4124f4bd3da89cd364e5114d29f7beb66c36d760
[platform/upstream/isl.git] / isl_tab_pip.c
1 /*
2  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
3  * Copyright 2010      INRIA Saclay
4  *
5  * Use of this software is governed by the MIT 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_ctx_private.h>
14 #include "isl_map_private.h"
15 #include <isl/seq.h>
16 #include "isl_tab.h"
17 #include "isl_sample.h"
18 #include <isl_mat_private.h>
19 #include <isl_aff_private.h>
20 #include <isl_options_private.h>
21 #include <isl_config.h>
22
23 /*
24  * The implementation of parametric integer linear programming in this file
25  * was inspired by the paper "Parametric Integer Programming" and the
26  * report "Solving systems of affine (in)equalities" by Paul Feautrier
27  * (and others).
28  *
29  * The strategy used for obtaining a feasible solution is different
30  * from the one used in isl_tab.c.  In particular, in isl_tab.c,
31  * upon finding a constraint that is not yet satisfied, we pivot
32  * in a row that increases the constant term of the row holding the
33  * constraint, making sure the sample solution remains feasible
34  * for all the constraints it already satisfied.
35  * Here, we always pivot in the row holding the constraint,
36  * choosing a column that induces the lexicographically smallest
37  * increment to the sample solution.
38  *
39  * By starting out from a sample value that is lexicographically
40  * smaller than any integer point in the problem space, the first
41  * feasible integer sample point we find will also be the lexicographically
42  * smallest.  If all variables can be assumed to be non-negative,
43  * then the initial sample value may be chosen equal to zero.
44  * However, we will not make this assumption.  Instead, we apply
45  * the "big parameter" trick.  Any variable x is then not directly
46  * used in the tableau, but instead it is represented by another
47  * variable x' = M + x, where M is an arbitrarily large (positive)
48  * value.  x' is therefore always non-negative, whatever the value of x.
49  * Taking as initial sample value x' = 0 corresponds to x = -M,
50  * which is always smaller than any possible value of x.
51  *
52  * The big parameter trick is used in the main tableau and
53  * also in the context tableau if isl_context_lex is used.
54  * In this case, each tableaus has its own big parameter.
55  * Before doing any real work, we check if all the parameters
56  * happen to be non-negative.  If so, we drop the column corresponding
57  * to M from the initial context tableau.
58  * If isl_context_gbr is used, then the big parameter trick is only
59  * used in the main tableau.
60  */
61
62 struct isl_context;
63 struct isl_context_op {
64         /* detect nonnegative parameters in context and mark them in tab */
65         struct isl_tab *(*detect_nonnegative_parameters)(
66                         struct isl_context *context, struct isl_tab *tab);
67         /* return temporary reference to basic set representation of context */
68         struct isl_basic_set *(*peek_basic_set)(struct isl_context *context);
69         /* return temporary reference to tableau representation of context */
70         struct isl_tab *(*peek_tab)(struct isl_context *context);
71         /* add equality; check is 1 if eq may not be valid;
72          * update is 1 if we may want to call ineq_sign on context later.
73          */
74         void (*add_eq)(struct isl_context *context, isl_int *eq,
75                         int check, int update);
76         /* add inequality; check is 1 if ineq may not be valid;
77          * update is 1 if we may want to call ineq_sign on context later.
78          */
79         void (*add_ineq)(struct isl_context *context, isl_int *ineq,
80                         int check, int update);
81         /* check sign of ineq based on previous information.
82          * strict is 1 if saturation should be treated as a positive sign.
83          */
84         enum isl_tab_row_sign (*ineq_sign)(struct isl_context *context,
85                         isl_int *ineq, int strict);
86         /* check if inequality maintains feasibility */
87         int (*test_ineq)(struct isl_context *context, isl_int *ineq);
88         /* return index of a div that corresponds to "div" */
89         int (*get_div)(struct isl_context *context, struct isl_tab *tab,
90                         struct isl_vec *div);
91         /* add div "div" to context and return non-negativity */
92         int (*add_div)(struct isl_context *context, struct isl_vec *div);
93         int (*detect_equalities)(struct isl_context *context,
94                         struct isl_tab *tab);
95         /* return row index of "best" split */
96         int (*best_split)(struct isl_context *context, struct isl_tab *tab);
97         /* check if context has already been determined to be empty */
98         int (*is_empty)(struct isl_context *context);
99         /* check if context is still usable */
100         int (*is_ok)(struct isl_context *context);
101         /* save a copy/snapshot of context */
102         void *(*save)(struct isl_context *context);
103         /* restore saved context */
104         void (*restore)(struct isl_context *context, void *);
105         /* discard saved context */
106         void (*discard)(void *);
107         /* invalidate context */
108         void (*invalidate)(struct isl_context *context);
109         /* free context */
110         void (*free)(struct isl_context *context);
111 };
112
113 struct isl_context {
114         struct isl_context_op *op;
115 };
116
117 struct isl_context_lex {
118         struct isl_context context;
119         struct isl_tab *tab;
120 };
121
122 /* A stack (linked list) of solutions of subtrees of the search space.
123  *
124  * "M" describes the solution in terms of the dimensions of "dom".
125  * The number of columns of "M" is one more than the total number
126  * of dimensions of "dom".
127  */
128 struct isl_partial_sol {
129         int level;
130         struct isl_basic_set *dom;
131         struct isl_mat *M;
132
133         struct isl_partial_sol *next;
134 };
135
136 struct isl_sol;
137 struct isl_sol_callback {
138         struct isl_tab_callback callback;
139         struct isl_sol *sol;
140 };
141
142 /* isl_sol is an interface for constructing a solution to
143  * a parametric integer linear programming problem.
144  * Every time the algorithm reaches a state where a solution
145  * can be read off from the tableau (including cases where the tableau
146  * is empty), the function "add" is called on the isl_sol passed
147  * to find_solutions_main.
148  *
149  * The context tableau is owned by isl_sol and is updated incrementally.
150  *
151  * There are currently two implementations of this interface,
152  * isl_sol_map, which simply collects the solutions in an isl_map
153  * and (optionally) the parts of the context where there is no solution
154  * in an isl_set, and
155  * isl_sol_for, which calls a user-defined function for each part of
156  * the solution.
157  */
158 struct isl_sol {
159         int error;
160         int rational;
161         int level;
162         int max;
163         int n_out;
164         struct isl_context *context;
165         struct isl_partial_sol *partial;
166         void (*add)(struct isl_sol *sol,
167                             struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M);
168         void (*add_empty)(struct isl_sol *sol, struct isl_basic_set *bset);
169         void (*free)(struct isl_sol *sol);
170         struct isl_sol_callback dec_level;
171 };
172
173 static void sol_free(struct isl_sol *sol)
174 {
175         struct isl_partial_sol *partial, *next;
176         if (!sol)
177                 return;
178         for (partial = sol->partial; partial; partial = next) {
179                 next = partial->next;
180                 isl_basic_set_free(partial->dom);
181                 isl_mat_free(partial->M);
182                 free(partial);
183         }
184         sol->free(sol);
185 }
186
187 /* Push a partial solution represented by a domain and mapping M
188  * onto the stack of partial solutions.
189  */
190 static void sol_push_sol(struct isl_sol *sol,
191         struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M)
192 {
193         struct isl_partial_sol *partial;
194
195         if (sol->error || !dom)
196                 goto error;
197
198         partial = isl_alloc_type(dom->ctx, struct isl_partial_sol);
199         if (!partial)
200                 goto error;
201
202         partial->level = sol->level;
203         partial->dom = dom;
204         partial->M = M;
205         partial->next = sol->partial;
206
207         sol->partial = partial;
208
209         return;
210 error:
211         isl_basic_set_free(dom);
212         isl_mat_free(M);
213         sol->error = 1;
214 }
215
216 /* Pop one partial solution from the partial solution stack and
217  * pass it on to sol->add or sol->add_empty.
218  */
219 static void sol_pop_one(struct isl_sol *sol)
220 {
221         struct isl_partial_sol *partial;
222
223         partial = sol->partial;
224         sol->partial = partial->next;
225
226         if (partial->M)
227                 sol->add(sol, partial->dom, partial->M);
228         else
229                 sol->add_empty(sol, partial->dom);
230         free(partial);
231 }
232
233 /* Return a fresh copy of the domain represented by the context tableau.
234  */
235 static struct isl_basic_set *sol_domain(struct isl_sol *sol)
236 {
237         struct isl_basic_set *bset;
238
239         if (sol->error)
240                 return NULL;
241
242         bset = isl_basic_set_dup(sol->context->op->peek_basic_set(sol->context));
243         bset = isl_basic_set_update_from_tab(bset,
244                         sol->context->op->peek_tab(sol->context));
245
246         return bset;
247 }
248
249 /* Check whether two partial solutions have the same mapping, where n_div
250  * is the number of divs that the two partial solutions have in common.
251  */
252 static int same_solution(struct isl_partial_sol *s1, struct isl_partial_sol *s2,
253         unsigned n_div)
254 {
255         int i;
256         unsigned dim;
257
258         if (!s1->M != !s2->M)
259                 return 0;
260         if (!s1->M)
261                 return 1;
262
263         dim = isl_basic_set_total_dim(s1->dom) - s1->dom->n_div;
264
265         for (i = 0; i < s1->M->n_row; ++i) {
266                 if (isl_seq_first_non_zero(s1->M->row[i]+1+dim+n_div,
267                                             s1->M->n_col-1-dim-n_div) != -1)
268                         return 0;
269                 if (isl_seq_first_non_zero(s2->M->row[i]+1+dim+n_div,
270                                             s2->M->n_col-1-dim-n_div) != -1)
271                         return 0;
272                 if (!isl_seq_eq(s1->M->row[i], s2->M->row[i], 1+dim+n_div))
273                         return 0;
274         }
275         return 1;
276 }
277
278 /* Pop all solutions from the partial solution stack that were pushed onto
279  * the stack at levels that are deeper than the current level.
280  * If the two topmost elements on the stack have the same level
281  * and represent the same solution, then their domains are combined.
282  * This combined domain is the same as the current context domain
283  * as sol_pop is called each time we move back to a higher level.
284  */
285 static void sol_pop(struct isl_sol *sol)
286 {
287         struct isl_partial_sol *partial;
288         unsigned n_div;
289
290         if (sol->error)
291                 return;
292
293         if (sol->level == 0) {
294                 for (partial = sol->partial; partial; partial = sol->partial)
295                         sol_pop_one(sol);
296                 return;
297         }
298
299         partial = sol->partial;
300         if (!partial)
301                 return;
302
303         if (partial->level <= sol->level)
304                 return;
305
306         if (partial->next && partial->next->level == partial->level) {
307                 n_div = isl_basic_set_dim(
308                                 sol->context->op->peek_basic_set(sol->context),
309                                 isl_dim_div);
310
311                 if (!same_solution(partial, partial->next, n_div)) {
312                         sol_pop_one(sol);
313                         sol_pop_one(sol);
314                 } else {
315                         struct isl_basic_set *bset;
316                         isl_mat *M;
317                         unsigned n;
318
319                         n = isl_basic_set_dim(partial->next->dom, isl_dim_div);
320                         n -= n_div;
321                         bset = sol_domain(sol);
322                         isl_basic_set_free(partial->next->dom);
323                         partial->next->dom = bset;
324                         M = partial->next->M;
325                         M = isl_mat_drop_cols(M, M->n_col - n, n);
326                         partial->next->M = M;
327                         partial->next->level = sol->level;
328
329                         if (!bset || !M)
330                                 goto error;
331
332                         sol->partial = partial->next;
333                         isl_basic_set_free(partial->dom);
334                         isl_mat_free(partial->M);
335                         free(partial);
336                 }
337         } else
338                 sol_pop_one(sol);
339
340         if (0)
341 error:          sol->error = 1;
342 }
343
344 static void sol_dec_level(struct isl_sol *sol)
345 {
346         if (sol->error)
347                 return;
348
349         sol->level--;
350
351         sol_pop(sol);
352 }
353
354 static int sol_dec_level_wrap(struct isl_tab_callback *cb)
355 {
356         struct isl_sol_callback *callback = (struct isl_sol_callback *)cb;
357
358         sol_dec_level(callback->sol);
359
360         return callback->sol->error ? -1 : 0;
361 }
362
363 /* Move down to next level and push callback onto context tableau
364  * to decrease the level again when it gets rolled back across
365  * the current state.  That is, dec_level will be called with
366  * the context tableau in the same state as it is when inc_level
367  * is called.
368  */
369 static void sol_inc_level(struct isl_sol *sol)
370 {
371         struct isl_tab *tab;
372
373         if (sol->error)
374                 return;
375
376         sol->level++;
377         tab = sol->context->op->peek_tab(sol->context);
378         if (isl_tab_push_callback(tab, &sol->dec_level.callback) < 0)
379                 sol->error = 1;
380 }
381
382 static void scale_rows(struct isl_mat *mat, isl_int m, int n_row)
383 {
384         int i;
385
386         if (isl_int_is_one(m))
387                 return;
388
389         for (i = 0; i < n_row; ++i)
390                 isl_seq_scale(mat->row[i], mat->row[i], m, mat->n_col);
391 }
392
393 /* Add the solution identified by the tableau and the context tableau.
394  *
395  * The layout of the variables is as follows.
396  *      tab->n_var is equal to the total number of variables in the input
397  *                      map (including divs that were copied from the context)
398  *                      + the number of extra divs constructed
399  *      Of these, the first tab->n_param and the last tab->n_div variables
400  *      correspond to the variables in the context, i.e.,
401  *              tab->n_param + tab->n_div = context_tab->n_var
402  *      tab->n_param is equal to the number of parameters and input
403  *                      dimensions in the input map
404  *      tab->n_div is equal to the number of divs in the context
405  *
406  * If there is no solution, then call add_empty with a basic set
407  * that corresponds to the context tableau.  (If add_empty is NULL,
408  * then do nothing).
409  *
410  * If there is a solution, then first construct a matrix that maps
411  * all dimensions of the context to the output variables, i.e.,
412  * the output dimensions in the input map.
413  * The divs in the input map (if any) that do not correspond to any
414  * div in the context do not appear in the solution.
415  * The algorithm will make sure that they have an integer value,
416  * but these values themselves are of no interest.
417  * We have to be careful not to drop or rearrange any divs in the
418  * context because that would change the meaning of the matrix.
419  *
420  * To extract the value of the output variables, it should be noted
421  * that we always use a big parameter M in the main tableau and so
422  * the variable stored in this tableau is not an output variable x itself, but
423  *      x' = M + x (in case of minimization)
424  * or
425  *      x' = M - x (in case of maximization)
426  * If x' appears in a column, then its optimal value is zero,
427  * which means that the optimal value of x is an unbounded number
428  * (-M for minimization and M for maximization).
429  * We currently assume that the output dimensions in the original map
430  * are bounded, so this cannot occur.
431  * Similarly, when x' appears in a row, then the coefficient of M in that
432  * row is necessarily 1.
433  * If the row in the tableau represents
434  *      d x' = c + d M + e(y)
435  * then, in case of minimization, the corresponding row in the matrix
436  * will be
437  *      a c + a e(y)
438  * with a d = m, the (updated) common denominator of the matrix.
439  * In case of maximization, the row will be
440  *      -a c - a e(y)
441  */
442 static void sol_add(struct isl_sol *sol, struct isl_tab *tab)
443 {
444         struct isl_basic_set *bset = NULL;
445         struct isl_mat *mat = NULL;
446         unsigned off;
447         int row;
448         isl_int m;
449
450         if (sol->error || !tab)
451                 goto error;
452
453         if (tab->empty && !sol->add_empty)
454                 return;
455         if (sol->context->op->is_empty(sol->context))
456                 return;
457
458         bset = sol_domain(sol);
459
460         if (tab->empty) {
461                 sol_push_sol(sol, bset, NULL);
462                 return;
463         }
464
465         off = 2 + tab->M;
466
467         mat = isl_mat_alloc(tab->mat->ctx, 1 + sol->n_out,
468                                             1 + tab->n_param + tab->n_div);
469         if (!mat)
470                 goto error;
471
472         isl_int_init(m);
473
474         isl_seq_clr(mat->row[0] + 1, mat->n_col - 1);
475         isl_int_set_si(mat->row[0][0], 1);
476         for (row = 0; row < sol->n_out; ++row) {
477                 int i = tab->n_param + row;
478                 int r, j;
479
480                 isl_seq_clr(mat->row[1 + row], mat->n_col);
481                 if (!tab->var[i].is_row) {
482                         if (tab->M)
483                                 isl_die(mat->ctx, isl_error_invalid,
484                                         "unbounded optimum", goto error2);
485                         continue;
486                 }
487
488                 r = tab->var[i].index;
489                 if (tab->M &&
490                     isl_int_ne(tab->mat->row[r][2], tab->mat->row[r][0]))
491                         isl_die(mat->ctx, isl_error_invalid,
492                                 "unbounded optimum", goto error2);
493                 isl_int_gcd(m, mat->row[0][0], tab->mat->row[r][0]);
494                 isl_int_divexact(m, tab->mat->row[r][0], m);
495                 scale_rows(mat, m, 1 + row);
496                 isl_int_divexact(m, mat->row[0][0], tab->mat->row[r][0]);
497                 isl_int_mul(mat->row[1 + row][0], m, tab->mat->row[r][1]);
498                 for (j = 0; j < tab->n_param; ++j) {
499                         int col;
500                         if (tab->var[j].is_row)
501                                 continue;
502                         col = tab->var[j].index;
503                         isl_int_mul(mat->row[1 + row][1 + j], m,
504                                     tab->mat->row[r][off + col]);
505                 }
506                 for (j = 0; j < tab->n_div; ++j) {
507                         int col;
508                         if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div+j].is_row)
509                                 continue;
510                         col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div+j].index;
511                         isl_int_mul(mat->row[1 + row][1 + tab->n_param + j], m,
512                                     tab->mat->row[r][off + col]);
513                 }
514                 if (sol->max)
515                         isl_seq_neg(mat->row[1 + row], mat->row[1 + row],
516                                     mat->n_col);
517         }
518
519         isl_int_clear(m);
520
521         sol_push_sol(sol, bset, mat);
522         return;
523 error2:
524         isl_int_clear(m);
525 error:
526         isl_basic_set_free(bset);
527         isl_mat_free(mat);
528         sol->error = 1;
529 }
530
531 struct isl_sol_map {
532         struct isl_sol  sol;
533         struct isl_map  *map;
534         struct isl_set  *empty;
535 };
536
537 static void sol_map_free(struct isl_sol_map *sol_map)
538 {
539         if (!sol_map)
540                 return;
541         if (sol_map->sol.context)
542                 sol_map->sol.context->op->free(sol_map->sol.context);
543         isl_map_free(sol_map->map);
544         isl_set_free(sol_map->empty);
545         free(sol_map);
546 }
547
548 static void sol_map_free_wrap(struct isl_sol *sol)
549 {
550         sol_map_free((struct isl_sol_map *)sol);
551 }
552
553 /* This function is called for parts of the context where there is
554  * no solution, with "bset" corresponding to the context tableau.
555  * Simply add the basic set to the set "empty".
556  */
557 static void sol_map_add_empty(struct isl_sol_map *sol,
558         struct isl_basic_set *bset)
559 {
560         if (!bset)
561                 goto error;
562         isl_assert(bset->ctx, sol->empty, goto error);
563
564         sol->empty = isl_set_grow(sol->empty, 1);
565         bset = isl_basic_set_simplify(bset);
566         bset = isl_basic_set_finalize(bset);
567         sol->empty = isl_set_add_basic_set(sol->empty, isl_basic_set_copy(bset));
568         if (!sol->empty)
569                 goto error;
570         isl_basic_set_free(bset);
571         return;
572 error:
573         isl_basic_set_free(bset);
574         sol->sol.error = 1;
575 }
576
577 static void sol_map_add_empty_wrap(struct isl_sol *sol,
578         struct isl_basic_set *bset)
579 {
580         sol_map_add_empty((struct isl_sol_map *)sol, bset);
581 }
582
583 /* Given a basic map "dom" that represents the context and an affine
584  * matrix "M" that maps the dimensions of the context to the
585  * output variables, construct a basic map with the same parameters
586  * and divs as the context, the dimensions of the context as input
587  * dimensions and a number of output dimensions that is equal to
588  * the number of output dimensions in the input map.
589  *
590  * The constraints and divs of the context are simply copied
591  * from "dom".  For each row
592  *      x = c + e(y)
593  * an equality
594  *      c + e(y) - d x = 0
595  * is added, with d the common denominator of M.
