq_status_in(map, i, j, tabs);
1018         if (!eq_i)
1019                 goto error;
1020         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ERROR))
1021                 goto error;
1022         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_SEPARATE))
1023                 goto done;
1024
1025         eq_j = eq_status_in(map, j, i, tabs);
1026         if (!eq_j)
1027                 goto error;
1028         if (any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ERROR))
1029                 goto error;
1030         if (any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_SEPARATE))
1031                 goto done;
1032
1033         ineq_i = ineq_status_in(map, i, j, tabs);
1034         if (!ineq_i)
1035                 goto error;
1036         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ERROR))
1037                 goto error;
1038         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_SEPARATE))
1039                 goto done;
1040
1041         ineq_j = ineq_status_in(map, j, i, tabs);
1042         if (!ineq_j)
1043                 goto error;
1044         if (any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ERROR))
1045                 goto error;
1046         if (any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_SEPARATE))
1047                 goto done;
1048
1049         if (all(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_VALID) &&
1050             all(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_VALID)) {
1051                 drop(map, j, tabs);
1052                 changed = 1;
1053         } else if (all(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_VALID) &&
1054                    all(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_VALID)) {
1055                 drop(map, i, tabs);
1056                 changed = 1;
1057         } else if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_EQ) ||
1058                    any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_EQ)) {
1059                 /* ADJ EQ PAIR */
1060         } else if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
1061                    any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ)) {
1062                 changed = check_adj_eq(map, i, j, tabs,
1063                                         eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1064         } else if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) ||
1065                    any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ)) {
1066                 /* Can't happen */
1067                 /* BAD ADJ INEQ */
1068         } else if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
1069                    any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ)) {
1070                 if (!any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT) &&
1071                     !any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT))
1072                         changed = check_adj_ineq(map, i, j, tabs,
1073                                                  ineq_i, ineq_j);
1074         } else {
1075                 if (!any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT) &&
1076                     !any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT))
1077                         changed = check_facets(map, i, j, tabs, ineq_i, ineq_j);
1078                 if (!changed)
1079                         changed = check_wrap(map, i, j, tabs,
1080                                                 eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1081         }
1082
1083 done:
1084         free(eq_i);
1085         free(eq_j);
1086         free(ineq_i);
1087         free(ineq_j);
1088         return changed;
1089 error:
1090         free(eq_i);
1091         free(eq_j);
1092         free(ineq_i);
1093         free(ineq_j);
1094         return -1;
1095 }
1096
1097 static struct isl_map *coalesce(struct isl_map *map, struct isl_tab **tabs)
1098 {
1099         int i, j;
1100
1101         for (i = map->n - 2; i >= 0; --i)
1102 restart:
1103                 for (j = i + 1; j < map->n; ++j) {
1104                         int changed;
1105                         changed = coalesce_pair(map, i, j, tabs);
1106                         if (changed < 0)
1107                                 goto error;
1108                         if (changed)
1109                                 goto restart;
1110                 }
1111         return map;
1112 error:
1113         isl_map_free(map);
1114         return NULL;
1115 }
1116
1117 /* For each pair of basic maps in the map, check if the union of the two
1118  * can be represented by a single basic map.
1119  * If so, replace the pair by the single basic map and start over.
1120  */
1121 struct isl_map *isl_map_coalesce(struct isl_map *map)
1122 {
1123         int i;
1124         unsigned n;
1125         struct isl_tab **tabs = NULL;
1126
1127         if (!map)
1128                 return NULL;
1129
1130         if (map->n <= 1)
1131                 return map;
1132
1133         map = isl_map_align_divs(map);
1134
1135         tabs = isl_calloc_array(map->ctx, struct isl_tab *, map->n);
1136         if (!tabs)
1137                 goto error;
1138
1139         n = map->n;
1140         for (i = 0; i < map->n; ++i) {
1141                 tabs[i] = isl_tab_from_basic_map(map->p[i]);
1142                 if (!tabs[i])
1143                         goto error;
1144                 if (!ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_IMPLICIT))
1145                         if (isl_tab_detect_implicit_equalities(tabs[i]) < 0)
1146                                 goto error;
1147                 if (!ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_REDUNDANT))
1148                         if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
1149                                 goto error;
1150         }
1151         for (i = map->n - 1; i >= 0; --i)
1152                 if (tabs[i]->empty)
1153                         drop(map, i, tabs);
1154
1155         map = coalesce(map, tabs);
1156
1157         if (map)
1158                 for (i = 0; i < map->n; ++i) {
1159                         map->p[i] = isl_basic_map_update_from_tab(map->p[i],
1160                                                                     tabs[i]);
1161                         map->p[i] = isl_basic_map_finalize(map->p[i]);
1162                         if (!map->p[i])
1163                                 goto error;
1164                         ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_IMPLICIT);
1165                         ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_REDUNDANT);
1166                 }
1167
1168         for (i = 0; i < n; ++i)
1169                 isl_tab_free(tabs[i]);
1170
1171         free(tabs);
1172
1173         return map;
1174 error:
1175         if (tabs)
1176                 for (i = 0; i < n; ++i)
1177                         isl_tab_free(tabs[i]);
1178         free(tabs);
1179         return NULL;
1180 }
1181
1182 /* For each pair of basic sets in the set, check if the union of the two
1183  * can be represented by a single basic set.
1184  * If so, replace the pair by the single basic set and start over.
1185  */
1186 struct isl_set *isl_set_coalesce(struct isl_set *set)
1187 {
1188         return (struct isl_set *)isl_map_coalesce((struct isl_map *)set);
1189 }