596  */
597 static void sol_map_add(struct isl_sol_map *sol,
598         struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M)
599 {
600         int i;
601         struct isl_basic_map *bmap = NULL;
602         unsigned n_eq;
603         unsigned n_ineq;
604         unsigned nparam;
605         unsigned total;
606         unsigned n_div;
607         unsigned n_out;
608
609         if (sol->sol.error || !dom || !M)
610                 goto error;
611
612         n_out = sol->sol.n_out;
613         n_eq = dom->n_eq + n_out;
614         n_ineq = dom->n_ineq;
615         n_div = dom->n_div;
616         nparam = isl_basic_set_total_dim(dom) - n_div;
617         total = isl_map_dim(sol->map, isl_dim_all);
618         bmap = isl_basic_map_alloc_space(isl_map_get_space(sol->map),
619                                         n_div, n_eq, 2 * n_div + n_ineq);
620         if (!bmap)
621                 goto error;
622         if (sol->sol.rational)
623                 ISL_F_SET(bmap, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
624         for (i = 0; i < dom->n_div; ++i) {
625                 int k = isl_basic_map_alloc_div(bmap);
626                 if (k < 0)
627                         goto error;
628                 isl_seq_cpy(bmap->div[k], dom->div[i], 1 + 1 + nparam);
629                 isl_seq_clr(bmap->div[k] + 1 + 1 + nparam, total - nparam);
630                 isl_seq_cpy(bmap->div[k] + 1 + 1 + total,
631                             dom->div[i] + 1 + 1 + nparam, i);
632         }
633         for (i = 0; i < dom->n_eq; ++i) {
634                 int k = isl_basic_map_alloc_equality(bmap);
635                 if (k < 0)
636                         goto error;
637                 isl_seq_cpy(bmap->eq[k], dom->eq[i], 1 + nparam);
638                 isl_seq_clr(bmap->eq[k] + 1 + nparam, total - nparam);
639                 isl_seq_cpy(bmap->eq[k] + 1 + total,
640                             dom->eq[i] + 1 + nparam, n_div);
641         }
642         for (i = 0; i < dom->n_ineq; ++i) {
643                 int k = isl_basic_map_alloc_inequality(bmap);
644                 if (k < 0)
645                         goto error;
646                 isl_seq_cpy(bmap->ineq[k], dom->ineq[i], 1 + nparam);
647                 isl_seq_clr(bmap->ineq[k] + 1 + nparam, total - nparam);
648                 isl_seq_cpy(bmap->ineq[k] + 1 + total,
649                         dom->ineq[i] + 1 + nparam, n_div);
650         }
651         for (i = 0; i < M->n_row - 1; ++i) {
652                 int k = isl_basic_map_alloc_equality(bmap);
653                 if (k < 0)
654                         goto error;
655                 isl_seq_cpy(bmap->eq[k], M->row[1 + i], 1 + nparam);
656                 isl_seq_clr(bmap->eq[k] + 1 + nparam, n_out);
657                 isl_int_neg(bmap->eq[k][1 + nparam + i], M->row[0][0]);
658                 isl_seq_cpy(bmap->eq[k] + 1 + nparam + n_out,
659                             M->row[1 + i] + 1 + nparam, n_div);
660         }
661         bmap = isl_basic_map_simplify(bmap);
662         bmap = isl_basic_map_finalize(bmap);
663         sol->map = isl_map_grow(sol->map, 1);
664         sol->map = isl_map_add_basic_map(sol->map, bmap);
665         isl_basic_set_free(dom);
666         isl_mat_free(M);
667         if (!sol->map)
668                 sol->sol.error = 1;
669         return;
670 error:
671         isl_basic_set_free(dom);
672         isl_mat_free(M);
673         isl_basic_map_free(bmap);
674         sol->sol.error = 1;
675 }
676
677 static void sol_map_add_wrap(struct isl_sol *sol,
678         struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M)
679 {
680         sol_map_add((struct isl_sol_map *)sol, dom, M);
681 }
682
683
684 /* Store the "parametric constant" of row "row" of tableau "tab" in "line",
685  * i.e., the constant term and the coefficients of all variables that
686  * appear in the context tableau.
687  * Note that the coefficient of the big parameter M is NOT copied.
688  * The context tableau may not have a big parameter and even when it
689  * does, it is a different big parameter.
690  */
691 static void get_row_parameter_line(struct isl_tab *tab, int row, isl_int *line)
692 {
693         int i;
694         unsigned off = 2 + tab->M;
695
696         isl_int_set(line[0], tab->mat->row[row][1]);
697         for (i = 0; i < tab->n_param; ++i) {
698                 if (tab->var[i].is_row)
699                         isl_int_set_si(line[1 + i], 0);
700                 else {
701                         int col = tab->var[i].index;
702                         isl_int_set(line[1 + i], tab->mat->row[row][off + col]);
703                 }
704         }
705         for (i = 0; i < tab->n_div; ++i) {
706                 if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_row)
707                         isl_int_set_si(line[1 + tab->n_param + i], 0);
708                 else {
709                         int col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].index;
710                         isl_int_set(line[1 + tab->n_param + i],
711                                     tab->mat->row[row][off + col]);
712                 }
713         }
714 }
715
716 /* Check if rows "row1" and "row2" have identical "parametric constants",
717  * as explained above.
718  * In this case, we also insist that the coefficients of the big parameter
719  * be the same as the values of the constants will only be the same
720  * if these coefficients are also the same.
721  */
722 static int identical_parameter_line(struct isl_tab *tab, int row1, int row2)
723 {
724         int i;
725         unsigned off = 2 + tab->M;
726
727         if (isl_int_ne(tab->mat->row[row1][1], tab->mat->row[row2][1]))
728                 return 0;
729
730         if (tab->M && isl_int_ne(tab->mat->row[row1][2],
731                                  tab->mat->row[row2][2]))
732                 return 0;
733
734         for (i = 0; i < tab->n_param + tab->n_div; ++i) {
735                 int pos = i < tab->n_param ? i :
736                         tab->n_var - tab->n_div + i - tab->n_param;
737                 int col;
738
739                 if (tab->var[pos].is_row)
740                         continue;
741                 col = tab->var[pos].index;
742                 if (isl_int_ne(tab->mat->row[row1][off + col],
743                                tab->mat->row[row2][off + col]))
744                         return 0;
745         }
746         return 1;
747 }
748
749 /* Return an inequality that expresses that the "parametric constant"
750  * should be non-negative.
751  * This function is only called when the coefficient of the big parameter
752  * is equal to zero.
753  */
754 static struct isl_vec *get_row_parameter_ineq(struct isl_tab *tab, int row)
755 {
756         struct isl_vec *ineq;
757
758         ineq = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1 + tab->n_param + tab->n_div);
759         if (!ineq)
760                 return NULL;
761
762         get_row_parameter_line(tab, row, ineq->el);
763         if (ineq)
764                 ineq = isl_vec_normalize(ineq);
765
766         return ineq;
767 }
768
769 /* Normalize a div expression of the form
770  *
771  *      [(g*f(x) + c)/(g * m)]
772  *
773  * with c the constant term and f(x) the remaining coefficients, to
774  *
775  *      [(f(x) + [c/g])/m]
776  */
777 static void normalize_div(__isl_keep isl_vec *div)
778 {
779         isl_ctx *ctx = isl_vec_get_ctx(div);
780         int len = div->size - 2;
781
782         isl_seq_gcd(div->el + 2, len, &ctx->normalize_gcd);
783         isl_int_gcd(ctx->normalize_gcd, ctx->normalize_gcd, div->el[0]);
784
785         if (isl_int_is_one(ctx->normalize_gcd))
786                 return;
787
788         isl_int_divexact(div->el[0], div->el[0], ctx->normalize_gcd);
789         isl_int_fdiv_q(div->el[1], div->el[1], ctx->normalize_gcd);
790         isl_seq_scale_down(div->el + 2, div->el + 2, ctx->normalize_gcd, len);
791 }
792
793 /* Return a integer division for use in a parametric cut based on the given row.
794  * In particular, let the parametric constant of the row be
795  *
796  *              \sum_i a_i y_i
797  *
798  * where y_0 = 1, but none of the y_i corresponds to the big parameter M.
799  * The div returned is equal to
800  *
801  *              floor(\sum_i {-a_i} y_i) = floor((\sum_i (-a_i mod d) y_i)/d)
802  */
803 static struct isl_vec *get_row_parameter_div(struct isl_tab *tab, int row)
804 {
805         struct isl_vec *div;
806
807         div = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1 + 1 + tab->n_param + tab->n_div);
808         if (!div)
809                 return NULL;
810
811         isl_int_set(div->el[0], tab->mat->row[row][0]);
812         get_row_parameter_line(tab, row, div->el + 1);
813         isl_seq_neg(div->el + 1, div->el + 1, div->size - 1);
814         normalize_div(div);
815         isl_seq_fdiv_r(div->el + 1, div->el + 1, div->el[0], div->size - 1);
816
817         return div;
818 }
819
820 /* Return a integer division for use in transferring an integrality constraint
821  * to the context.
822  * In particular, let the parametric constant of the row be
823  *
824  *              \sum_i a_i y_i
825  *
826  * where y_0 = 1, but none of the y_i corresponds to the big parameter M.
827  * The the returned div is equal to
828  *
829  *              floor(\sum_i {a_i} y_i) = floor((\sum_i (a_i mod d) y_i)/d)
830  */
831 static struct isl_vec *get_row_split_div(struct isl_tab *tab, int row)
832 {
833         struct isl_vec *div;
834
835         div = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1 + 1 + tab->n_param + tab->n_div);
836         if (!div)
837                 return NULL;
838
839         isl_int_set(div->el[0], tab->mat->row[row][0]);
840         get_row_parameter_line(tab, row, div->el + 1);
841         normalize_div(div);
842         isl_seq_fdiv_r(div->el + 1, div->el + 1, div->el[0], div->size - 1);
843
844         return div;
845 }
846
847 /* Construct and return an inequality that expresses an upper bound
848  * on the given div.
849  * In particular, if the div is given by
850  *
851  *      d = floor(e/m)
852  *
853  * then the inequality expresses
854  *
855  *      m d <= e
856  */
857 static struct isl_vec *ineq_for_div(struct isl_basic_set *bset, unsigned div)
858 {
859         unsigned total;
860         unsigned div_pos;
861         struct isl_vec *ineq;
862
863         if (!bset)
864                 return NULL;
865
866         total = isl_basic_set_total_dim(bset);
867         div_pos = 1 + total - bset->n_div + div;
868
869         ineq = isl_vec_alloc(bset->ctx, 1 + total);
870         if (!ineq)
871                 return NULL;
872
873         isl_seq_cpy(ineq->el, bset->div[div] + 1, 1 + total);
874         isl_int_neg(ineq->el[div_pos], bset->div[div][0]);
875         return ineq;
876 }
877
878 /* Given a row in the tableau and a div that was created
879  * using get_row_split_div and that has been constrained to equality, i.e.,
880  *
881  *              d = floor(\sum_i {a_i} y_i) = \sum_i {a_i} y_i
882  *
883  * replace the expression "\sum_i {a_i} y_i" in the row by d,
884  * i.e., we subtract "\sum_i {a_i} y_i" and add 1 d.
885  * The coefficients of the non-parameters in the tableau have been
886  * verified to be integral.  We can therefore simply replace coefficient b
887  * by floor(b).  For the coefficients of the parameters we have
888  * floor(a_i) = a_i - {a_i}, while for the other coefficients, we have
889  * floor(b) = b.
890  */
891 static struct isl_tab *set_row_cst_to_div(struct isl_tab *tab, int row, int div)
892 {
893         isl_seq_fdiv_q(tab->mat->row[row] + 1, tab->mat->row[row] + 1,
894                         tab->mat->row[row][0], 1 + tab->M + tab->n_col);
895
896         isl_int_set_si(tab->mat->row[row][0], 1);
897
898         if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + div].is_row) {
899                 int drow = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + div].index;
900
901                 isl_assert(tab->mat->ctx,
902                         isl_int_is_one(tab->mat->row[drow][0]), goto error);
903                 isl_seq_combine(tab->mat->row[row] + 1,
904                         tab->mat->ctx->one, tab->mat->row[row] + 1,
905                         tab->mat->ctx->one, tab->mat->row[drow] + 1,
906                         1 + tab->M + tab->n_col);
907         } else {
908                 int dcol = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + div].index;
909
910                 isl_int_add_ui(tab->mat->row[row][2 + tab->M + dcol],
911                                 tab->mat->row[row][2 + tab->M + dcol], 1);
912         }
913
914         return tab;
915 error:
916         isl_tab_free(tab);
917         return NULL;
918 }
919
920 /* Check if the (parametric) constant of the given row is obviously
921  * negative, meaning that we don't need to consult the context tableau.
922  * If there is a big parameter and its coefficient is non-zero,
923  * then this coefficient determines the outcome.
924  * Otherwise, we check whether the constant is negative and
925  * all non-zero coefficients of parameters are negative and
926  * belong to non-negative parameters.
927  */
928 static int is_obviously_neg(struct isl_tab *tab, int row)
929 {
930         int i;
931         int col;
932         unsigned off = 2 + tab->M;
933
934         if (tab->M) {
935                 if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][2]))
936                         return 0;
937                 if (isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][2]))
938                         return 1;
939         }
940
941         if (isl_int_is_nonneg(tab->mat->row[row][1]))
942                 return 0;
943         for (i = 0; i < tab->n_param; ++i) {
944                 /* Eliminated parameter */
945                 if (tab->var[i].is_row)
946                         continue;
947                 col = tab->var[i].index;
948                 if (isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
949                         continue;
950                 if (!tab->var[i].is_nonneg)
951                         return 0;
952                 if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][off + col]))
953                         return 0;
954         }
955         for (i = 0; i < tab->n_div; ++i) {
956                 if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_row)
957                         continue;
958                 col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].index;
959                 if (isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
960                         continue;
961                 if (!tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_nonneg)
962                         return 0;
963                 if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][off + col]))
964                         return 0;
965         }
966         return 1;
967 }
968
969 /* Check if the (parametric) constant of the given row is obviously
970  * non-negative, meaning that we don't need to consult the context tableau.
971  * If there is a big parameter and its coefficient is non-zero,
972  * then this coefficient determines the outcome.
973  * Otherwise, we check whether the constant is non-negative and
974  * all non-zero coefficients of parameters are positive and
975  * belong to non-negative parameters.
976  */
977 static int is_obviously_nonneg(struct isl_tab *tab, int row)
978 {
979         int i;
980         int col;
981         unsigned off = 2 + tab->M;
982
983         if (tab->M) {
984                 if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][2]))
985                         return 1;
986                 if (isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][2]))
987                         return 0;
988         }
989
990         if (isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][1]))
991                 return 0;
992         for (i = 0; i < tab->n_param; ++i) {
993                 /* Eliminated parameter */
994                 if (tab->var[i].is_row)
995                         continue;
996                 col = tab->var[i].index;
997                 if (isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
998                         continue;
999                 if (!tab->var[i].is_nonneg)
1000                         return 0;
1001                 if (isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][off + col]))
1002                         return 0;
1003         }
1004         for (i = 0; i < tab->n_div; ++i) {
1005                 if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_row)
1006                         continue;
1007                 col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].index;
1008                 if (isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
1009                         continue;
1010                 if (!tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_nonneg)
1011                         return 0;
1012                 if (isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][off + col]))
1013                         return 0;
1014         }
1015         return 1;
1016 }
1017
1018 /* Given a row r and two columns, return the column that would
1019  * lead to the lexicographically smallest increment in the sample
1020  * solution when leaving the basis in favor of the row.
1021  * Pivoting with column c will increment the sample value by a non-negative
1022  * constant times a_{V,c}/a_{r,c}, with a_{V,c} the elements of column c
1023  * corresponding to the non-parametric variables.
1024  * If variable v appears in a column c_v, the a_{v,c} = 1 iff c = c_v,
1025  * with all other entries in this virtual row equal to zero.
1026  * If variable v appears in a row, then a_{v,c} is the element in column c
1027  * of that row.
1028  *
1029  * Let v be the first variable with a_{v,c1}/a_{r,c1} != a_{v,c2}/a_{r,c2}.
1030  * Then if a_{v,c1}/a_{r,c1} < a_{v,c2}/a_{r,c2}, i.e.,
1031  * a_{v,c2} a_{r,c1} - a_{v,c1} a_{r,c2} > 0, c1 results in the minimal
1032  * increment.  Otherwise, it's c2.
1033  */
1034 static int lexmin_col_pair(struct isl_tab *tab,
1035         int row, int col1, int col2, isl_int tmp)
1036 {
1037         int i;
1038         isl_int *tr;
1039
1040         tr = tab->mat->row[row] + 2 + tab->M;
1041
1042         for (i = tab->n_param; i < tab->n_var - tab->n_div; ++i) {
1043                 int s1, s2;
1044                 isl_int *r;
1045
1046                 if (!tab->var[i].is_row) {
1047                         if (tab->var[i].index == col1)
1048                                 return col2;
1049                         if (tab->var[i].index == col2)
1050                                 return col1;
1051                         continue;
1052                 }
1053
1054                 if (tab->var[i].index == row)
1055                         continue;
1056
1057                 r = tab->mat->row[tab->var[i].index] + 2 + tab->M;
1058                 s1 = isl_int_sgn(r[col1]);
1059                 s2 = isl_int_sgn(r[col2]);
1060                 if (s1 == 0 && s2 == 0)
1061                         continue;
1062                 if (s1 < s2)
1063                         return col1;
1064                 if (s2 < s1)
1065                         return col2;
1066
1067                 isl_int_mul(tmp, r[col2], tr[col1]);
1068                 isl_int_submul(tmp, r[col1], tr[col2]);
1069                 if (isl_int_is_pos(tmp))
1070                         return col1;
1071                 if (isl_int_is_neg(tmp))
1072                         return col2;
1073         }
1074         return -1;
1075 }
1076
1077 /* Given a row in the tableau, find and return the column that would
1078  * result in the lexicographically smallest, but positive, increment
1079  * in the sample point.
1080  * If there is no such column, then return tab->n_col.
1081  * If anything goes wrong, return -1.
1082  */
1083 static int lexmin_pivot_col(struct isl_tab *tab, int row)
1084 {
1085         int j;
1086         int col = tab->n_col;
1087         isl_int *tr;
1088         isl_int tmp;
1089
1090         tr = tab->mat->row[row] + 2 + tab->M;
1091
1092         isl_int_init(tmp);
1093
1094         for (j = tab->n_dead; j < tab->n_col; ++j) {
1095                 if (tab->col_var[j] >= 0 &&
1096                     (tab->col_var[j] < tab->n_param  ||
1097                     tab->col_var[j] >= tab->n_var - tab->n_div))
1098                         continue;
1099
1100                 if (!isl_int_is_pos(tr[j]))
1101                         continue;
1102
1103                 if (col == tab->n_col)
1104                         col = j;
1105                 else
1106                         col = lexmin_col_pair(tab, row, col, j, tmp);
1107                 isl_assert(tab->mat->ctx, col >= 0, goto error);
1108         }
1109
1110         isl_int_clear(tmp);
1111         return col;
1112 error:
1113         isl_int_clear(tmp);
1114         return -1;
1115 }
1116
1117 /* Return the first known violated constraint, i.e., a non-negative
1118  * constraint that currently has an either obviously negative value
1119  * or a previously determined to be negative value.
1120  *
1121  * If any constraint has a negative coefficient for the big parameter,
1122  * if any, then we return one of these first.
1123  */
1124 static int first_neg(struct isl_tab *tab)
1125 {
1126         int row;
1127
1128         if (tab->M)
1129                 for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
1130                         if (!isl_tab_var_from_row(tab, row)->is_nonneg)
1131                                 continue;
1132                         if (!isl_int_is_neg(tab->mat->row[row][2]))
1133                                 continue;
1134                         if (tab->row_sign)
1135                                 tab->row_sign[row] = isl_tab_row_neg;
1136                         return row;
1137                 }
1138         for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
1139                 if (!isl_tab_var_from_row(tab, row)->is_nonneg)
1140                         continue;
1141                 if (tab->row_sign) {
1142                         if (tab->row_sign[row] == 0 &&
1143                             is_obviously_neg(tab, row))
1144                                 tab->row_sign[row] = isl_tab_row_neg;
1145                         if (tab->row_sign[row] != isl_tab_row_neg)
1146                                 continue;
1147                 } else if (!is_obviously_neg(tab, row))
1148                         continue;
1149                 return row;
1150         }
1151         return -1;
1152 }
1153
1154 /* Check whether the invariant that all columns are lexico-positive
1155  * is satisfied.  This function is not called from the current code
1156  * but is useful during debugging.
1157  */
1158 static void check_lexpos(struct isl_tab *tab) __attribute__ ((unused));
1159 static void check_lexpos(struct isl_tab *tab)
1160 {
1161         unsigned off = 2 + tab->M;
1162         int col;
1163         int var;
1164         int row;
1165
1166         for (col = tab->n_dead; col < tab->n_col; ++col) {
1167                 if (tab->col_var[col] >= 0 &&
1168                     (tab->col_var[col] < tab->n_param ||
1169                      tab->col_var[col] >= tab->n_var - tab->n_div))
1170                         continue;
1171                 for (var = tab->n_param; var < tab->n_var - tab->n_div; ++var) {
1172                         if (!tab->var[var].is_row) {
1173                                 if (tab->var[var].index == col)
1174                                         break;
1175                                 else
1176                                         continue;
1177                         }
1178                         row = tab->var[var].index;
1179                         if (isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
1180                                 continue;
1181                         if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][off + col]))
1182                                 break;
1183                         fprintf(stderr, "lexneg column %d (row %d)\n",
1184                                 col, row);
1185                 }
1186                 if (var >= tab->n_var - tab->n_div)
1187                         fprintf(stderr, "zero column %d\n", col);
1188         }
1189 }
1190
1191 /* Report to the caller that the given constraint is part of an encountered
1192  * conflict.
1193  */
1194 static int report_conflicting_constraint(struct isl_tab *tab, int con)
1195 {
1196         return tab->conflict(con, tab->conflict_user);
1197 }
1198
1199 /* Given a conflicting row in the tableau, report all constraints
1200  * involved in the row to the caller.  That is, the row itself
1201  * (if it represents a constraint) and all constraint columns with
1202  * non-zero (and therefore negative) coefficients.
1203  */
1204 static int report_conflict(struct isl_tab *tab, int row)
1205 {
1206         int j;
1207         isl_int *tr;
1208
1209         if (!tab->conflict)
1210                 return 0;
1211
1212         if (tab->row_var[row] < 0 &&
1213             report_conflicting_constraint(tab, ~tab->row_var[row]) < 0)
1214                 return -1;
1215
1216         tr = tab->mat->row[row] + 2 + tab->M;
1217
1218         for (j = tab->n_dead; j < tab->n_col; ++j) {
1219                 if (tab->col_var[j] >= 0 &&
1220                     (tab->col_var[j] < tab->n_param  ||
1221                     tab->col_var[j] >= tab->n_var - tab->n_div))
1222                         continue;
1223
1224                 if (!isl_int_is_neg(tr[j]))
1225                         continue;
1226
1227                 if (tab->col_var[j] < 0 &&
1228                     report_conflicting_constraint(tab, ~tab->col_var[j]) < 0)
1229                         return -1;
1230         }
1231
1232         return 0;
1233 }
1234
1235 /* Resolve all known or obviously violated constraints through pivoting.
1236  * In particular, as long as we can find any violated constraint, we
1237  * look for a pivoting column that would result in the lexicographically
1238  * smallest increment in the sample point.  If there is no such column
1239  * then the tableau is infeasible.
1240  */
1241 static int restore_lexmin(struct isl_tab *tab) WARN_UNUSED;
1242 static int restore_lexmin(struct isl_tab *tab)
1243 {
1244         int row, col;
1245
1246         if (!tab)
1247                 return -1;
1248         if (tab->empty)
1249                 return 0;
1250         while ((row = first_neg(tab)) != -1) {
1251                 col = lexmin_pivot_col(tab, row);
1252                 if (col >= tab->n_col) {
1253                         if (report_conflict(tab, row) < 0)
1254                                 return -1;
1255                         if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
1256                                 return -1;
1257                         return 0;
1258                 }
1259                 if (col < 0)
1260                         return -1;
1261                 if (isl_tab_pivot(tab, row, col) < 0)
1262                         return -1;
1263         }
1264         return 0;
1265 }
1266
1267 /* Given a row that represents an equality, look for an appropriate
1268  * pivoting column.
1269  * In particular, if there are any non-zero coefficients among
1270  * the non-parameter variables, then we take the last of these
1271  * variables.  Eliminating this variable in terms of the other
1272  * variables and/or parameters does not influence the property
1273  * that all column in the initial tableau are lexicographically
1274  * positive.  The row corresponding to the eliminated variable
1275  * will only have non-zero entries below the diagonal of the
1276  * initial tableau.  That is, we transform
1277  *
1278  *              I                               I
1279  *                1             into            a
1280  *                  I                             I
1281  *
1282  * If there is no such non-parameter variable, then we are dealing with
1283  * pure parameter equality and we pick any parameter with coefficient 1 or -1
1284  * for elimination.  This will ensure that the eliminated parameter
1285  * always has an integer value whenever all the other parameters are integral.
1286  * If there is no such parameter then we return -1.
1287  */
1288 static int last_var_col_or_int_par_col(struct isl_tab *tab, int row)
1289 {
1290         unsigned off = 2 + tab->M;
1291         int i;
1292
1293         for (i = tab->n_var - tab->n_div - 1; i >= 0 && i >= tab->n_param; --i) {
1294                 int col;
1295                 if (tab->var[i].is_row)
1296                         continue;
1297                 col = tab->var[i].index;
1298                 if (col <= tab->n_dead)
1299                         continue;
1300                 if (!isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][off + col]))
1301                         return col;
1302         }
1303         for (i = tab->n_dead; i < tab->n_col; ++i) {
1304                 if (isl_int_is_one(tab->mat->row[row][off + i]))
1305                         return i;
1306                 if (isl_int_is_negone(tab->mat->row[row][off + i]))
1307                         return i;
1308         }
1309         return -1;
1310 }
1311
1312 /* Add an equality that is known to be valid to the tableau.
1313  * We first check if we can eliminate a variable or a parameter.
1314  * If not, we add the equality as two inequalities.
1315  * In this case, the equality was a pure parameter equality and there
1316  * is no need to resolve any constraint violations.
1317  */
1318 static struct isl_tab *add_lexmin_valid_eq(struct isl_tab *tab, isl_int *eq)
1319 {
1320         int i;
1321         int r;
1322
1323         if (!tab)
1324                 return NULL;
1325         r = isl_tab_add_row(tab, eq);
1326         if (r < 0)
1327                 goto error;
1328
1329         r = tab->con[r].index;
1330         i = last_var_col_or_int_par_col(tab, r);
1331         if (i < 0) {
1332                 tab->con[r].is_nonneg = 1;
1333                 if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r]) < 0)
1334                         goto error;
1335                 isl_seq_neg(eq, eq, 1 + tab->n_var);
1336                 r = isl_tab_add_row(tab, eq);
1337                 if (r < 0)
1338                         goto error;
1339                 tab->con[r].is_nonneg = 1;
1340                 if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r]) < 0)
1341                         goto error;
1342         } else {
1343                 if (isl_tab_pivot(tab, r, i) < 0)
1344                         goto error;
1345                 if (isl_tab_kill_col(tab, i) < 0)
1346                         goto error;
1347                 tab->n_eq++;
1348         }
1349
1350         return tab;
1351 error:
1352         isl_tab_free(tab);
1353         return NULL;
1354 }
1355
1356 /* Check if the given row is a pure constant.
1357  */
1358 static int is_constant(struct isl_tab *tab, int row)
1359 {
1360         unsigned off = 2 + tab->M;
1361
1362         return isl_seq_first_non_zero(tab->mat->row[row] + off + tab->n_dead,
1363                                         tab->n_col - tab->n_dead) == -1;
1364 }
1365
1366 /* Add an equality that may or may not be valid to the tableau.
1367  * If the resulting row is a pure constant, then it must be zero.
1368  * Otherwise, the resulting tableau is empty.
1369  *
1370  * If the row is not a pure constant, then we add two inequalities,
1371  * each time checking that they can be satisfied.
1372  * In the end we try to use one of the two constraints to eliminate
1373  * a column.
1374  */
1375 static int add_lexmin_eq(struct isl_tab *tab, isl_int *eq) WARN_UNUSED;
1376 static int add_lexmin_eq(struct isl_tab *tab, isl_int *eq)
1377 {
1378         int r1, r2;
1379         int row;
1380         struct isl_tab_undo *snap;
1381
1382         if (!tab)
1383                 return -1;
1384         snap = isl_tab_snap(tab);
1385         r1 = isl_tab_add_row(tab, eq);
1386         if (r1 < 0)
1387                 return -1;
1388         tab->con[r1].is_nonneg = 1;
1389         if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r1]) < 0)
1390                 return -1;
1391
1392         row = tab->con[r1].index;
1393         if (is_constant(tab, row)) {
1394                 if (!isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][1]) ||
1395                     (tab->M && !isl_int_is_zero(tab->mat->row[row][2]))) {
1396                         if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
1397                                 return -1;
1398                         return 0;
1399                 }
1400                 if (isl_tab_rollback(tab, snap) < 0)
1401                         return -1;
1402                 return 0;
1403         }
1404
1405         if (restore_lexmin(tab) < 0)
1406                 return -1;
1407         if (tab->empty)
1408                 return 0;
1409
1410         isl_seq_neg(eq, eq, 1 + tab->n_var);
1411
1412         r2 = isl_tab_add_row(tab, eq);
1413         if (r2 < 0)
1414                 return -1;
1415         tab->con[r2].is_nonneg = 1;
1416         if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r2]) < 0)
1417                 return -1;
1418
1419         if (restore_lexmin(tab) < 0)
1420                 return -1;
1421         if (tab->empty)
1422                 return 0;
1423
1424         if (!tab->con[r1].is_row) {
1425                 if (isl_tab_kill_col(tab, tab->con[r1].index) < 0)
1426                         return -1;
1427         } else if (!tab->con[r2].is_row) {
1428                 if (isl_tab_kill_col(tab, tab->con[r2].index) < 0)
1429                         return -1;
1430         }
1431
1432         if (tab->bmap) {
1433                 tab->bmap = isl_basic_map_add_ineq(tab->bmap, eq);
1434                 if (isl_tab_push(tab, isl_tab_undo_bmap_ineq) < 0)
1435                         return -1;
1436                 isl_seq_neg(eq, eq, 1 + tab->n_var);
1437                 tab->bmap = isl_basic_map_add_ineq(tab->bmap, eq);
1438                 isl_seq_neg(eq, eq, 1 + tab->n_var);
1439                 if (isl_tab_push(tab, isl_tab_undo_bmap_ineq) < 0)
1440                         return -1;
1441                 if (!tab->bmap)
1442                         return -1;
1443         }
1444
1445         return 0;
1446 }
1447
1448 /* Add an inequality to the tableau, resolving violations using
1449  * restore_lexmin.
1450  */
1451 static struct isl_tab *add_lexmin_ineq(struct isl_tab *tab, isl_int *ineq)
1452 {
1453         int r;
1454
1455         if (!tab)
1456                 return NULL;
1457         if (tab->bmap) {
1458                 tab->bmap = isl_basic_map_add_ineq(tab->bmap, ineq);
1459                 if (isl_tab_push(tab, isl_tab_undo_bmap_ineq) < 0)
1460                         goto error;
1461                 if (!tab->bmap)
1462                         goto error;
1463         }
1464         r = isl_tab_add_row(tab, ineq);
1465         if (r < 0)
1466                 goto error;
1467         tab->con[r].is_nonneg = 1;
1468         if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r]) < 0)
1469                 goto error;
1470         if (isl_tab_row_is_redundant(tab, tab->con[r].index)) {
1471                 if (isl_tab_mark_redundant(tab, tab->con[r].index) < 0)
1472                         goto error;
1473                 return tab;
1474         }
1475
1476         if (restore_lexmin(tab) < 0)
1477                 goto error;
1478         if (!tab->empty && tab->con[r].is_row &&
1479                  isl_tab_row_is_redundant(tab, tab->con[r].index))
1480                 if (isl_tab_mark_redundant(tab, tab->con[r].index) < 0)
1481                         goto error;
1482         return tab;
1483 error:
1484         isl_tab_free(tab);
1485         return NULL;
1486 }
1487
1488 /* Check if the coefficients of the parameters are all integral.
1489  */
1490 static int integer_parameter(struct isl_tab *tab, int row)
1491 {
1492         int i;
1493         int col;
1494         unsigned off = 2 + tab->M;
1495
1496         for (i = 0; i < tab->n_param; ++i) {
1497                 /* Eliminated parameter */
1498                 if (tab->var[i].is_row)
1499                         continue;
1500                 col = tab->var[i].index;
1501                 if (!isl_int_is_divisible_by(tab->mat->row[row][off + col],
1502                                                 tab->mat->row[row][0]))
1503                         return 0;
1504         }
1505         for (i = 0; i < tab->n_div; ++i) {
1506                 if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_row)
1507                         continue;
1508                 col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].index;
1509                 if (!isl_int_is_divisible_by(tab->mat->row[row][off + col],
1510                                                 tab->mat->row[row][0]))
1511                         return 0;
1512         }
1513         return 1;
1514 }
1515
1516 /* Check if the coefficients of the non-parameter variables are all integral.
1517  */
1518 static int integer_variable(struct isl_tab *tab, int row)
1519 {
1520         int i;
1521         unsigned off = 2 + tab->M;
1522
1523         for (i = tab->n_dead; i < tab->n_col; ++i) {
1524                 if (tab->col_var[i] >= 0 &&
1525                     (tab->col_var[i] < tab->n_param ||
1526                      tab->col_var[i] >= tab->n_var - tab->n_div))
1527                         continue;
1528                 if (!isl_int_is_divisible_by(tab->mat->row[row][off + i],
1529                                                 tab->mat->row[row][0]))
1530                         return 0;
1531         }
1532         return 1;
1533 }
1534
1535 /* Check if the constant term is integral.
1536  */
1537 static int integer_constant(struct isl_tab *tab, int row)
1538 {
1539         return isl_int_is_divisible_by(tab->mat->row[row][1],
1540                                         tab->mat->row[row][0]);
1541 }
1542
1543 #define I_CST   1 << 0
1544 #define I_PAR   1 << 1
1545 #define I_VAR   1 << 2
1546
1547 /* Check for next (non-parameter) variable after "var" (first if var == -1)
1548  * that is non-integer and therefore requires a cut and return
1549  * the index of the variable.
1550  * For parametric tableaus, there are three parts in a row,
1551  * the constant, the coefficients of the parameters and the rest.
1552  * For each part, we check whether the coefficients in that part
1553  * are all integral and if so, set the corresponding flag in *f.
1554  * If the constant and the parameter part are integral, then the
1555  * current sample value is integral and no cut is required
1556  * (irrespective of whether the variable part is integral).
1557  */
1558 static int next_non_integer_var(struct isl_tab *tab, int var, int *f)
1559 {
1560         var = var < 0 ? tab->n_param : var + 1;
1561
1562         for (; var < tab->n_var - tab->n_div; ++var) {
1563                 int flags = 0;
1564                 int row;
1565                 if (!tab->var[var].is_row)
1566                         continue;
1567                 row = tab->var[var].index;
1568                 if (integer_constant(tab, row))
1569                         ISL_FL_SET(flags, I_CST);
1570                 if (integer_parameter(tab, row))
1571                         ISL_FL_SET(flags, I_PAR);
1572                 if (ISL_FL_ISSET(flags, I_CST) && ISL_FL_ISSET(flags, I_PAR))
1573                         continue;
1574                 if (integer_variable(tab, row))
1575                         ISL_FL_SET(flags, I_VAR);
1576                 *f = flags;
1577                 return var;
1578         }
1579         return -1;
1580 }
1581
1582 /* Check for first (non-parameter) variable that is non-integer and
1583  * therefore requires a cut and return the corresponding row.
1584  * For parametric tableaus, there are three parts in a row,
1585  * the constant, the coefficients of the parameters and the rest.
1586  * For each part, we check whether the coefficients in that part
1587  * are all integral and if so, set the corresponding flag in *f.
1588  * If the constant and the parameter part are integral, then the
1589  * current sample value is integral and no cut is required
1590  * (irrespective of whether the variable part is integral).
1591  */
1592 static int first_non_integer_row(struct isl_tab *tab, int *f)
1593 {
1594         int var = next_non_integer_var(tab, -1, f);
1595
1596         return var < 0 ? -1 : tab->var[var].index;
1597 }
1598
1599 /* Add a (non-parametric) cut to cut away the non-integral sample
1600  * value of the given row.
1601  *
1602  * If the row is given by
1603  *
1604  *      m r = f + \sum_i a_i y_i
1605  *
1606  * then the cut is
1607  *
1608  *      c = - {-f/m} + \sum_i {a_i/m} y_i >= 0
1609  *
1610  * The big parameter, if any, is ignored, since it is assumed to be big
1611  * enough to be divisible by any integer.
1612  * If the tableau is actually a parametric tableau, then this function
1613  * is only called when all coefficients of the parameters are integral.
1614  * The cut therefore has zero coefficients for the parameters.
1615  *
1616  * The current value is known to be negative, so row_sign, if it
1617  * exists, is set accordingly.
1618  *
1619  * Return the row of the cut or -1.
1620  */
1621 static int add_cut(struct isl_tab *tab, int row)
1622 {
1623         int i;
1624         int r;
1625         isl_int *r_row;
1626         unsigned off = 2 + tab->M;
1627
1628         if (isl_tab_extend_cons(tab, 1) < 0)
1629                 return -1;
1630         r = isl_tab_allocate_con(tab);
1631         if (r < 0)
1632                 return -1;
1633
1634         r_row = tab->mat->row[tab->con[r].index];
1635         isl_int_set(r_row[0], tab->mat->row[row][0]);
1636         isl_int_neg(r_row[1], tab->mat->row[row][1]);
1637         isl_int_fdiv_r(r_row[1], r_row[1], tab->mat->row[row][0]);
1638         isl_int_neg(r_row[1], r_row[1]);
1639         if (tab->M)
1640                 isl_int_set_si(r_row[2], 0);
1641         for (i = 0; i < tab->n_col; ++i)
1642                 isl_int_fdiv_r(r_row[off + i],
1643                         tab->mat->row[row][off + i], tab->mat->row[row][0]);
1644
1645         tab->con[r].is_nonneg = 1;
1646         if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r]) < 0)
1647                 return -1;
1648         if (tab->row_sign)
1649                 tab->row_sign[tab->con[r].index] = isl_tab_row_neg;
1650
1651         return tab->con[r].index;
1652 }
1653
1654 #define CUT_ALL 1
1655 #define CUT_ONE 0
1656
1657 /* Given a non-parametric tableau, add cuts until an integer
1658  * sample point is obtained or until the tableau is determined
1659  * to be integer infeasible.
1660  * As long as there is any non-integer value in the sample point,
1661  * we add appropriate cuts, if possible, for each of these
1662  * non-integer values and then resolve the violated
1663  * cut constraints using restore_lexmin.
1664  * If one of the corresponding rows is equal to an integral
1665  * combination of variables/constraints plus a non-integral constant,
1666  * then there is no way to obtain an integer point and we return
1667  * a tableau that is marked empty.
1668  * The parameter cutting_strategy controls the strategy used when adding cuts
1669  * to remove non-integer points. CUT_ALL adds all possible cuts
1670  * before continuing the search. CUT_ONE adds only one cut at a time.
1671  */
1672 static struct isl_tab *cut_to_integer_lexmin(struct isl_tab *tab,
1673         int cutting_strategy)
1674 {
1675         int var;
1676         int row;
1677         int flags;
1678
1679         if (!tab)
1680                 return NULL;
1681         if (tab->empty)
1682                 return tab;
1683
1684         while ((var = next_non_integer_var(tab, -1, &flags)) != -1) {
1685                 do {
1686                         if (ISL_FL_ISSET(flags, I_VAR)) {
1687                                 if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
1688                                         goto error;
1689                                 return tab;
1690                         }
1691                         row = tab->var[var].index;
1692                         row = add_cut(tab, row);
1693                         if (row < 0)
1694                                 goto error;
1695                         if (cutting_strategy == CUT_ONE)
1696                                 break;
1697                 } while ((var = next_non_integer_var(tab, var, &flags)) != -1);
1698                 if (restore_lexmin(tab) < 0)
1699                         goto error;
1700                 if (tab->empty)
1701                         break;
1702         }
1703         return tab;
1704 error:
1705         isl_tab_free(tab);
1706         return NULL;
1707 }
1708
1709 /* Check whether all the currently active samples also satisfy the inequality
1710  * "ineq" (treated as an equality if eq is set).
1711  * Remove those samples that do not.
1712  */
1713 static struct isl_tab *check_samples(struct isl_tab *tab, isl_int *ineq, int eq)
1714 {
1715         int i;
1716         isl_int v;
1717
1718         if (!tab)
1719                 return NULL;
1720
1721         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->bmap, goto error);
1722         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples, goto error);
1723         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples->n_col == 1 + tab->n_var, goto error);
1724
1725         isl_int_init(v);
1726         for (i = tab->n_outside; i < tab->n_sample; ++i) {
1727                 int sgn;
1728                 isl_seq_inner_product(ineq, tab->samples->row[i],
1729                                         1 + tab->n_var, &v);
1730                 sgn = isl_int_sgn(v);
1731                 if (eq ? (sgn == 0) : (sgn >= 0))
1732                         continue;
1733                 tab = isl_tab_drop_sample(tab, i);
1734                 if (!tab)
1735                         break;
1736         }
1737         isl_int_clear(v);
1738
1739         return tab;
1740 error:
1741         isl_tab_free(tab);
1742         return NULL;
1743 }
1744
1745 /* Check whether the sample value of the tableau is finite,
1746  * i.e., either the tableau does not use a big parameter, or
1747  * all values of the variables are equal to the big parameter plus
1748  * some constant.  This constant is the actual sample value.
1749  */
1750 static int sample_is_finite(struct isl_tab *tab)
1751 {
1752         int i;
1753
1754         if (!tab->M)
1755                 return 1;
1756
1757         for (i = 0; i < tab->n_var; ++i) {
1758                 int row;
1759                 if (!tab->var[i].is_row)
1760                         return 0;
1761                 row = tab->var[i].index;
1762                 if (isl_int_ne(tab->mat->row[row][0], tab->mat->row[row][2]))
1763                         return 0;
1764         }
1765         return 1;
1766 }
1767
1768 /* Check if the context tableau of sol has any integer points.
1769  * Leave tab in empty state if no integer point can be found.
1770  * If an integer point can be found and if moreover it is finite,
1771  * then it is added to the list of sample values.
1772  *
1773  * This function is only called when none of the currently active sample
1774  * values satisfies the most recently added constraint.
1775  */
1776 static struct isl_tab *check_integer_feasible(struct isl_tab *tab)
1777 {
1778         struct isl_tab_undo *snap;
1779
1780         if (!tab)
1781                 return NULL;
1782
1783         snap = isl_tab_snap(tab);
1784         if (isl_tab_push_basis(tab) < 0)
1785                 goto error;
1786
1787         tab = cut_to_integer_lexmin(tab, CUT_ALL);
1788         if (!tab)
1789                 goto error;
1790
1791         if (!tab->empty && sample_is_finite(tab)) {
1792                 struct isl_vec *sample;
1793
1794                 sample = isl_tab_get_sample_value(tab);
1795
1796                 tab = isl_tab_add_sample(tab, sample);
1797         }
1798
1799         if (!tab->empty && isl_tab_rollback(tab, snap) < 0)
1800                 goto error;
1801
1802         return tab;
1803 error:
1804         isl_tab_free(tab);
1805         return NULL;
1806 }
1807
1808 /* Check if any of the currently active sample values satisfies
1809  * the inequality "ineq" (an equality if eq is set).
1810  */
1811 static int tab_has_valid_sample(struct isl_tab *tab, isl_int *ineq, int eq)
1812 {
1813         int i;
1814         isl_int v;
1815
1816         if (!tab)
1817                 return -1;
1818
1819         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->bmap, return -1);
1820         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples, return -1);
1821         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples->n_col == 1 + tab->n_var, return -1);
1822
1823         isl_int_init(v);
1824         for (i = tab->n_outside; i < tab->n_sample; ++i) {
1825                 int sgn;
1826                 isl_seq_inner_product(ineq, tab->samples->row[i],
1827                                         1 + tab->n_var, &v);
1828                 sgn = isl_int_sgn(v);
1829                 if (eq ? (sgn == 0) : (sgn >= 0))
1830                         break;
1831         }
1832         isl_int_clear(v);
1833
1834         return i < tab->n_sample;
1835 }
1836
1837 /* Add a div specified by "div" to the tableau "tab" and return
1838  * 1 if the div is obviously non-negative.
1839  */
1840 static int context_tab_add_div(struct isl_tab *tab, struct isl_vec *div,
1841         int (*add_ineq)(void *user, isl_int *), void *user)
1842 {
1843         int i;
1844         int r;
1845         struct isl_mat *samples;
1846         int nonneg;
1847
1848         r = isl_tab_add_div(tab, div, add_ineq, user);
1849         if (r < 0)
1850                 return -1;
1851         nonneg = tab->var[r].is_nonneg;
1852         tab->var[r].frozen = 1;
1853
1854         samples = isl_mat_extend(tab->samples,
1855                         tab->n_sample, 1 + tab->n_var);
1856         tab->samples = samples;
1857         if (!samples)
1858                 return -1;
1859         for (i = tab->n_outside; i < samples->n_row; ++i) {
1860                 isl_seq_inner_product(div->el + 1, samples->row[i],
1861                         div->size - 1, &samples->row[i][samples->n_col - 1]);
1862                 isl_int_fdiv_q(samples->row[i][samples->n_col - 1],
1863                                samples->row[i][samples->n_col - 1], div->el[0]);
1864         }
1865
1866         return nonneg;
1867 }
1868
1869 /* Add a div specified by "div" to both the main tableau and
1870  * the context tableau.  In case of the main tableau, we only
1871  * need to add an extra div.  In the context tableau, we also
1872  * need to express the meaning of the div.
1873  * Return the index of the div or -1 if anything went wrong.
1874  */
1875 static int add_div(struct isl_tab *tab, struct isl_context *context,
1876         struct isl_vec *div)
1877 {
1878         int r;
1879         int nonneg;
1880
1881         if ((nonneg = context->op->add_div(context, div)) < 0)
1882                 goto error;
1883
1884         if (!context->op->is_ok(context))
1885                 goto error;
1886
1887         if (isl_tab_extend_vars(tab, 1) < 0)
1888                 goto error;
1889         r = isl_tab_allocate_var(tab);
1890         if (r < 0)
1891                 goto error;
1892         if (nonneg)
1893                 tab->var[r].is_nonneg = 1;
1894         tab->var[r].frozen = 1;
1895         tab->n_div++;
1896
1897         return tab->n_div - 1;
1898 error:
1899         context->op->invalidate(context);
1900         return -1;
1901 }
1902
1903 static int find_div(struct isl_tab *tab, isl_int *div, isl_int denom)
1904 {
1905         int i;
1906         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(tab->bmap);
1907
1908         for (i = 0; i < tab->bmap->n_div; ++i) {
1909                 if (isl_int_ne(tab->bmap->div[i][0], denom))
1910                         continue;
1911                 if (!isl_seq_eq(tab->bmap->div[i] + 1, div, 1 + total))
1912                         continue;
1913                 return i;
1914         }
1915         return -1;
1916 }
1917
1918 /* Return the index of a div that corresponds to "div".
1919  * We first check if we already have such a div and if not, we create one.
1920  */
1921 static int get_div(struct isl_tab *tab, struct isl_context *context,
1922         struct isl_vec *div)
1923 {
1924         int d;
1925         struct isl_tab *context_tab = context->op->peek_tab(context);
1926
1927         if (!context_tab)
1928                 return -1;
1929
1930         d = find_div(context_tab, div->el + 1, div->el[0]);
1931         if (d != -1)
1932                 return d;
1933
1934         return add_div(tab, context, div);
1935 }
1936
1937 /* Add a parametric cut to cut away the non-integral sample value
1938  * of the give row.
1939  * Let a_i be the coefficients of the constant term and the parameters
1940  * and let b_i be the coefficients of the variables or constraints
1941  * in basis of the tableau.
1942  * Let q be the div q = floor(\sum_i {-a_i} y_i).
1943  *
1944  * The cut is expressed as
1945  *
1946  *      c = \sum_i -{-a_i} y_i + \sum_i {b_i} x_i + q >= 0
1947  *
1948  * If q did not already exist in the context tableau, then it is added first.
1949  * If q is in a column of the main tableau then the "+ q" can be accomplished
1950  * by setting the corresponding entry to the denominator of the constraint.
1951  * If q happens to be in a row of the main tableau, then the corresponding
1952  * row needs to be added instead (taking care of the denominators).
1953  * Note that this is very unlikely, but perhaps not entirely impossible.
1954  *
1955  * The current value of the cut is known to be negative (or at least
1956  * non-positive), so row_sign is set accordingly.
1957  *
1958  * Return the row of the cut or -1.
1959  */
1960 static int add_parametric_cut(struct isl_tab *tab, int row,
1961         struct isl_context *context)
1962 {
1963         struct isl_vec *div;
1964         int d;
1965         int i;
1966         int r;
1967         isl_int *r_row;
1968         int col;
1969         int n;
1970         unsigned off = 2 + tab->M;
1971
1972         if (!context)
1973                 return -1;
1974
1975         div = get_row_parameter_div(tab, row);
1976         if (!div)
1977                 return -1;
1978
1979         n = tab->n_div;
1980         d = context->op->get_div(context, tab, div);
1981         isl_vec_free(div);
1982         if (d < 0)
1983                 return -1;
1984
1985         if (isl_tab_extend_cons(tab, 1) < 0)
1986                 return -1;
1987         r = isl_tab_allocate_con(tab);
1988         if (r < 0)
1989                 return -1;
1990
1991         r_row = tab->mat->row[tab->con[r].index];
1992         isl_int_set(r_row[0], tab->mat->row[row][0]);
1993         isl_int_neg(r_row[1], tab->mat->row[row][1]);
1994         isl_int_fdiv_r(r_row[1], r_row[1], tab->mat->row[row][0]);
1995         isl_int_neg(r_row[1], r_row[1]);
1996         if (tab->M)
1997                 isl_int_set_si(r_row[2], 0);
1998         for (i = 0; i < tab->n_param; ++i) {
1999                 if (tab->var[i].is_row)
2000                         continue;
2001                 col = tab->var[i].index;
2002                 isl_int_neg(r_row[off + col], tab->mat->row[row][off + col]);
2003                 isl_int_fdiv_r(r_row[off + col], r_row[off + col],
2004                                 tab->mat->row[row][0]);
2005                 isl_int_neg(r_row[off + col], r_row[off + col]);
2006         }
2007         for (i = 0; i < tab->n_div; ++i) {
2008                 if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].is_row)
2009                         continue;
2010                 col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + i].index;
2011                 isl_int_neg(r_row[off + col], tab->mat->row[row][off + col]);
2012                 isl_int_fdiv_r(r_row[off + col], r_row[off + col],
2013                                 tab->mat->row[row][0]);
2014                 isl_int_neg(r_row[off + col], r_row[off + col]);
2015         }
2016         for (i = 0; i < tab->n_col; ++i) {
2017                 if (tab->col_var[i] >= 0 &&
2018                     (tab->col_var[i] < tab->n_param ||
2019                      tab->col_var[i] >= tab->n_var - tab->n_div))
2020                         continue;
2021                 isl_int_fdiv_r(r_row[off + i],
2022                         tab->mat->row[row][off + i], tab->mat->row[row][0]);
2023         }
2024         if (tab->var[tab->n_var - tab->n_div + d].is_row) {
2025                 isl_int gcd;
2026                 int d_row = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + d].index;
2027                 isl_int_init(gcd);
2028                 isl_int_gcd(gcd, tab->mat->row[d_row][0], r_row[0]);
2029                 isl_int_divexact(r_row[0], r_row[0], gcd);
2030                 isl_int_divexact(gcd, tab->mat->row[d_row][0], gcd);
2031                 isl_seq_combine(r_row + 1, gcd, r_row + 1,
2032                                 r_row[0], tab->mat->row[d_row] + 1,
2033                                 off - 1 + tab->n_col);
2034                 isl_int_mul(r_row[0], r_row[0], tab->mat->row[d_row][0]);
2035                 isl_int_clear(gcd);
2036         } else {
2037                 col = tab->var[tab->n_var - tab->n_div + d].index;
2038                 isl_int_set(r_row[off + col], tab->mat->row[row][0]);
2039         }
2040
2041         tab->con[r].is_nonneg = 1;
2042         if (isl_tab_push_var(tab, isl_tab_undo_nonneg, &tab->con[r]) < 0)
2043                 return -1;
2044         if (tab->row_sign)
2045                 tab->row_sign[tab->con[r].index] = isl_tab_row_neg;
2046
2047         row = tab->con[r].index;
2048
2049         if (d >= n && context->op->detect_equalities(context, tab) < 0)
2050                 return -1;
2051
2052         return row;
2053 }
2054
2055 /* Construct a tableau for bmap that can be used for computing
2056  * the lexicographic minimum (or maximum) of bmap.
2057  * If not NULL, then dom is the domain where the minimum
2058  * should be computed.  In this case, we set up a parametric
2059  * tableau with row signs (initialized to "unknown").
2060  * If M is set, then the tableau will use a big parameter.
2061  * If max is set, then a maximum should be computed instead of a minimum.
2062  * This means that for each variable x, the tableau will contain the variable
2063  * x' = M - x, rather than x' = M + x.  This in turn means that the coefficient
2064  * of the variables in all constraints are negated prior to adding them
2065  * to the tableau.
2066  */
2067 static struct isl_tab *tab_for_lexmin(struct isl_basic_map *bmap,
2068         struct isl_basic_set *dom, unsigned M, int max)
2069 {
2070         int i;
2071         struct isl_tab *tab;
2072
2073         tab = isl_tab_alloc(bmap->ctx, 2 * bmap->n_eq + bmap->n_ineq + 1,
2074                             isl_basic_map_total_dim(bmap), M);
2075         if (!tab)
2076                 return NULL;
2077
2078         tab->rational = ISL_F_ISSET(bmap, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
2079         if (dom) {
2080                 tab->n_param = isl_basic_set_total_dim(dom) - dom->n_div;
2081                 tab->n_div = dom->n_div;
2082                 tab->row_sign = isl_calloc_array(bmap->ctx,
2083                                         enum isl_tab_row_sign, tab->mat->n_row);
2084                 if (!tab->row_sign)
2085                         goto error;
2086         }
2087         if (ISL_F_ISSET(bmap, ISL_BASIC_MAP_EMPTY)) {
2088                 if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
2089                         goto error;
2090                 return tab;
2091         }
2092
2093         for (i = tab->n_param; i < tab->n_var - tab->n_div; ++i) {
2094                 tab->var[i].is_nonneg = 1;
2095                 tab->var[i].frozen = 1;
2096         }
2097         for (i = 0; i < bmap->n_eq; ++i) {
2098                 if (max)
2099                         isl_seq_neg(bmap->eq[i] + 1 + tab->n_param,
2100                                     bmap->eq[i] + 1 + tab->n_param,
2101                                     tab->n_var - tab->n_param - tab->n_div);
2102                 tab = add_lexmin_valid_eq(tab, bmap->eq[i]);
2103                 if (max)
2104                         isl_seq_neg(bmap->eq[i] + 1 + tab->n_param,
2105                                     bmap->eq[i] + 1 + tab->n_param,
2106                                     tab->n_var - tab->n_param - tab->n_div);
2107                 if (!tab || tab->empty)
2108                         return tab;
2109         }
2110         if (bmap->n_eq && restore_lexmin(tab) < 0)
2111                 goto error;
2112         for (i = 0; i < bmap->n_ineq; ++i) {
2113                 if (max)
2114                         isl_seq_neg(bmap->ineq[i] + 1 + tab->n_param,
2115                                     bmap->ineq[i] + 1 + tab->n_param,
2116                                     tab->n_var - tab->n_param - tab->n_div);
2117                 tab = add_lexmin_ineq(tab, bmap->ineq[i]);
2118                 if (max)
2119                         isl_seq_neg(bmap->ineq[i] + 1 + tab->n_param,
2120                                     bmap->ineq[i] + 1 + tab->n_param,
2121                                     tab->n_var - tab->n_param - tab->n_div);
2122                 if (!tab || tab->empty)
2123                         return tab;
2124         }
2125         return tab;
2126 error:
2127         isl_tab_free(tab);
2128         return NULL;
2129 }
2130
2131 /* Given a main tableau where more than one row requires a split,
2132  * determine and return the "best" row to split on.
2133  *
2134  * Given two rows in the main tableau, if the inequality corresponding
2135  * to the first row is redundant with respect to that of the second row
2136  * in the current tableau, then it is better to split on the second row,
2137  * since in the positive part, both row will be positive.
2138  * (In the negative part a pivot will have to be performed and just about
2139  * anything can happen to the sign of the other row.)
2140  *
2141  * As a simple heuristic, we therefore select the row that makes the most
2142  * of the other rows redundant.
2143  *
2144  * Perhaps it would also be useful to look at the number of constraints
2145  * that conflict with any given constraint.
2146  */
2147 static int best_split(struct isl_tab *tab, struct isl_tab *context_tab)
2148 {
2149         struct isl_tab_undo *snap;
2150         int split;
2151         int row;
2152         int best = -1;
2153         int best_r;
2154
2155         if (isl_tab_extend_cons(context_tab, 2) < 0)
2156                 return -1;
2157
2158         snap = isl_tab_snap(context_tab);
2159
2160         for (split = tab->n_redundant; split < tab->n_row; ++split) {
2161                 struct isl_tab_undo *snap2;
2162                 struct isl_vec *ineq = NULL;
2163                 int r = 0;
2164                 int ok;
2165
2166                 if (!isl_tab_var_from_row(tab, split)->is_nonneg)
2167                         continue;
2168                 if (tab->row_sign[split] != isl_tab_row_any)
2169                         continue;
2170
2171                 ineq = get_row_parameter_ineq(tab, split);
2172                 if (!ineq)
2173                         return -1;
2174                 ok = isl_tab_add_ineq(context_tab, ineq->el) >= 0;
2175                 isl_vec_free(ineq);
2176                 if (!ok)
2177                         return -1;
2178
2179                 snap2 = isl_tab_snap(context_tab);
2180
2181                 for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
2182                         struct isl_tab_var *var;
2183
2184                         if (row == split)
2185                                 continue;
2186                         if (!isl_tab_var_from_row(tab, row)->is_nonneg)
2187                                 continue;
2188                         if (tab->row_sign[row] != isl_tab_row_any)
2189                                 continue;
2190
2191                         ineq = get_row_parameter_ineq(tab, row);
2192                         if (!ineq)
2193                                 return -1;
2194                         ok = isl_tab_add_ineq(context_tab, ineq->el) >= 0;
2195                         isl_vec_free(ineq);
2196                         if (!ok)
2197                                 return -1;
2198                         var = &context_tab->con[context_tab->n_con - 1];
2199                         if (!context_tab->empty &&
2200                             !isl_tab_min_at_most_neg_one(context_tab, var))
2201                                 r++;
2202                         if (isl_tab_rollback(context_tab, snap2) < 0)
2203                                 return -1;
2204                 }
2205                 if (best == -1 || r > best_r) {
2206                         best = split;
2207                         best_r = r;
2208                 }
2209                 if (isl_tab_rollback(context_tab, snap) < 0)
2210                         return -1;
2211         }
2212
2213         return best;
2214 }
2215
2216 static struct isl_basic_set *context_lex_peek_basic_set(
2217         struct isl_context *context)
2218 {
2219         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2220         if (!clex->tab)
2221                 return NULL;
2222         return isl_tab_peek_bset(clex->tab);
2223 }
2224
2225 static struct isl_tab *context_lex_peek_tab(struct isl_context *context)
2226 {
2227         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2228         return clex->tab;
2229 }
2230
2231 static void context_lex_add_eq(struct isl_context *context, isl_int *eq,
2232                 int check, int update)
2233 {
2234         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2235         if (isl_tab_extend_cons(clex->tab, 2) < 0)
2236                 goto error;
2237         if (add_lexmin_eq(clex->tab, eq) < 0)
2238                 goto error;
2239         if (check) {
2240                 int v = tab_has_valid_sample(clex->tab, eq, 1);
2241                 if (v < 0)
2242                         goto error;
2243                 if (!v)
2244                         clex->tab = check_integer_feasible(clex->tab);
2245         }
2246         if (update)
2247                 clex->tab = check_samples(clex->tab, eq, 1);
2248         return;
2249 error:
2250         isl_tab_free(clex->tab);
2251         clex->tab = NULL;
2252 }
2253
2254 static void context_lex_add_ineq(struct isl_context *context, isl_int *ineq,
2255                 int check, int update)
2256 {
2257         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2258         if (isl_tab_extend_cons(clex->tab, 1) < 0)
2259                 goto error;
2260         clex->tab = add_lexmin_ineq(clex->tab, ineq);
2261         if (check) {
2262                 int v = tab_has_valid_sample(clex->tab, ineq, 0);
2263                 if (v < 0)
2264                         goto error;
2265                 if (!v)
2266                         clex->tab = check_integer_feasible(clex->tab);
2267         }
2268         if (update)
2269                 clex->tab = check_samples(clex->tab, ineq, 0);
2270         return;
2271 error:
2272         isl_tab_free(clex->tab);
2273         clex->tab = NULL;
2274 }
2275
2276 static int context_lex_add_ineq_wrap(void *user, isl_int *ineq)
2277 {
2278         struct isl_context *context = (struct isl_context *)user;
2279         context_lex_add_ineq(context, ineq, 0, 0);
2280         return context->op->is_ok(context) ? 0 : -1;
2281 }
2282
2283 /* Check which signs can be obtained by "ineq" on all the currently
2284  * active sample values.  See row_sign for more information.
2285  */
2286 static enum isl_tab_row_sign tab_ineq_sign(struct isl_tab *tab, isl_int *ineq,
2287         int strict)
2288 {
2289         int i;
2290         int sgn;
2291         isl_int tmp;
2292         enum isl_tab_row_sign res = isl_tab_row_unknown;
2293
2294         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples, return isl_tab_row_unknown);
2295         isl_assert(tab->mat->ctx, tab->samples->n_col == 1 + tab->n_var,
2296                         return isl_tab_row_unknown);
2297
2298         isl_int_init(tmp);
2299         for (i = tab->n_outside; i < tab->n_sample; ++i) {
2300                 isl_seq_inner_product(tab->samples->row[i], ineq,
2301                                         1 + tab->n_var, &tmp);
2302                 sgn = isl_int_sgn(tmp);
2303                 if (sgn > 0 || (sgn == 0 && strict)) {
2304                         if (res == isl_tab_row_unknown)
2305                                 res = isl_tab_row_pos;
2306                         if (res == isl_tab_row_neg)
2307                                 res = isl_tab_row_any;
2308                 }
2309                 if (sgn < 0) {
2310                         if (res == isl_tab_row_unknown)
2311                                 res = isl_tab_row_neg;
2312                         if (res == isl_tab_row_pos)
2313                                 res = isl_tab_row_any;
2314                 }
2315                 if (res == isl_tab_row_any)
2316                         break;
2317         }
2318         isl_int_clear(tmp);
2319
2320         return res;
2321 }
2322
2323 static enum isl_tab_row_sign context_lex_ineq_sign(struct isl_context *context,
2324                         isl_int *ineq, int strict)
2325 {
2326         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2327         return tab_ineq_sign(clex->tab, ineq, strict);
2328 }
2329
2330 /* Check whether "ineq" can be added to the tableau without rendering
2331  * it infeasible.
2332  */
2333 static int context_lex_test_ineq(struct isl_context *context, isl_int *ineq)
2334 {
2335         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2336         struct isl_tab_undo *snap;
2337         int feasible;
2338
2339         if (!clex->tab)
2340                 return -1;
2341
2342         if (isl_tab_extend_cons(clex->tab, 1) < 0)
2343                 return -1;
2344
2345         snap = isl_tab_snap(clex->tab);
2346         if (isl_tab_push_basis(clex->tab) < 0)
2347                 return -1;
2348         clex->tab = add_lexmin_ineq(clex->tab, ineq);
2349         clex->tab = check_integer_feasible(clex->tab);
2350         if (!clex->tab)
2351                 return -1;
2352         feasible = !clex->tab->empty;
2353         if (isl_tab_rollback(clex->tab, snap) < 0)
2354                 return -1;
2355
2356         return feasible;
2357 }
2358
2359 static int context_lex_get_div(struct isl_context *context, struct isl_tab *tab,
2360                 struct isl_vec *div)
2361 {
2362         return get_div(tab, context, div);
2363 }
2364
2365 /* Add a div specified by "div" to the context tableau and return
2366  * 1 if the div is obviously non-negative.
2367  * context_tab_add_div will always return 1, because all variables
2368  * in a isl_context_lex tableau are non-negative.
2369  * However, if we are using a big parameter in the context, then this only
2370  * reflects the non-negativity of the variable used to _encode_ the
2371  * div, i.e., div' = M + div, so we can't draw any conclusions.
2372  */
2373 static int context_lex_add_div(struct isl_context *context, struct isl_vec *div)
2374 {
2375         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2376         int nonneg;
2377         nonneg = context_tab_add_div(clex->tab, div,
2378                                         context_lex_add_ineq_wrap, context);
2379         if (nonneg < 0)
2380                 return -1;
2381         if (clex->tab->M)
2382                 return 0;
2383         return nonneg;
2384 }
2385
2386 static int context_lex_detect_equalities(struct isl_context *context,
2387                 struct isl_tab *tab)
2388 {
2389         return 0;
2390 }
2391
2392 static int context_lex_best_split(struct isl_context *context,
2393                 struct isl_tab *tab)
2394 {
2395         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2396         struct isl_tab_undo *snap;
2397         int r;
2398
2399         snap = isl_tab_snap(clex->tab);
2400         if (isl_tab_push_basis(clex->tab) < 0)
2401                 return -1;
2402         r = best_split(tab, clex->tab);
2403
2404         if (r >= 0 && isl_tab_rollback(clex->tab, snap) < 0)
2405                 return -1;
2406
2407         return r;
2408 }
2409
2410 static int context_lex_is_empty(struct isl_context *context)
2411 {
2412         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2413         if (!clex->tab)
2414                 return -1;
2415         return clex->tab->empty;
2416 }
2417
2418 static void *context_lex_save(struct isl_context *context)
2419 {
2420         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2421         struct isl_tab_undo *snap;
2422
2423         snap = isl_tab_snap(clex->tab);
2424         if (isl_tab_push_basis(clex->tab) < 0)
2425                 return NULL;
2426         if (isl_tab_save_samples(clex->tab) < 0)
2427                 return NULL;
2428
2429         return snap;
2430 }
2431
2432 static void context_lex_restore(struct isl_context *context, void *save)
2433 {
2434         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2435         if (isl_tab_rollback(clex->tab, (struct isl_tab_undo *)save) < 0) {
2436                 isl_tab_free(clex->tab);
2437                 clex->tab = NULL;
2438         }
2439 }
2440
2441 static void context_lex_discard(void *save)
2442 {
2443 }
2444
2445 static int context_lex_is_ok(struct isl_context *context)
2446 {
2447         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2448         return !!clex->tab;
2449 }
2450
2451 /* For each variable in the context tableau, check if the variable can
2452  * only attain non-negative values.  If so, mark the parameter as non-negative
2453  * in the main tableau.  This allows for a more direct identification of some
2454  * cases of violated constraints.
2455  */
2456 static struct isl_tab *tab_detect_nonnegative_parameters(struct isl_tab *tab,
2457         struct isl_tab *context_tab)
2458 {
2459         int i;
2460         struct isl_tab_undo *snap;
2461         struct isl_vec *ineq = NULL;
2462         struct isl_tab_var *var;
2463         int n;
2464
2465         if (context_tab->n_var == 0)
2466                 return tab;
2467
2468         ineq = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1 + context_tab->n_var);
2469         if (!ineq)
2470                 goto error;
2471
2472         if (isl_tab_extend_cons(context_tab, 1) < 0)
2473                 goto error;
2474
2475         snap = isl_tab_snap(context_tab);
2476
2477         n = 0;
2478         isl_seq_clr(ineq->el, ineq->size);
2479         for (i = 0; i < context_tab->n_var; ++i) {
2480                 isl_int_set_si(ineq->el[1 + i], 1);
2481                 if (isl_tab_add_ineq(context_tab, ineq->el) < 0)
2482                         goto error;
2483                 var = &context_tab->con[context_tab->n_con - 1];
2484                 if (!context_tab->empty &&
2485                     !isl_tab_min_at_most_neg_one(context_tab, var)) {
2486                         int j = i;
2487                         if (i >= tab->n_param)
2488                                 j = i - tab->n_param + tab->n_var - tab->n_div;
2489                         tab->var[j].is_nonneg = 1;
2490                         n++;
2491                 }
2492                 isl_int_set_si(ineq->el[1 + i], 0);
2493                 if (isl_tab_rollback(context_tab, snap) < 0)
2494                         goto error;
2495         }
2496
2497         if (context_tab->M && n == context_tab->n_var) {
2498                 context_tab->mat = isl_mat_drop_cols(context_tab->mat, 2, 1);
2499                 context_tab->M = 0;
2500         }
2501
2502         isl_vec_free(ineq);
2503         return tab;
2504 error:
2505         isl_vec_free(ineq);
2506         isl_tab_free(tab);
2507         return NULL;
2508 }
2509
2510 static struct isl_tab *context_lex_detect_nonnegative_parameters(
2511         struct isl_context *context, struct isl_tab *tab)
2512 {
2513         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2514         struct isl_tab_undo *snap;
2515
2516         if (!tab)
2517                 return NULL;
2518
2519         snap = isl_tab_snap(clex->tab);
2520         if (isl_tab_push_basis(clex->tab) < 0)
2521                 goto error;
2522
2523         tab = tab_detect_nonnegative_parameters(tab, clex->tab);
2524
2525         if (isl_tab_rollback(clex->tab, snap) < 0)
2526                 goto error;
2527
2528         return tab;
2529 error:
2530         isl_tab_free(tab);
2531         return NULL;
2532 }
2533
2534 static void context_lex_invalidate(struct isl_context *context)
2535 {
2536         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2537         isl_tab_free(clex->tab);
2538         clex->tab = NULL;
2539 }
2540
2541 static void context_lex_free(struct isl_context *context)
2542 {
2543         struct isl_context_lex *clex = (struct isl_context_lex *)context;
2544         isl_tab_free(clex->tab);
2545         free(clex);
2546 }
2547
2548 struct isl_context_op isl_context_lex_op = {
2549         context_lex_detect_nonnegative_parameters,
2550         context_lex_peek_basic_set,
2551         context_lex_peek_tab,
2552         context_lex_add_eq,
2553         context_lex_add_ineq,
2554         context_lex_ineq_sign,
2555         context_lex_test_ineq,
2556         context_lex_get_div,
2557         context_lex_add_div,
2558         context_lex_detect_equalities,
2559         context_lex_best_split,
2560         context_lex_is_empty,
2561         context_lex_is_ok,
2562         context_lex_save,
2563         context_lex_restore,
2564         context_lex_discard,
2565         context_lex_invalidate,
2566         context_lex_free,
2567 };
2568
2569 static struct isl_tab *context_tab_for_lexmin(struct isl_basic_set *bset)
2570 {
2571         struct isl_tab *tab;
2572
2573         if (!bset)
2574                 return NULL;
2575         tab = tab_for_lexmin((struct isl_basic_map *)bset, NULL, 1, 0);
2576         if (!tab)
2577                 goto error;
2578         if (isl_tab_track_bset(tab, bset) < 0)
2579                 goto error;
2580         tab = isl_tab_init_samples(tab);
2581         return tab;
2582 error:
2583         isl_basic_set_free(bset);
2584         return NULL;
2585 }
2586
2587 static struct isl_context *isl_context_lex_alloc(struct isl_basic_set *dom)
2588 {
2589         struct isl_context_lex *clex;
2590
2591         if (!dom)
2592                 return NULL;
2593
2594         clex = isl_alloc_type(dom->ctx, struct isl_context_lex);
2595         if (!clex)
2596                 return NULL;
2597
2598         clex->context.op = &isl_context_lex_op;
2599
2600         clex->tab = context_tab_for_lexmin(isl_basic_set_copy(dom));
2601         if (restore_lexmin(clex->tab) < 0)
2602                 goto error;
2603         clex->tab = check_integer_feasible(clex->tab);
2604         if (!clex->tab)
2605                 goto error;
2606
2607         return &clex->context;
2608 error:
2609         clex->context.op->free(&clex->context);
2610         return NULL;
2611 }
2612
2613 struct isl_context_gbr {
2614         struct isl_context context;
2615         struct isl_tab *tab;
2616         struct isl_tab *shifted;
2617         struct isl_tab *cone;
2618 };
2619
2620 static struct isl_tab *context_gbr_detect_nonnegative_parameters(
2621         struct isl_context *context, struct isl_tab *tab)
2622 {
2623         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2624         if (!tab)
2625                 return NULL;
2626         return tab_detect_nonnegative_parameters(tab, cgbr->tab);
2627 }
2628
2629 static struct isl_basic_set *context_gbr_peek_basic_set(
2630         struct isl_context *context)
2631 {
2632         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2633         if (!cgbr->tab)
2634                 return NULL;
2635         return isl_tab_peek_bset(cgbr->tab);
2636 }
2637
2638 static struct isl_tab *context_gbr_peek_tab(struct isl_context *context)
2639 {
2640         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2641         return cgbr->tab;
2642 }
2643
2644 /* Initialize the "shifted" tableau of the context, which
2645  * contains the constraints of the original tableau shifted
2646  * by the sum of all negative coefficients.  This ensures
2647  * that any rational point in the shifted tableau can
2648  * be rounded up to yield an integer point in the original tableau.
2649  */
2650 static void gbr_init_shifted(struct isl_context_gbr *cgbr)
2651 {
2652         int i, j;
2653         struct isl_vec *cst;
2654         struct isl_basic_set *bset = isl_tab_peek_bset(cgbr->tab);
2655         unsigned dim = isl_basic_set_total_dim(bset);
2656
2657         cst = isl_vec_alloc(cgbr->tab->mat->ctx, bset->n_ineq);
2658         if (!cst)
2659                 return;
2660
2661         for (i = 0; i < bset->n_ineq; ++i) {
2662                 isl_int_set(cst->el[i], bset->ineq[i][0]);
2663                 for (j = 0; j < dim; ++j) {
2664                         if (!isl_int_is_neg(bset->ineq[i][1 + j]))
2665                                 continue;
2666                         isl_int_add(bset->ineq[i][0], bset->ineq[i][0],
2667                                     bset->ineq[i][1 + j]);
2668                 }
2669         }
2670
2671         cgbr->shifted = isl_tab_from_basic_set(bset, 0);
2672
2673         for (i = 0; i < bset->n_ineq; ++i)
2674                 isl_int_set(bset->ineq[i][0], cst->el[i]);
2675
2676         isl_vec_free(cst);
2677 }
2678
2679 /* Check if the shifted tableau is non-empty, and if so
2680  * use the sample point to construct an integer point
2681  * of the context tableau.
2682  */
2683 static struct isl_vec *gbr_get_shifted_sample(struct isl_context_gbr *cgbr)
2684 {
2685         struct isl_vec *sample;
2686
2687         if (!cgbr->shifted)
2688                 gbr_init_shifted(cgbr);
2689         if (!cgbr->shifted)
2690                 return NULL;
2691         if (cgbr->shifted->empty)
2692                 return isl_vec_alloc(cgbr->tab->mat->ctx, 0);
2693
2694         sample = isl_tab_get_sample_value(cgbr->shifted);
2695         sample = isl_vec_ceil(sample);
2696
2697         return sample;
2698 }
2699
2700 static struct isl_basic_set *drop_constant_terms(struct isl_basic_set *bset)
2701 {
2702         int i;
2703
2704         if (!bset)
2705                 return NULL;
2706
2707         for (i = 0; i < bset->n_eq; ++i)
2708                 isl_int_set_si(bset->eq[i][0], 0);
2709
2710         for (i = 0; i < bset->n_ineq; ++i)
2711                 isl_int_set_si(bset->ineq[i][0], 0);
2712
2713         return bset;
2714 }
2715
2716 static int use_shifted(struct isl_context_gbr *cgbr)
2717 {
2718         return cgbr->tab->bmap->n_eq == 0 && cgbr->tab->bmap->n_div == 0;
2719 }
2720
2721 static struct isl_vec *gbr_get_sample(struct isl_context_gbr *cgbr)
2722 {
2723         struct isl_basic_set *bset;
2724         struct isl_basic_set *cone;
2725
2726         if (isl_tab_sample_is_integer(cgbr->tab))
2727                 return isl_tab_get_sample_value(cgbr->tab);
2728
2729         if (use_shifted(cgbr)) {
2730                 struct isl_vec *sample;
2731
2732                 sample = gbr_get_shifted_sample(cgbr);
2733                 if (!sample || sample->size > 0)
2734                         return sample;
2735
2736                 isl_vec_free(sample);
2737         }
2738
2739         if (!cgbr->cone) {
2740                 bset = isl_tab_peek_bset(cgbr->tab);
2741                 cgbr->cone = isl_tab_from_recession_cone(bset, 0);
2742                 if (!cgbr->cone)
2743                         return NULL;
2744                 if (isl_tab_track_bset(cgbr->cone,
2745                                         isl_basic_set_copy(bset)) < 0)
2746                         return NULL;
2747         }
2748         if (isl_tab_detect_implicit_equalities(cgbr->cone) < 0)
2749                 return NULL;
2750
2751         if (cgbr->cone->n_dead == cgbr->cone->n_col) {
2752                 struct isl_vec *sample;
2753                 struct isl_tab_undo *snap;
2754
2755                 if (cgbr->tab->basis) {
2756                         if (cgbr->tab->basis->n_col != 1 + cgbr->tab->n_var) {
2757                                 isl_mat_free(cgbr->tab->basis);
2758                                 cgbr->tab->basis = NULL;
2759                         }
2760                         cgbr->tab->n_zero = 0;
2761                         cgbr->tab->n_unbounded = 0;
2762                 }
2763
2764                 snap = isl_tab_snap(cgbr->tab);
2765
2766                 sample = isl_tab_sample(cgbr->tab);
2767
2768                 if (isl_tab_rollback(cgbr->tab, snap) < 0) {
2769                         isl_vec_free(sample);
2770                         return NULL;
2771                 }
2772
2773                 return sample;
2774         }
2775
2776         cone = isl_basic_set_dup(isl_tab_peek_bset(cgbr->cone));
2777         cone = drop_constant_terms(cone);
2778         cone = isl_basic_set_update_from_tab(cone, cgbr->cone);
2779         cone = isl_basic_set_underlying_set(cone);
2780         cone = isl_basic_set_gauss(cone, NULL);
2781
2782         bset = isl_basic_set_dup(isl_tab_peek_bset(cgbr->tab));
2783         bset = isl_basic_set_update_from_tab(bset, cgbr->tab);
2784         bset = isl_basic_set_underlying_set(bset);
2785         bset = isl_basic_set_gauss(bset, NULL);
2786
2787         return isl_basic_set_sample_with_cone(bset, cone);
2788 }
2789
2790 static void check_gbr_integer_feasible(struct isl_context_gbr *cgbr)
2791 {
2792         struct isl_vec *sample;
2793
2794         if (!cgbr->tab)
2795                 return;
2796
2797         if (cgbr->tab->empty)
2798                 return;
2799
2800         sample = gbr_get_sample(cgbr);
2801         if (!sample)
2802                 goto error;
2803
2804         if (sample->size == 0) {
2805                 isl_vec_free(sample);
2806                 if (isl_tab_mark_empty(cgbr->tab) < 0)
2807                         goto error;
2808                 return;
2809         }
2810
2811         cgbr->tab = isl_tab_add_sample(cgbr->tab, sample);
2812
2813         return;
2814 error:
2815         isl_tab_free(cgbr->tab);
2816         cgbr->tab = NULL;
2817 }
2818
2819 static struct isl_tab *add_gbr_eq(struct isl_tab *tab, isl_int *eq)
2820 {
2821         if (!tab)
2822                 return NULL;
2823
2824         if (isl_tab_extend_cons(tab, 2) < 0)
2825                 goto error;
2826
2827         if (isl_tab_add_eq(tab, eq) < 0)
2828                 goto error;
2829
2830         return tab;
2831 error:
2832         isl_tab_free(tab);
2833         return NULL;
2834 }
2835
2836 static void context_gbr_add_eq(struct isl_context *context, isl_int *eq,
2837                 int check, int update)
2838 {
2839         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2840
2841         cgbr->tab = add_gbr_eq(cgbr->tab, eq);
2842
2843         if (cgbr->cone && cgbr->cone->n_col != cgbr->cone->n_dead) {
2844                 if (isl_tab_extend_cons(cgbr->cone, 2) < 0)
2845                         goto error;
2846                 if (isl_tab_add_eq(cgbr->cone, eq) < 0)
2847                         goto error;
2848         }
2849
2850         if (check) {
2851                 int v = tab_has_valid_sample(cgbr->tab, eq, 1);
2852                 if (v < 0)
2853                         goto error;
2854                 if (!v)
2855                         check_gbr_integer_feasible(cgbr);
2856         }
2857         if (update)
2858                 cgbr->tab = check_samples(cgbr->tab, eq, 1);
2859         return;
2860 error:
2861         isl_tab_free(cgbr->tab);
2862         cgbr->tab = NULL;
2863 }
2864
2865 static void add_gbr_ineq(struct isl_context_gbr *cgbr, isl_int *ineq)
2866 {
2867         if (!cgbr->tab)
2868                 return;
2869
2870         if (isl_tab_extend_cons(cgbr->tab, 1) < 0)
2871                 goto error;
2872
2873         if (isl_tab_add_ineq(cgbr->tab, ineq) < 0)
2874                 goto error;
2875
2876         if (cgbr->shifted && !cgbr->shifted->empty && use_shifted(cgbr)) {
2877                 int i;
2878                 unsigned dim;
2879                 dim = isl_basic_map_total_dim(cgbr->tab->bmap);
2880
2881                 if (isl_tab_extend_cons(cgbr->shifted, 1) < 0)
2882                         goto error;
2883
2884                 for (i = 0; i < dim; ++i) {
2885                         if (!isl_int_is_neg(ineq[1 + i]))
2886                                 continue;
2887                         isl_int_add(ineq[0], ineq[0], ineq[1 + i]);
2888                 }
2889
2890                 if (isl_tab_add_ineq(cgbr->shifted, ineq) < 0)
2891                         goto error;
2892
2893                 for (i = 0; i < dim; ++i) {
2894                         if (!isl_int_is_neg(ineq[1 + i]))
2895                                 continue;
2896                         isl_int_sub(ineq[0], ineq[0], ineq[1 + i]);
2897                 }
2898         }
2899
2900         if (cgbr->cone && cgbr->cone->n_col != cgbr->cone->n_dead) {
2901                 if (isl_tab_extend_cons(cgbr->cone, 1) < 0)
2902                         goto error;
2903                 if (isl_tab_add_ineq(cgbr->cone, ineq) < 0)
2904                         goto error;
2905         }
2906
2907         return;
2908 error:
2909         isl_tab_free(cgbr->tab);
2910         cgbr->tab = NULL;
2911 }
2912
2913 static void context_gbr_add_ineq(struct isl_context *context, isl_int *ineq,
2914                 int check, int update)
2915 {
2916         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2917
2918         add_gbr_ineq(cgbr, ineq);
2919         if (!cgbr->tab)
2920                 return;
2921
2922         if (check) {
2923                 int v = tab_has_valid_sample(cgbr->tab, ineq, 0);
2924                 if (v < 0)
2925                         goto error;
2926                 if (!v)
2927                         check_gbr_integer_feasible(cgbr);
2928         }
2929         if (update)
2930                 cgbr->tab = check_samples(cgbr->tab, ineq, 0);
2931         return;
2932 error:
2933         isl_tab_free(cgbr->tab);
2934         cgbr->tab = NULL;
2935 }
2936
2937 static int context_gbr_add_ineq_wrap(void *user, isl_int *ineq)
2938 {
2939         struct isl_context *context = (struct isl_context *)user;
2940         context_gbr_add_ineq(context, ineq, 0, 0);
2941         return context->op->is_ok(context) ? 0 : -1;
2942 }
2943
2944 static enum isl_tab_row_sign context_gbr_ineq_sign(struct isl_context *context,
2945                         isl_int *ineq, int strict)
2946 {
2947         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2948         return tab_ineq_sign(cgbr->tab, ineq, strict);
2949 }
2950
2951 /* Check whether "ineq" can be added to the tableau without rendering
2952  * it infeasible.
2953  */
2954 static int context_gbr_test_ineq(struct isl_context *context, isl_int *ineq)
2955 {
2956         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
2957         struct isl_tab_undo *snap;
2958         struct isl_tab_undo *shifted_snap = NULL;
2959         struct isl_tab_undo *cone_snap = NULL;
2960         int feasible;
2961
2962         if (!cgbr->tab)
2963                 return -1;
2964
2965         if (isl_tab_extend_cons(cgbr->tab, 1) < 0)
2966                 return -1;
2967
2968         snap = isl_tab_snap(cgbr->tab);
2969         if (cgbr->shifted)
2970                 shifted_snap = isl_tab_snap(cgbr->shifted);
2971         if (cgbr->cone)
2972                 cone_snap = isl_tab_snap(cgbr->cone);
2973         add_gbr_ineq(cgbr, ineq);
2974         check_gbr_integer_feasible(cgbr);
2975         if (!cgbr->tab)
2976                 return -1;
2977         feasible = !cgbr->tab->empty;
2978         if (isl_tab_rollback(cgbr->tab, snap) < 0)
2979                 return -1;
2980         if (shifted_snap) {
2981                 if (isl_tab_rollback(cgbr->shifted, shifted_snap))
2982                         return -1;
2983         } else if (cgbr->shifted) {
2984                 isl_tab_free(cgbr->shifted);
2985                 cgbr->shifted = NULL;
2986         }
2987         if (cone_snap) {
2988                 if (isl_tab_rollback(cgbr->cone, cone_snap))
2989                         return -1;
2990         } else if (cgbr->cone) {
2991                 isl_tab_free(cgbr->cone);
2992                 cgbr->cone = NULL;
2993         }
2994
2995         return feasible;
2996 }
2997
2998 /* Return the column of the last of the variables associated to
2999  * a column that has a non-zero coefficient.
3000  * This function is called in a context where only coefficients
3001  * of parameters or divs can be non-zero.
3002  */
3003 static int last_non_zero_var_col(struct isl_tab *tab, isl_int *p)
3004 {
3005         int i;
3006         int col;
3007
3008         if (tab->n_var == 0)
3009                 return -1;
3010
3011         for (i = tab->n_var - 1; i >= 0; --i) {
3012                 if (i >= tab->n_param && i < tab->n_var - tab->n_div)
3013                         continue;
3014                 if (tab->var[i].is_row)
3015                         continue;
3016                 col = tab->var[i].index;
3017                 if (!isl_int_is_zero(p[col]))
3018                         return col;
3019         }
3020
3021         return -1;
3022 }
3023
3024 /* Look through all the recently added equalities in the context
3025  * to see if we can propagate any of them to the main tableau.
3026  *
3027  * The newly added equalities in the context are encoded as pairs
3028  * of inequalities starting at inequality "first".
3029  *
3030  * We tentatively add each of these equalities to the main tableau
3031  * and if this happens to result in a row with a final coefficient
3032  * that is one or negative one, we use it to kill a column
3033  * in the main tableau.  Otherwise, we discard the tentatively
3034  * added row.
3035  */
3036 static void propagate_equalities(struct isl_context_gbr *cgbr,
3037         struct isl_tab *tab, unsigned first)
3038 {
3039         int i;
3040         struct isl_vec *eq = NULL;
3041
3042         eq = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1 + tab->n_var);
3043         if (!eq)
3044                 goto error;
3045
3046         if (isl_tab_extend_cons(tab, (cgbr->tab->bmap->n_ineq - first)/2) < 0)
3047                 goto error;
3048
3049         isl_seq_clr(eq->el + 1 + tab->n_param,
3050                     tab->n_var - tab->n_param - tab->n_div);
3051         for (i = first; i < cgbr->tab->bmap->n_ineq; i += 2) {
3052                 int j;
3053                 int r;
3054                 struct isl_tab_undo *snap;
3055                 snap = isl_tab_snap(tab);
3056
3057                 isl_seq_cpy(eq->el, cgbr->tab->bmap->ineq[i], 1 + tab->n_param);
3058                 isl_seq_cpy(eq->el + 1 + tab->n_var - tab->n_div,
3059                             cgbr->tab->bmap->ineq[i] + 1 + tab->n_param,
3060                             tab->n_div);
3061
3062                 r = isl_tab_add_row(tab, eq->el);
3063                 if (r < 0)
3064                         goto error;
3065                 r = tab->con[r].index;
3066                 j = last_non_zero_var_col(tab, tab->mat->row[r] + 2 + tab->M);
3067                 if (j < 0 || j < tab->n_dead ||
3068                     !isl_int_is_one(tab->mat->row[r][0]) ||
3069                     (!isl_int_is_one(tab->mat->row[r][2 + tab->M + j]) &&
3070                      !isl_int_is_negone(tab->mat->row[r][2 + tab->M + j]))) {
3071                         if (isl_tab_rollback(tab, snap) < 0)
3072                                 goto error;
3073                         continue;
3074                 }
3075                 if (isl_tab_pivot(tab, r, j) < 0)
3076                         goto error;
3077                 if (isl_tab_kill_col(tab, j) < 0)
3078                         goto error;
3079
3080                 if (restore_lexmin(tab) < 0)
3081                         goto error;
3082         }
3083
3084         isl_vec_free(eq);
3085
3086         return;
3087 error:
3088         isl_vec_free(eq);
3089         isl_tab_free(cgbr->tab);
3090         cgbr->tab = NULL;
3091 }
3092
3093 static int context_gbr_detect_equalities(struct isl_context *context,
3094         struct isl_tab *tab)
3095 {
3096         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3097         struct isl_ctx *ctx;
3098         unsigned n_ineq;
3099
3100         ctx = cgbr->tab->mat->ctx;
3101
3102         if (!cgbr->cone) {
3103                 struct isl_basic_set *bset = isl_tab_peek_bset(cgbr->tab);
3104                 cgbr->cone = isl_tab_from_recession_cone(bset, 0);
3105                 if (!cgbr->cone)
3106                         goto error;
3107                 if (isl_tab_track_bset(cgbr->cone,
3108                                         isl_basic_set_copy(bset)) < 0)
3109                         goto error;
3110         }
3111         if (isl_tab_detect_implicit_equalities(cgbr->cone) < 0)
3112                 goto error;
3113
3114         n_ineq = cgbr->tab->bmap->n_ineq;
3115         cgbr->tab = isl_tab_detect_equalities(cgbr->tab, cgbr->cone);
3116         if (cgbr->tab && cgbr->tab->bmap->n_ineq > n_ineq)
3117                 propagate_equalities(cgbr, tab, n_ineq);
3118
3119         return 0;
3120 error:
3121         isl_tab_free(cgbr->tab);
3122         cgbr->tab = NULL;
3123         return -1;
3124 }
3125
3126 static int context_gbr_get_div(struct isl_context *context, struct isl_tab *tab,
3127                 struct isl_vec *div)
3128 {
3129         return get_div(tab, context, div);
3130 }
3131
3132 static int context_gbr_add_div(struct isl_context *context, struct isl_vec *div)
3133 {
3134         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3135         if (cgbr->cone) {
3136                 int k;
3137
3138                 if (isl_tab_extend_cons(cgbr->cone, 3) < 0)
3139                         return -1;
3140                 if (isl_tab_extend_vars(cgbr->cone, 1) < 0)
3141                         return -1;
3142                 if (isl_tab_allocate_var(cgbr->cone) <0)
3143                         return -1;
3144
3145                 cgbr->cone->bmap = isl_basic_map_extend_space(cgbr->cone->bmap,
3146                         isl_basic_map_get_space(cgbr->cone->bmap), 1, 0, 2);
3147                 k = isl_basic_map_alloc_div(cgbr->cone->bmap);
3148                 if (k < 0)
3149                         return -1;
3150                 isl_seq_cpy(cgbr->cone->bmap->div[k], div->el, div->size);
3151                 if (isl_tab_push(cgbr->cone, isl_tab_undo_bmap_div) < 0)
3152                         return -1;
3153         }
3154         return context_tab_add_div(cgbr->tab, div,
3155                                         context_gbr_add_ineq_wrap, context);
3156 }
3157
3158 static int context_gbr_best_split(struct isl_context *context,
3159                 struct isl_tab *tab)
3160 {
3161         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3162         struct isl_tab_undo *snap;
3163         int r;
3164
3165         snap = isl_tab_snap(cgbr->tab);
3166         r = best_split(tab, cgbr->tab);
3167
3168         if (r >= 0 && isl_tab_rollback(cgbr->tab, snap) < 0)
3169                 return -1;
3170
3171         return r;
3172 }
3173
3174 static int context_gbr_is_empty(struct isl_context *context)
3175 {
3176         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3177         if (!cgbr->tab)
3178                 return -1;
3179         return cgbr->tab->empty;
3180 }
3181
3182 struct isl_gbr_tab_undo {
3183         struct isl_tab_undo *tab_snap;
3184         struct isl_tab_undo *shifted_snap;
3185         struct isl_tab_undo *cone_snap;
3186 };
3187
3188 static void *context_gbr_save(struct isl_context *context)
3189 {
3190         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3191         struct isl_gbr_tab_undo *snap;
3192
3193         snap = isl_alloc_type(cgbr->tab->mat->ctx, struct isl_gbr_tab_undo);
3194         if (!snap)
3195                 return NULL;
3196
3197         snap->tab_snap = isl_tab_snap(cgbr->tab);
3198         if (isl_tab_save_samples(cgbr->tab) < 0)
3199                 goto error;
3200
3201         if (cgbr->shifted)
3202                 snap->shifted_snap = isl_tab_snap(cgbr->shifted);
3203         else
3204                 snap->shifted_snap = NULL;
3205
3206         if (cgbr->cone)
3207                 snap->cone_snap = isl_tab_snap(cgbr->cone);
3208         else
3209                 snap->cone_snap = NULL;
3210
3211         return snap;
3212 error:
3213         free(snap);
3214         return NULL;
3215 }
3216
3217 static void context_gbr_restore(struct isl_context *context, void *save)
3218 {
3219         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3220         struct isl_gbr_tab_undo *snap = (struct isl_gbr_tab_undo *)save;
3221         if (!snap)
3222                 goto error;
3223         if (isl_tab_rollback(cgbr->tab, snap->tab_snap) < 0) {
3224                 isl_tab_free(cgbr->tab);
3225                 cgbr->tab = NULL;
3226         }
3227
3228         if (snap->shifted_snap) {
3229                 if (isl_tab_rollback(cgbr->shifted, snap->shifted_snap) < 0)
3230                         goto error;
3231         } else if (cgbr->shifted) {
3232                 isl_tab_free(cgbr->shifted);
3233                 cgbr->shifted = NULL;
3234         }
3235
3236         if (snap->cone_snap) {
3237                 if (isl_tab_rollback(cgbr->cone, snap->cone_snap) < 0)
3238                         goto error;
3239         } else if (cgbr->cone) {
3240                 isl_tab_free(cgbr->cone);
3241                 cgbr->cone = NULL;
3242         }
3243
3244         free(snap);
3245
3246         return;
3247 error:
3248         free(snap);
3249         isl_tab_free(cgbr->tab);
3250         cgbr->tab = NULL;
3251 }
3252
3253 static void context_gbr_discard(void *save)
3254 {
3255         struct isl_gbr_tab_undo *snap = (struct isl_gbr_tab_undo *)save;
3256         free(snap);
3257 }
3258
3259 static int context_gbr_is_ok(struct isl_context *context)
3260 {
3261         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3262         return !!cgbr->tab;
3263 }
3264
3265 static void context_gbr_invalidate(struct isl_context *context)
3266 {
3267         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3268         isl_tab_free(cgbr->tab);
3269         cgbr->tab = NULL;
3270 }
3271
3272 static void context_gbr_free(struct isl_context *context)
3273 {
3274         struct isl_context_gbr *cgbr = (struct isl_context_gbr *)context;
3275         isl_tab_free(cgbr->tab);
3276         isl_tab_free(cgbr->shifted);
3277         isl_tab_free(cgbr->cone);
3278         free(cgbr);
3279 }
3280
3281 struct isl_context_op isl_context_gbr_op = {
3282         context_gbr_detect_nonnegative_parameters,
3283         context_gbr_peek_basic_set,
3284         context_gbr_peek_tab,
3285         context_gbr_add_eq,
3286         context_gbr_add_ineq,
3287         context_gbr_ineq_sign,
3288         context_gbr_test_ineq,
3289         context_gbr_get_div,
3290         context_gbr_add_div,
3291         context_gbr_detect_equalities,
3292         context_gbr_best_split,
3293         context_gbr_is_empty,
3294         context_gbr_is_ok,
3295         context_gbr_save,
3296         context_gbr_restore,
3297         context_gbr_discard,
3298         context_gbr_invalidate,
3299         context_gbr_free,
3300 };
3301
3302 static struct isl_context *isl_context_gbr_alloc(struct isl_basic_set *dom)
3303 {
3304         struct isl_context_gbr *cgbr;
3305
3306         if (!dom)
3307                 return NULL;
3308
3309         cgbr = isl_calloc_type(dom->ctx, struct isl_context_gbr);
3310         if (!cgbr)
3311                 return NULL;
3312
3313         cgbr->context.op = &isl_context_gbr_op;
3314
3315         cgbr->shifted = NULL;
3316         cgbr->cone = NULL;
3317         cgbr->tab = isl_tab_from_basic_set(dom, 1);
3318         cgbr->tab = isl_tab_init_samples(cgbr->tab);
3319         if (!cgbr->tab)
3320                 goto error;
3321         check_gbr_integer_feasible(cgbr);
3322
3323         return &cgbr->context;
3324 error:
3325         cgbr->context.op->free(&cgbr->context);
3326         return NULL;
3327 }
3328
3329 static struct isl_context *isl_context_alloc(struct isl_basic_set *dom)
3330 {
3331         if (!dom)
3332                 return NULL;
3333
3334         if (dom->ctx->opt->context == ISL_CONTEXT_LEXMIN)
3335                 return isl_context_lex_alloc(dom);
3336         else
3337                 return isl_context_gbr_alloc(dom);
3338 }
3339
3340 /* Construct an isl_sol_map structure for accumulating the solution.
3341  * If track_empty is set, then we also keep track of the parts
3342  * of the context where there is no solution.
3343  * If max is set, then we are solving a maximization, rather than
3344  * a minimization problem, which means that the variables in the
3345  * tableau have value "M - x" rather than "M + x".
3346  */
3347 static struct isl_sol *sol_map_init(struct isl_basic_map *bmap,
3348         struct isl_basic_set *dom, int track_empty, int max)
3349 {
3350         struct isl_sol_map *sol_map = NULL;
3351
3352         if (!bmap)
3353                 goto error;
3354
3355         sol_map = isl_calloc_type(bmap->ctx, struct isl_sol_map);
3356         if (!sol_map)
3357                 goto error;
3358
3359         sol_map->sol.rational = ISL_F_ISSET(bmap, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
3360         sol_map->sol.dec_level.callback.run = &sol_dec_level_wrap;
3361         sol_map->sol.dec_level.sol = &sol_map->sol;
3362         sol_map->sol.max = max;
3363         sol_map->sol.n_out = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_out);
3364         sol_map->sol.add = &sol_map_add_wrap;
3365         sol_map->sol.add_empty = track_empty ? &sol_map_add_empty_wrap : NULL;
3366         sol_map->sol.free = &sol_map_free_wrap;
3367         sol_map->map = isl_map_alloc_space(isl_basic_map_get_space(bmap), 1,
3368                                             ISL_MAP_DISJOINT);
3369         if (!sol_map->map)
3370                 goto error;
3371
3372         sol_map->sol.context = isl_context_alloc(dom);
3373         if (!sol_map->sol.context)
3374                 goto error;
3375
3376         if (track_empty) {
3377                 sol_map->empty = isl_set_alloc_space(isl_basic_set_get_space(dom),
3378                                                         1, ISL_SET_DISJOINT);
3379                 if (!sol_map->empty)
3380                         goto error;
3381         }
3382
3383         isl_basic_set_free(dom);
3384         return &sol_map->sol;
3385 error:
3386         isl_basic_set_free(dom);
3387         sol_map_free(sol_map);
3388         return NULL;
3389 }
3390
3391 /* Check whether all coefficients of (non-parameter) variables
3392  * are non-positive, meaning that no pivots can be performed on the row.
3393  */
3394 static int is_critical(struct isl_tab *tab, int row)
3395 {
3396         int j;
3397         unsigned off = 2 + tab->M;
3398
3399         for (j = tab->n_dead; j < tab->n_col; ++j) {
3400                 if (tab->col_var[j] >= 0 &&
3401                     (tab->col_var[j] < tab->n_param  ||
3402                     tab->col_var[j] >= tab->n_var - tab->n_div))
3403                         continue;
3404
3405                 if (isl_int_is_pos(tab->mat->row[row][off + j]))
3406                         return 0;
3407         }
3408
3409         return 1;
3410 }
3411
3412 /* Check whether the inequality represented by vec is strict over the integers,
3413  * i.e., there are no integer values satisfying the constraint with
3414  * equality.  This happens if the gcd of the coefficients is not a divisor
3415  * of the constant term.  If so, scale the constraint down by the gcd
3416  * of the coefficients.
3417  */
3418 static int is_strict(struct isl_vec *vec)
3419 {
3420         isl_int gcd;
3421         int strict = 0;
3422
3423         isl_int_init(gcd);
3424         isl_seq_gcd(vec->el + 1, vec->size - 1, &gcd);
3425         if (!isl_int_is_one(gcd)) {
3426                 strict = !isl_int_is_divisible_by(vec->el[0], gcd);
3427                 isl_int_fdiv_q(vec->el[0], vec->el[0], gcd);
3428                 isl_seq_scale_down(vec->el + 1, vec->el + 1, gcd, vec->size-1);
3429         }
3430         isl_int_clear(gcd);
3431
3432         return strict;
3433 }
3434
3435 /* Determine the sign of the given row of the main tableau.
3436  * The result is one of
3437  *      isl_tab_row_pos: always non-negative; no pivot needed
3438  *      isl_tab_row_neg: always non-positive; pivot
3439  *      isl_tab_row_any: can be both positive and negative; split
3440  *
3441  * We first handle some simple cases
3442  *      - the row sign may be known already
3443  *      - the row may be obviously non-negative
3444  *      - the parametric constant may be equal to that of another row
3445  *        for which we know the sign.  This sign will be either "pos" or
3446  *        "any".  If it had been "neg" then we would have pivoted before.
3447  *
3448  * If none of these cases hold, we check the value of the row for each
3449  * of the currently active samples.  Based on the signs of these values
3450  * we make an initial determination of the sign of the row.
3451  *
3452  *      all zero                        ->      unk(nown)
3453  *      all non-negative                ->      pos
3454  *      all non-positive                ->      neg
3455  *      both negative and positive      ->      all
3456  *
3457  * If we end up with "all", we are done.
3458  * Otherwise, we perform a check for positive and/or negative
3459  * values as follows.
3460  *
3461  *      samples        neg             unk             pos
3462  *      <0 ?                        Y        N      Y        N
3463  *                                          pos    any      pos
3464  *      >0 ?         Y      N    Y     N
3465  *                  any    neg  any   neg
3466  *
3467  * There is no special sign for "zero", because we can usually treat zero
3468  * as either non-negative or non-positive, whatever works out best.
3469  * However, if the row is "critical", meaning that pivoting is impossible
3470  * then we don't want to limp zero with the non-positive case, because
3471  * then we we would lose the solution for those values of the parameters
3472  * where the value of the row is zero.  Instead, we treat 0 as non-negative
3473  * ensuring a split if the row can attain both zero and negative values.
3474  * The same happens when the original constraint was one that could not
3475  * be satisfied with equality by any integer values of the parameters.
3476  * In this case, we normalize the constraint, but then a value of zero
3477  * for the normalized constraint is actually a positive value for the
3478  * original constraint, so again we need to treat zero as non-negative.
3479  * In both these cases, we have the following decision tree instead:
3480  *
3481  *      all non-negative                ->      pos
3482  *      all negative                    ->      neg
3483  *      both negative and non-negative  ->      all
3484  *
3485  *      samples        neg                             pos
3486  *      <0 ?                                        Y        N
3487  *                                                 any      pos
3488  *      >=0 ?        Y      N
3489  *                  any    neg
3490  */
3491 static enum isl_tab_row_sign row_sign(struct isl_tab *tab,
3492         struct isl_sol *sol, int row)
3493 {
3494         struct isl_vec *ineq = NULL;
3495         enum isl_tab_row_sign res = isl_tab_row_unknown;
3496         int critical;
3497         int strict;
3498         int row2;
3499
3500         if (tab->row_sign[row] != isl_tab_row_unknown)
3501                 return tab->row_sign[row];
3502         if (is_obviously_nonneg(tab, row))
3503                 return isl_tab_row_pos;
3504         for (row2 = tab->n_redundant; row2 < tab->n_row; ++row2) {
3505                 if (tab->row_sign[row2] == isl_tab_row_unknown)
3506                         continue;
3507                 if (identical_parameter_line(tab, row, row2))
3508                         return tab->row_sign[row2];
3509         }
3510
3511         critical = is_critical(tab, row);
3512
3513         ineq = get_row_parameter_ineq(tab, row);
3514         if (!ineq)
3515                 goto error;
3516
3517         strict = is_strict(ineq);
3518
3519         res = sol->context->op->ineq_sign(sol->context, ineq->el,
3520                                           critical || strict);
3521
3522         if (res == isl_tab_row_unknown || res == isl_tab_row_pos) {
3523                 /* test for negative values */
3524                 int feasible;
3525                 isl_seq_neg(ineq->el, ineq->el, ineq->size);
3526                 isl_int_sub_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3527
3528                 feasible = sol->context->op->test_ineq(sol->context, ineq->el);
3529                 if (feasible < 0)
3530                         goto error;
3531                 if (!feasible)
3532                         res = isl_tab_row_pos;
3533                 else
3534                         res = (res == isl_tab_row_unknown) ? isl_tab_row_neg
3535                                                            : isl_tab_row_any;
3536                 if (res == isl_tab_row_neg) {
3537                         isl_seq_neg(ineq->el, ineq->el, ineq->size);
3538                         isl_int_sub_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3539                 }
3540         }
3541
3542         if (res == isl_tab_row_neg) {
3543                 /* test for positive values */
3544                 int feasible;
3545                 if (!critical && !strict)
3546                         isl_int_sub_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3547
3548                 feasible = sol->context->op->test_ineq(sol->context, ineq->el);
3549                 if (feasible < 0)
3550                         goto error;
3551                 if (feasible)
3552                         res = isl_tab_row_any;
3553         }
3554
3555         isl_vec_free(ineq);
3556         return res;
3557 error:
3558         isl_vec_free(ineq);
3559         return isl_tab_row_unknown;
3560 }
3561
3562 static void find_solutions(struct isl_sol *sol, struct isl_tab *tab);
3563
3564 /* Find solutions for values of the parameters that satisfy the given
3565  * inequality.
3566  *
3567  * We currently take a snapshot of the context tableau that is reset
3568  * when we return from this function, while we make a copy of the main
3569  * tableau, leaving the original main tableau untouched.
3570  * These are fairly arbitrary choices.  Making a copy also of the context
3571  * tableau would obviate the need to undo any changes made to it later,
3572  * while taking a snapshot of the main tableau could reduce memory usage.
3573  * If we were to switch to taking a snapshot of the main tableau,
3574  * we would have to keep in mind that we need to save the row signs
3575  * and that we need to do this before saving the current basis
3576  * such that the basis has been restore before we restore the row signs.
3577  */
3578 static void find_in_pos(struct isl_sol *sol, struct isl_tab *tab, isl_int *ineq)
3579 {
3580         void *saved;
3581
3582         if (!sol->context)
3583                 goto error;
3584         saved = sol->context->op->save(sol->context);
3585
3586         tab = isl_tab_dup(tab);
3587         if (!tab)
3588                 goto error;
3589
3590         sol->context->op->add_ineq(sol->context, ineq, 0, 1);
3591
3592         find_solutions(sol, tab);
3593
3594         if (!sol->error)
3595                 sol->context->op->restore(sol->context, saved);
3596         else
3597                 sol->context->op->discard(saved);
3598         return;
3599 error:
3600         sol->error = 1;
3601 }
3602
3603 /* Record the absence of solutions for those values of the parameters
3604  * that do not satisfy the given inequality with equality.
3605  */
3606 static void no_sol_in_strict(struct isl_sol *sol,
3607         struct isl_tab *tab, struct isl_vec *ineq)
3608 {
3609         int empty;
3610         void *saved;
3611
3612         if (!sol->context || sol->error)
3613                 goto error;
3614         saved = sol->context->op->save(sol->context);
3615
3616         isl_int_sub_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3617
3618         sol->context->op->add_ineq(sol->context, ineq->el, 1, 0);
3619         if (!sol->context)
3620                 goto error;
3621
3622         empty = tab->empty;
3623         tab->empty = 1;
3624         sol_add(sol, tab);
3625         tab->empty = empty;
3626
3627         isl_int_add_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3628
3629         sol->context->op->restore(sol->context, saved);
3630         return;
3631 error:
3632         sol->error = 1;
3633 }
3634
3635 /* Compute the lexicographic minimum of the set represented by the main
3636  * tableau "tab" within the context "sol->context_tab".
3637  * On entry the sample value of the main tableau is lexicographically
3638  * less than or equal to this lexicographic minimum.
3639  * Pivots are performed until a feasible point is found, which is then
3640  * necessarily equal to the minimum, or until the tableau is found to
3641  * be infeasible.  Some pivots may need to be performed for only some
3642  * feasible values of the context tableau.  If so, the context tableau
3643  * is split into a part where the pivot is needed and a part where it is not.
3644  *
3645  * Whenever we enter the main loop, the main tableau is such that no
3646  * "obvious" pivots need to be performed on it, where "obvious" means
3647  * that the given row can be seen to be negative without looking at
3648  * the context tableau.  In particular, for non-parametric problems,
3649  * no pivots need to be performed on the main tableau.
3650  * The caller of find_solutions is responsible for making this property
3651  * hold prior to the first iteration of the loop, while restore_lexmin
3652  * is called before every other iteration.
3653  *
3654  * Inside the main loop, we first examine the signs of the rows of
3655  * the main tableau within the context of the context tableau.
3656  * If we find a row that is always non-positive for all values of
3657  * the parameters satisfying the context tableau and negative for at
3658  * least one value of the parameters, we perform the appropriate pivot
3659  * and start over.  An exception is the case where no pivot can be
3660  * performed on the row.  In this case, we require that the sign of
3661  * the row is negative for all values of the parameters (rather than just
3662  * non-positive).  This special case is handled inside row_sign, which
3663  * will say that the row can have any sign if it determines that it can
3664  * attain both negative and zero values.
3665  *
3666  * If we can't find a row that always requires a pivot, but we can find
3667  * one or more rows that require a pivot for some values of the parameters
3668  * (i.e., the row can attain both positive and negative signs), then we split
3669  * the context tableau into two parts, one where we force the sign to be
3670  * non-negative and one where we force is to be negative.
3671  * The non-negative part is handled by a recursive call (through find_in_pos).
3672  * Upon returning from this call, we continue with the negative part and
3673  * perform the required pivot.
3674  *
3675  * If no such rows can be found, all rows are non-negative and we have
3676  * found a (rational) feasible point.  If we only wanted a rational point
3677  * then we are done.
3678  * Otherwise, we check if all values of the sample point of the tableau
3679  * are integral for the variables.  If so, we have found the minimal
3680  * integral point and we are done.
3681  * If the sample point is not integral, then we need to make a distinction
3682  * based on whether the constant term is non-integral or the coefficients
3683  * of the parameters.  Furthermore, in order to decide how to handle
3684  * the non-integrality, we also need to know whether the coefficients
3685  * of the other columns in the tableau are integral.  This leads
3686  * to the following table.  The first two rows do not correspond
3687  * to a non-integral sample point and are only mentioned for completeness.
3688  *
3689  *      constant        parameters      other
3690  *
3691  *      int             int             int     |
3692  *      int             int             rat     | -> no problem
3693  *
3694  *      rat             int             int       -> fail
3695  *
3696  *      rat             int             rat       -> cut
3697  *
3698  *      int             rat             rat     |
3699  *      rat             rat             rat     | -> parametric cut
3700  *
3701  *      int             rat             int     |
3702  *      rat             rat             int     | -> split context
3703  *
3704  * If the parametric constant is completely integral, then there is nothing
3705  * to be done.  If the constant term is non-integral, but all the other
3706  * coefficient are integral, then there is nothing that can be done
3707  * and the tableau has no integral solution.
3708  * If, on the other hand, one or more of the other columns have rational
3709  * coefficients, but the parameter coefficients are all integral, then
3710  * we can perform a regular (non-parametric) cut.
3711  * Finally, if there is any parameter coefficient that is non-integral,
3712  * then we need to involve the context tableau.  There are two cases here.
3713  * If at least one other column has a rational coefficient, then we
3714  * can perform a parametric cut in the main tableau by adding a new
3715  * integer division in the context tableau.
3716  * If all other columns have integral coefficients, then we need to
3717  * enforce that the rational combination of parameters (c + \sum a_i y_i)/m
3718  * is always integral.  We do this by introducing an integer division
3719  * q = floor((c + \sum a_i y_i)/m) and stipulating that its argument should
3720  * always be integral in the context tableau, i.e., m q = c + \sum a_i y_i.
3721  * Since q is expressed in the tableau as
3722  *      c + \sum a_i y_i - m q >= 0
3723  *      -c - \sum a_i y_i + m q + m - 1 >= 0
3724  * it is sufficient to add the inequality
3725  *      -c - \sum a_i y_i + m q >= 0
3726  * In the part of the context where this inequality does not hold, the
3727  * main tableau is marked as being empty.
3728  */
3729 static void find_solutions(struct isl_sol *sol, struct isl_tab *tab)
3730 {
3731         struct isl_context *context;
3732         int r;
3733
3734         if (!tab || sol->error)
3735                 goto error;
3736
3737         context = sol->context;
3738
3739         if (tab->empty)
3740                 goto done;
3741         if (context->op->is_empty(context))
3742                 goto done;
3743
3744         for (r = 0; r >= 0 && tab && !tab->empty; r = restore_lexmin(tab)) {
3745                 int flags;
3746                 int row;
3747                 enum isl_tab_row_sign sgn;
3748                 int split = -1;
3749                 int n_split = 0;
3750
3751                 for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
3752                         if (!isl_tab_var_from_row(tab, row)->is_nonneg)
3753                                 continue;
3754                         sgn = row_sign(tab, sol, row);
3755                         if (!sgn)
3756                                 goto error;
3757                         tab->row_sign[row] = sgn;
3758                         if (sgn == isl_tab_row_any)
3759                                 n_split++;
3760                         if (sgn == isl_tab_row_any && split == -1)
3761                                 split = row;
3762                         if (sgn == isl_tab_row_neg)
3763                                 break;
3764                 }
3765                 if (row < tab->n_row)
3766                         continue;
3767                 if (split != -1) {
3768                         struct isl_vec *ineq;
3769                         if (n_split != 1)
3770                                 split = context->op->best_split(context, tab);
3771                         if (split < 0)
3772                                 goto error;
3773                         ineq = get_row_parameter_ineq(tab, split);
3774                         if (!ineq)
3775                                 goto error;
3776                         is_strict(ineq);
3777                         for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
3778                                 if (!isl_tab_var_from_row(tab, row)->is_nonneg)
3779                                         continue;
3780                                 if (tab->row_sign[row] == isl_tab_row_any)
3781                                         tab->row_sign[row] = isl_tab_row_unknown;
3782                         }
3783                         tab->row_sign[split] = isl_tab_row_pos;
3784                         sol_inc_level(sol);
3785                         find_in_pos(sol, tab, ineq->el);
3786                         tab->row_sign[split] = isl_tab_row_neg;
3787                         row = split;
3788                         isl_seq_neg(ineq->el, ineq->el, ineq->size);
3789                         isl_int_sub_ui(ineq->el[0], ineq->el[0], 1);
3790                         if (!sol->error)
3791                                 context->op->add_ineq(context, ineq->el, 0, 1);
3792                         isl_vec_free(ineq);
3793                         if (sol->error)
3794                                 goto error;
3795                         continue;
3796                 }
3797                 if (tab->rational)
3798                         break;
3799                 row = first_non_integer_row(tab, &flags);
3800                 if (row < 0)
3801                         break;
3802                 if (ISL_FL_ISSET(flags, I_PAR)) {
3803                         if (ISL_FL_ISSET(flags, I_VAR)) {
3804                                 if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
3805                                         goto error;
3806                                 break;
3807                         }
3808                         row = add_cut(tab, row);
3809                 } else if (ISL_FL_ISSET(flags, I_VAR)) {
3810                         struct isl_vec *div;
3811                         struct isl_vec *ineq;
3812                         int d;
3813                         div = get_row_split_div(tab, row);
3814                         if (!div)
3815                                 goto error;
3816                         d = context->op->get_div(context, tab, div);
3817                         isl_vec_free(div);
3818                         if (d < 0)
3819                                 goto error;
3820                         ineq = ineq_for_div(context->op->peek_basic_set(context), d);
3821                         if (!ineq)
3822                                 goto error;
3823                         sol_inc_level(sol);
3824                         no_sol_in_strict(sol, tab, ineq);
3825                         isl_seq_neg(ineq->el, ineq->el, ineq->size);
3826                         context->op->add_ineq(context, ineq->el, 1, 1);
3827                         isl_vec_free(ineq);
3828                         if (sol->error || !context->op->is_ok(context))
3829                                 goto error;
3830                         tab = set_row_cst_to_div(tab, row, d);
3831                         if (context->op->is_empty(context))
3832                                 break;
3833                 } else
3834                         row = add_parametric_cut(tab, row, context);
3835                 if (row < 0)
3836                         goto error;
3837         }
3838         if (r < 0)
3839                 goto error;
3840 done:
3841         sol_add(sol, tab);
3842         isl_tab_free(tab);
3843         return;
3844 error:
3845         isl_tab_free(tab);
3846         sol->error = 1;
3847 }
3848
3849 /* Compute the lexicographic minimum of the set represented by the main
3850  * tableau "tab" within the context "sol->context_tab".
3851  *
3852  * As a preprocessing step, we first transfer all the purely parametric
3853  * equalities from the main tableau to the context tableau, i.e.,
3854  * parameters that have been pivoted to a row.
3855  * These equalities are ignored by the main algorithm, because the
3856  * corresponding rows may not be marked as being non-negative.
3857  * In parts of the context where the added equality does not hold,
3858  * the main tableau is marked as being empty.
3859  */
3860 static void find_solutions_main(struct isl_sol *sol, struct isl_tab *tab)
3861 {
3862         int row;
3863
3864         if (!tab)
3865                 goto error;
3866
3867         sol->level = 0;
3868
3869         for (row = tab->n_redundant; row < tab->n_row; ++row) {
3870                 int p;
3871                 struct isl_vec *eq;
3872
3873                 if (tab->row_var[row] < 0)
3874                         continue;
3875                 if (tab->row_var[row] >= tab->n_param &&
3876                     tab->row_var[row] < tab->n_var - tab->n_div)
3877                         continue;
3878                 if (tab->row_var[row] < tab->n_param)
3879                         p = tab->row_var[row];
3880                 else
3881                         p = tab->row_var[row]
3882                                 + tab->n_param - (tab->n_var - tab->n_div);
3883
3884                 eq = isl_vec_alloc(tab->mat->ctx, 1+tab->n_param+tab->n_div);
3885                 if (!eq)
3886                         goto error;
3887                 get_row_parameter_line(tab, row, eq->el);
3888                 isl_int_neg(eq->el[1 + p], tab->mat->row[row][0]);
3889                 eq = isl_vec_normalize(eq);
3890
3891                 sol_inc_level(sol);
3892                 no_sol_in_strict(sol, tab, eq);
3893
3894                 isl_seq_neg(eq->el, eq->el, eq->size);
3895                 sol_inc_level(sol);
3896                 no_sol_in_strict(sol, tab, eq);
3897                 isl_seq_neg(eq->el, eq->el, eq->size);
3898
3899                 sol->context->op->add_eq(sol->context, eq->el, 1, 1);
3900
3901                 isl_vec_free(eq);
3902
3903                 if (isl_tab_mark_redundant(tab, row) < 0)
3904                         goto error;
3905
3906                 if (sol->context->op->is_empty(sol->context))
3907                         break;
3908
3909                 row = tab->n_redundant - 1;
3910         }
3911
3912         find_solutions(sol, tab);
3913
3914         sol->level = 0;
3915         sol_pop(sol);
3916
3917         return;
3918 error:
3919         isl_tab_free(tab);
3920         sol->error = 1;
3921 }
3922
3923 /* Check if integer division "div" of "dom" also occurs in "bmap".
3924  * If so, return its position within the divs.
3925  * If not, return -1.
3926  */
3927 static int find_context_div(struct isl_basic_map *bmap,
3928         struct isl_basic_set *dom, unsigned div)
3929 {
3930         int i;
3931         unsigned b_dim = isl_space_dim(bmap->dim, isl_dim_all);
3932         unsigned d_dim = isl_space_dim(dom->dim, isl_dim_all);
3933
3934         if (isl_int_is_zero(dom->div[div][0]))
3935                 return -1;
3936         if (isl_seq_first_non_zero(dom->div[div] + 2 + d_dim, dom->n_div) != -1)
3937                 return -1;
3938
3939         for (i = 0; i < bmap->n_div; ++i) {
3940                 if (isl_int_is_zero(bmap->div[i][0]))
3941                         continue;
3942                 if (isl_seq_first_non_zero(bmap->div[i] + 2 + d_dim,
3943                                            (b_dim - d_dim) + bmap->n_div) != -1)
3944                         continue;
3945                 if (isl_seq_eq(bmap->div[i], dom->div[div], 2 + d_dim))
3946                         return i;
3947         }
3948         return -1;
3949 }
3950
3951 /* The correspondence between the variables in the main tableau,
3952  * the context tableau, and the input map and domain is as follows.
3953  * The first n_param and the last n_div variables of the main tableau
3954  * form the variables of the context tableau.
3955  * In the basic map, these n_param variables correspond to the
3956  * parameters and the input dimensions.  In the domain, they correspond
3957  * to the parameters and the set dimensions.
3958  * The n_div variables correspond to the integer divisions in the domain.
3959  * To ensure that everything lines up, we may need to copy some of the
3960  * integer divisions of the domain to the map.  These have to be placed
3961  * in the same order as those in the context and they have to be placed
3962  * after any other integer divisions that the map may have.
3963  * This function performs the required reordering.
3964  */
3965 static struct isl_basic_map *align_context_divs(struct isl_basic_map *bmap,
3966         struct isl_basic_set *dom)
3967 {
3968         int i;
3969         int common = 0;
3970         int other;
3971
3972         for (i = 0; i < dom->n_div; ++i)
3973                 if (find_context_div(bmap, dom, i) != -1)
3974                         common++;
3975         other = bmap->n_div - common;
3976         if (dom->n_div - common > 0) {
3977                 bmap = isl_basic_map_extend_space(bmap, isl_space_copy(bmap->dim),
3978                                 dom->n_div - common, 0, 0);
3979                 if (!bmap)
3980                         return NULL;
3981         }
3982         for (i = 0; i < dom->n_div; ++i) {
3983                 int pos = find_context_div(bmap, dom, i);
3984                 if (pos < 0) {
3985                         pos = isl_basic_map_alloc_div(bmap);
3986                         if (pos < 0)
3987                                 goto error;
3988                         isl_int_set_si(bmap->div[pos][0], 0);
3989                 }
3990                 if (pos != other + i)
3991                         isl_basic_map_swap_div(bmap, pos, other + i);
3992         }
3993         return bmap;
3994 error:
3995         isl_basic_map_free(bmap);
3996         return NULL;
3997 }
3998
3999 /* Base case of isl_tab_basic_map_partial_lexopt, after removing
4000  * some obvious symmetries.
4001  *
4002  * We make sure the divs in the domain are properly ordered,
4003  * because they will be added one by one in the given order
4004  * during the construction of the solution map.
4005  */
4006 static struct isl_sol *basic_map_partial_lexopt_base(
4007         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4008         __isl_give isl_set **empty, int max,
4009         struct isl_sol *(*init)(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
4010                     __isl_take isl_basic_set *dom, int track_empty, int max))
4011 {
4012         struct isl_tab *tab;
4013         struct isl_sol *sol = NULL;
4014         struct isl_context *context;
4015
4016         if (dom->n_div) {
4017                 dom = isl_basic_set_order_divs(dom);
4018                 bmap = align_context_divs(bmap, dom);
4019         }
4020         sol = init(bmap, dom, !!empty, max);
4021         if (!sol)
4022                 goto error;
4023
4024         context = sol->context;
4025         if (isl_basic_set_plain_is_empty(context->op->peek_basic_set(context)))
4026                 /* nothing */;
4027         else if (isl_basic_map_plain_is_empty(bmap)) {
4028                 if (sol->add_empty)
4029                         sol->add_empty(sol,
4030                     isl_basic_set_copy(context->op->peek_basic_set(context)));
4031         } else {
4032                 tab = tab_for_lexmin(bmap,
4033                                     context->op->peek_basic_set(context), 1, max);
4034                 tab = context->op->detect_nonnegative_parameters(context, tab);
4035                 find_solutions_main(sol, tab);
4036         }
4037         if (sol->error)
4038                 goto error;
4039
4040         isl_basic_map_free(bmap);
4041         return sol;
4042 error:
4043         sol_free(sol);
4044         isl_basic_map_free(bmap);
4045         return NULL;
4046 }
4047
4048 /* Base case of isl_tab_basic_map_partial_lexopt, after removing
4049  * some obvious symmetries.
4050  *
4051  * We call basic_map_partial_lexopt_base and extract the results.
4052  */
4053 static __isl_give isl_map *basic_map_partial_lexopt_base_map(
4054         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4055         __isl_give isl_set **empty, int max)
4056 {
4057         isl_map *result = NULL;
4058         struct isl_sol *sol;
4059         struct isl_sol_map *sol_map;
4060
4061         sol = basic_map_partial_lexopt_base(bmap, dom, empty, max,
4062                                             &sol_map_init);
4063         if (!sol)
4064                 return NULL;
4065         sol_map = (struct isl_sol_map *) sol;
4066
4067         result = isl_map_copy(sol_map->map);
4068         if (empty)
4069                 *empty = isl_set_copy(sol_map->empty);
4070         sol_free(&sol_map->sol);
4071         return result;
4072 }
4073
4074 /* Structure used during detection of parallel constraints.
4075  * n_in: number of "input" variables: isl_dim_param + isl_dim_in
4076  * n_out: number of "output" variables: isl_dim_out + isl_dim_div
4077  * val: the coefficients of the output variables
4078  */
4079 struct isl_constraint_equal_info {
4080         isl_basic_map *bmap;
4081         unsigned n_in;
4082         unsigned n_out;
4083         isl_int *val;
4084 };
4085
4086 /* Check whether the coefficients of the output variables
4087  * of the constraint in "entry" are equal to info->val.
4088  */
4089 static int constraint_equal(const void *entry, const void *val)
4090 {
4091         isl_int **row = (isl_int **)entry;
4092         const struct isl_constraint_equal_info *info = val;
4093
4094         return isl_seq_eq((*row) + 1 + info->n_in, info->val, info->n_out);
4095 }
4096
4097 /* Check whether "bmap" has a pair of constraints that have
4098  * the same coefficients for the output variables.
4099  * Note that the coefficients of the existentially quantified
4100  * variables need to be zero since the existentially quantified
4101  * of the result are usually not the same as those of the input.
4102  * the isl_dim_out and isl_dim_div dimensions.
4103  * If so, return 1 and return the row indices of the two constraints
4104  * in *first and *second.
4105  */
4106 static int parallel_constraints(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
4107         int *first, int *second)
4108 {
4109         int i;
4110         isl_ctx *ctx = isl_basic_map_get_ctx(bmap);
4111         struct isl_hash_table *table = NULL;
4112         struct isl_hash_table_entry *entry;
4113         struct isl_constraint_equal_info info;
4114         unsigned n_out;
4115         unsigned n_div;
4116
4117         ctx = isl_basic_map_get_ctx(bmap);
4118         table = isl_hash_table_alloc(ctx, bmap->n_ineq);
4119         if (!table)
4120                 goto error;
4121
4122         info.n_in = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_param) +
4123                     isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_in);
4124         info.bmap = bmap;
4125         n_out = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_out);
4126         n_div = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_div);
4127         info.n_out = n_out + n_div;
4128         for (i = 0; i < bmap->n_ineq; ++i) {
4129                 uint32_t hash;
4130
4131                 info.val = bmap->ineq[i] + 1 + info.n_in;
4132                 if (isl_seq_first_non_zero(info.val, n_out) < 0)
4133                         continue;
4134                 if (isl_seq_first_non_zero(info.val + n_out, n_div) >= 0)
4135                         continue;
4136                 hash = isl_seq_get_hash(info.val, info.n_out);
4137                 entry = isl_hash_table_find(ctx, table, hash,
4138                                             constraint_equal, &info, 1);
4139                 if (!entry)
4140                         goto error;
4141                 if (entry->data)
4142                         break;
4143                 entry->data = &bmap->ineq[i];
4144         }
4145
4146         if (i < bmap->n_ineq) {
4147                 *first = ((isl_int **)entry->data) - bmap->ineq; 
4148                 *second = i;
4149         }
4150
4151         isl_hash_table_free(ctx, table);
4152
4153         return i < bmap->n_ineq;
4154 error:
4155         isl_hash_table_free(ctx, table);
4156         return -1;
4157 }
4158
4159 /* Given a set of upper bounds in "var", add constraints to "bset"
4160  * that make the i-th bound smallest.
4161  *
4162  * In particular, if there are n bounds b_i, then add the constraints
4163  *
4164  *      b_i <= b_j      for j > i
4165  *      b_i <  b_j      for j < i
4166  */
4167 static __isl_give isl_basic_set *select_minimum(__isl_take isl_basic_set *bset,
4168         __isl_keep isl_mat *var, int i)
4169 {
4170         isl_ctx *ctx;
4171         int j, k;
4172
4173         ctx = isl_mat_get_ctx(var);
4174
4175         for (j = 0; j < var->n_row; ++j) {
4176                 if (j == i)
4177                         continue;
4178                 k = isl_basic_set_alloc_inequality(bset);
4179                 if (k < 0)
4180                         goto error;
4181                 isl_seq_combine(bset->ineq[k], ctx->one, var->row[j],
4182                                 ctx->negone, var->row[i], var->n_col);
4183                 isl_int_set_si(bset->ineq[k][var->n_col], 0);
4184                 if (j < i)
4185                         isl_int_sub_ui(bset->ineq[k][0], bset->ineq[k][0], 1);
4186         }
4187
4188         bset = isl_basic_set_finalize(bset);
4189
4190         return bset;
4191 error:
4192         isl_basic_set_free(bset);
4193         return NULL;
4194 }
4195
4196 /* Given a set of upper bounds on the last "input" variable m,
4197  * construct a set that assigns the minimal upper bound to m, i.e.,
4198  * construct a set that divides the space into cells where one
4199  * of the upper bounds is smaller than all the others and assign
4200  * this upper bound to m.
4201  *
4202  * In particular, if there are n bounds b_i, then the result
4203  * consists of n basic sets, each one of the form
4204  *
4205  *      m = b_i
4206  *      b_i <= b_j      for j > i
4207  *      b_i <  b_j      for j < i
4208  */
4209 static __isl_give isl_set *set_minimum(__isl_take isl_space *dim,
4210         __isl_take isl_mat *var)
4211 {
4212         int i, k;
4213         isl_basic_set *bset = NULL;
4214         isl_ctx *ctx;
4215         isl_set *set = NULL;
4216
4217         if (!dim || !var)
4218                 goto error;
4219
4220         ctx = isl_space_get_ctx(dim);
4221         set = isl_set_alloc_space(isl_space_copy(dim),
4222                                 var->n_row, ISL_SET_DISJOINT);
4223
4224         for (i = 0; i < var->n_row; ++i) {
4225                 bset = isl_basic_set_alloc_space(isl_space_copy(dim), 0,
4226                                                1, var->n_row - 1);
4227                 k = isl_basic_set_alloc_equality(bset);
4228                 if (k < 0)
4229                         goto error;
4230                 isl_seq_cpy(bset->eq[k], var->row[i], var->n_col);
4231                 isl_int_set_si(bset->eq[k][var->n_col], -1);
4232                 bset = select_minimum(bset, var, i);
4233                 set = isl_set_add_basic_set(set, bset);
4234         }
4235
4236         isl_space_free(dim);
4237         isl_mat_free(var);
4238         return set;
4239 error:
4240         isl_basic_set_free(bset);
4241         isl_set_free(set);
4242         isl_space_free(dim);
4243         isl_mat_free(var);
4244         return NULL;
4245 }
4246
4247 /* Given that the last input variable of "bmap" represents the minimum
4248  * of the bounds in "cst", check whether we need to split the domain
4249  * based on which bound attains the minimum.
4250  *
4251  * A split is needed when the minimum appears in an integer division
4252  * or in an equality.  Otherwise, it is only needed if it appears in
4253  * an upper bound that is different from the upper bounds on which it
4254  * is defined.
4255  */
4256 static int need_split_basic_map(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
4257         __isl_keep isl_mat *cst)
4258 {
4259         int i, j;
4260         unsigned total;
4261         unsigned pos;
4262
4263         pos = cst->n_col - 1;
4264         total = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_all);
4265
4266         for (i = 0; i < bmap->n_div; ++i)
4267                 if (!isl_int_is_zero(bmap->div[i][2 + pos]))
4268                         return 1;
4269
4270         for (i = 0; i < bmap->n_eq; ++i)
4271                 if (!isl_int_is_zero(bmap->eq[i][1 + pos]))
4272                         return 1;
4273
4274         for (i = 0; i < bmap->n_ineq; ++i) {
4275                 if (isl_int_is_nonneg(bmap->ineq[i][1 + pos]))
4276                         continue;
4277                 if (!isl_int_is_negone(bmap->ineq[i][1 + pos]))
4278                         return 1;
4279                 if (isl_seq_first_non_zero(bmap->ineq[i] + 1 + pos + 1,
4280                                            total - pos - 1) >= 0)
4281                         return 1;
4282
4283                 for (j = 0; j < cst->n_row; ++j)
4284                         if (isl_seq_eq(bmap->ineq[i], cst->row[j], cst->n_col))
4285                                 break;
4286                 if (j >= cst->n_row)
4287                         return 1;
4288         }
4289
4290         return 0;
4291 }
4292
4293 /* Given that the last set variable of "bset" represents the minimum
4294  * of the bounds in "cst", check whether we need to split the domain
4295  * based on which bound attains the minimum.
4296  *
4297  * We simply call need_split_basic_map here.  This is safe because
4298  * the position of the minimum is computed from "cst" and not
4299  * from "bmap".
4300  */
4301 static int need_split_basic_set(__isl_keep isl_basic_set *bset,
4302         __isl_keep isl_mat *cst)
4303 {
4304         return need_split_basic_map((isl_basic_map *)bset, cst);
4305 }
4306
4307 /* Given that the last set variable of "set" represents the minimum
4308  * of the bounds in "cst", check whether we need to split the domain
4309  * based on which bound attains the minimum.
4310  */
4311 static int need_split_set(__isl_keep isl_set *set, __isl_keep isl_mat *cst)
4312 {
4313         int i;
4314
4315         for (i = 0; i < set->n; ++i)
4316                 if (need_split_basic_set(set->p[i], cst))
4317                         return 1;
4318
4319         return 0;
4320 }
4321
4322 /* Given a set of which the last set variable is the minimum
4323  * of the bounds in "cst", split each basic set in the set
4324  * in pieces where one of the bounds is (strictly) smaller than the others.
4325  * This subdivision is given in "min_expr".
4326  * The variable is subsequently projected out.
4327  *
4328  * We only do the split when it is needed.
4329  * For example if the last input variable m = min(a,b) and the only
4330  * constraints in the given basic set are lower bounds on m,
4331  * i.e., l <= m = min(a,b), then we can simply project out m
4332  * to obtain l <= a and l <= b, without having to split on whether
4333  * m is equal to a or b.
4334  */
4335 static __isl_give isl_set *split(__isl_take isl_set *empty,
4336         __isl_take isl_set *min_expr, __isl_take isl_mat *cst)
4337 {
4338         int n_in;
4339         int i;
4340         isl_space *dim;
4341         isl_set *res;
4342
4343         if (!empty || !min_expr || !cst)
4344                 goto error;
4345
4346         n_in = isl_set_dim(empty, isl_dim_set);
4347         dim = isl_set_get_space(empty);
4348         dim = isl_space_drop_dims(dim, isl_dim_set, n_in - 1, 1);
4349         res = isl_set_empty(dim);
4350
4351         for (i = 0; i < empty->n; ++i) {
4352                 isl_set *set;
4353
4354                 set = isl_set_from_basic_set(isl_basic_set_copy(empty->p[i]));
4355                 if (need_split_basic_set(empty->p[i], cst))
4356                         set = isl_set_intersect(set, isl_set_copy(min_expr));
4357                 set = isl_set_remove_dims(set, isl_dim_set, n_in - 1, 1);
4358
4359                 res = isl_set_union_disjoint(res, set);
4360         }
4361
4362         isl_set_free(empty);
4363         isl_set_free(min_expr);
4364         isl_mat_free(cst);
4365         return res;
4366 error:
4367         isl_set_free(empty);
4368         isl_set_free(min_expr);
4369         isl_mat_free(cst);
4370         return NULL;
4371 }
4372
4373 /* Given a map of which the last input variable is the minimum
4374  * of the bounds in "cst", split each basic set in the set
4375  * in pieces where one of the bounds is (strictly) smaller than the others.
4376  * This subdivision is given in "min_expr".
4377  * The variable is subsequently projected out.
4378  *
4379  * The implementation is essentially the same as that of "split".
4380  */
4381 static __isl_give isl_map *split_domain(__isl_take isl_map *opt,
4382         __isl_take isl_set *min_expr, __isl_take isl_mat *cst)
4383 {
4384         int n_in;
4385         int i;
4386         isl_space *dim;
4387         isl_map *res;
4388
4389         if (!opt || !min_expr || !cst)
4390                 goto error;
4391
4392         n_in = isl_map_dim(opt, isl_dim_in);
4393         dim = isl_map_get_space(opt);
4394         dim = isl_space_drop_dims(dim, isl_dim_in, n_in - 1, 1);
4395         res = isl_map_empty(dim);
4396
4397         for (i = 0; i < opt->n; ++i) {
4398                 isl_map *map;
4399
4400                 map = isl_map_from_basic_map(isl_basic_map_copy(opt->p[i]));
4401                 if (need_split_basic_map(opt->p[i], cst))
4402                         map = isl_map_intersect_domain(map,
4403                                                        isl_set_copy(min_expr));
4404                 map = isl_map_remove_dims(map, isl_dim_in, n_in - 1, 1);
4405
4406                 res = isl_map_union_disjoint(res, map);
4407         }
4408
4409         isl_map_free(opt);
4410         isl_set_free(min_expr);
4411         isl_mat_free(cst);
4412         return res;
4413 error:
4414         isl_map_free(opt);
4415         isl_set_free(min_expr);
4416         isl_mat_free(cst);
4417         return NULL;
4418 }
4419
4420 static __isl_give isl_map *basic_map_partial_lexopt(
4421         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4422         __isl_give isl_set **empty, int max);
4423
4424 union isl_lex_res {
4425         void *p;
4426         isl_map *map;
4427         isl_pw_multi_aff *pma;
4428 };
4429
4430 /* This function is called from basic_map_partial_lexopt_symm.
4431  * The last variable of "bmap" and "dom" corresponds to the minimum
4432  * of the bounds in "cst".  "map_space" is the space of the original
4433  * input relation (of basic_map_partial_lexopt_symm) and "set_space"
4434  * is the space of the original domain.
4435  *
4436  * We recursively call basic_map_partial_lexopt and then plug in
4437  * the definition of the minimum in the result.
4438  */
4439 static __isl_give union isl_lex_res basic_map_partial_lexopt_symm_map_core(
4440         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4441         __isl_give isl_set **empty, int max, __isl_take isl_mat *cst,
4442         __isl_take isl_space *map_space, __isl_take isl_space *set_space)
4443 {
4444         isl_map *opt;
4445         isl_set *min_expr;
4446         union isl_lex_res res;
4447
4448         min_expr = set_minimum(isl_basic_set_get_space(dom), isl_mat_copy(cst));
4449
4450         opt = basic_map_partial_lexopt(bmap, dom, empty, max);
4451
4452         if (empty) {
4453                 *empty = split(*empty,
4454                                isl_set_copy(min_expr), isl_mat_copy(cst));
4455                 *empty = isl_set_reset_space(*empty, set_space);
4456         }
4457
4458         opt = split_domain(opt, min_expr, cst);
4459         opt = isl_map_reset_space(opt, map_space);
4460
4461         res.map = opt;
4462         return res;
4463 }
4464
4465 /* Given a basic map with at least two parallel constraints (as found
4466  * by the function parallel_constraints), first look for more constraints
4467  * parallel to the two constraint and replace the found list of parallel
4468  * constraints by a single constraint with as "input" part the minimum
4469  * of the input parts of the list of constraints.  Then, recursively call
4470  * basic_map_partial_lexopt (possibly finding more parallel constraints)
4471  * and plug in the definition of the minimum in the result.
4472  *
4473  * More specifically, given a set of constraints
4474  *
4475  *      a x + b_i(p) >= 0
4476  *
4477  * Replace this set by a single constraint
4478  *
4479  *      a x + u >= 0
4480  *
4481  * with u a new parameter with constraints
4482  *
4483  *      u <= b_i(p)
4484  *
4485  * Any solution to the new system is also a solution for the original system
4486  * since
4487  *
4488  *      a x >= -u >= -b_i(p)
4489  *
4490  * Moreover, m = min_i(b_i(p)) satisfies the constraints on u and can
4491  * therefore be plugged into the solution.
4492  */
4493 static union isl_lex_res basic_map_partial_lexopt_symm(
4494         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4495         __isl_give isl_set **empty, int max, int first, int second,
4496         __isl_give union isl_lex_res (*core)(__isl_take isl_basic_map *bmap,
4497                                             __isl_take isl_basic_set *dom,
4498                                             __isl_give isl_set **empty,
4499                                             int max, __isl_take isl_mat *cst,
4500                                             __isl_take isl_space *map_space,
4501                                             __isl_take isl_space *set_space))
4502 {
4503         int i, n, k;
4504         int *list = NULL;
4505         unsigned n_in, n_out, n_div;
4506         isl_ctx *ctx;
4507         isl_vec *var = NULL;
4508         isl_mat *cst = NULL;
4509         isl_space *map_space, *set_space;
4510         union isl_lex_res res;
4511
4512         map_space = isl_basic_map_get_space(bmap);
4513         set_space = empty ? isl_basic_set_get_space(dom) : NULL;
4514
4515         n_in = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_param) +
4516                isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_in);
4517         n_out = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_all) - n_in;
4518
4519         ctx = isl_basic_map_get_ctx(bmap);
4520         list = isl_alloc_array(ctx, int, bmap->n_ineq);
4521         var = isl_vec_alloc(ctx, n_out);
4522         if (!list || !var)
4523                 goto error;
4524
4525         list[0] = first;
4526         list[1] = second;
4527         isl_seq_cpy(var->el, bmap->ineq[first] + 1 + n_in, n_out);
4528         for (i = second + 1, n = 2; i < bmap->n_ineq; ++i) {
4529                 if (isl_seq_eq(var->el, bmap->ineq[i] + 1 + n_in, n_out))
4530                         list[n++] = i;
4531         }
4532
4533         cst = isl_mat_alloc(ctx, n, 1 + n_in);
4534         if (!cst)
4535                 goto error;
4536
4537         for (i = 0; i < n; ++i)
4538                 isl_seq_cpy(cst->row[i], bmap->ineq[list[i]], 1 + n_in);
4539
4540         bmap = isl_basic_map_cow(bmap);
4541         if (!bmap)
4542                 goto error;
4543         for (i = n - 1; i >= 0; --i)
4544                 if (isl_basic_map_drop_inequality(bmap, list[i]) < 0)
4545                         goto error;
4546
4547         bmap = isl_basic_map_add(bmap, isl_dim_in, 1);
4548         bmap = isl_basic_map_extend_constraints(bmap, 0, 1);
4549         k = isl_basic_map_alloc_inequality(bmap);
4550         if (k < 0)
4551                 goto error;
4552         isl_seq_clr(bmap->ineq[k], 1 + n_in);
4553         isl_int_set_si(bmap->ineq[k][1 + n_in], 1);
4554         isl_seq_cpy(bmap->ineq[k] + 1 + n_in + 1, var->el, n_out);
4555         bmap = isl_basic_map_finalize(bmap);
4556
4557         n_div = isl_basic_set_dim(dom, isl_dim_div);
4558         dom = isl_basic_set_add_dims(dom, isl_dim_set, 1);
4559         dom = isl_basic_set_extend_constraints(dom, 0, n);
4560         for (i = 0; i < n; ++i) {
4561                 k = isl_basic_set_alloc_inequality(dom);
4562                 if (k < 0)
4563                         goto error;
4564                 isl_seq_cpy(dom->ineq[k], cst->row[i], 1 + n_in);
4565                 isl_int_set_si(dom->ineq[k][1 + n_in], -1);
4566                 isl_seq_clr(dom->ineq[k] + 1 + n_in + 1, n_div);
4567         }
4568
4569         isl_vec_free(var);
4570         free(list);
4571
4572         return core(bmap, dom, empty, max, cst, map_space, set_space);
4573 error:
4574         isl_space_free(map_space);
4575         isl_space_free(set_space);
4576         isl_mat_free(cst);
4577         isl_vec_free(var);
4578         free(list);
4579         isl_basic_set_free(dom);
4580         isl_basic_map_free(bmap);
4581         res.p = NULL;
4582         return res;
4583 }
4584
4585 static __isl_give isl_map *basic_map_partial_lexopt_symm_map(
4586         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4587         __isl_give isl_set **empty, int max, int first, int second)
4588 {
4589         return basic_map_partial_lexopt_symm(bmap, dom, empty, max,
4590                     first, second, &basic_map_partial_lexopt_symm_map_core).map;
4591 }
4592
4593 /* Recursive part of isl_tab_basic_map_partial_lexopt, after detecting
4594  * equalities and removing redundant constraints.
4595  *
4596  * We first check if there are any parallel constraints (left).
4597  * If not, we are in the base case.
4598  * If there are parallel constraints, we replace them by a single
4599  * constraint in basic_map_partial_lexopt_symm and then call
4600  * this function recursively to look for more parallel constraints.
4601  */
4602 static __isl_give isl_map *basic_map_partial_lexopt(
4603         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
4604         __isl_give isl_set **empty, int max)
4605 {
4606         int par = 0;
4607         int first, second;
4608
4609         if (!bmap)
4610                 goto error;
4611
4612         if (bmap->ctx->opt->pip_symmetry)
4613                 par = parallel_constraints(bmap, &first, &second);
4614         if (par < 0)
4615                 goto error;
4616         if (!par)
4617                 return basic_map_partial_lexopt_base_map(bmap, dom, empty, max);
4618         
4619         return basic_map_partial_lexopt_symm_map(bmap, dom, empty, max,
4620                                                  first, second);
4621 error:
4622         isl_basic_set_free(dom);
4623         isl_basic_map_free(bmap);
4624         return NULL;
4625 }
4626
4627 /* Compute the lexicographic minimum (or maximum if "max" is set)
4628  * of "bmap" over the domain "dom" and return the result as a map.
4629  * If "empty" is not NULL, then *empty is assigned a set that
4630  * contains those parts of the domain where there is no solution.
4631  * If "bmap" is marked as rational (ISL_BASIC_MAP_RATIONAL),
4632  * then we compute the rational optimum.  Otherwise, we compute
4633  * the integral optimum.
4634  *
4635  * We perform some preprocessing.  As the PILP solver does not
4636  * handle implicit equalities very well, we first make sure all
4637  * the equalities are explicitly available.
4638  *
4639  * We also add context constraints to the basic map and remove
4640  * redundant constraints.  This is only needed because of the
4641  * way we handle simple symmetries.  In particular, we currently look
4642  * for symmetries on the constraints, before we set up the main tableau.
4643  * It is then no good to look for symmetries on possibly redundant constraints.
4644  */
4645 struct isl_map *isl_tab_basic_map_partial_lexopt(
4646                 struct isl_basic_map *bmap, struct isl_basic_set *dom,
4647                 struct isl_set **empty, int max)
4648 {
4649         if (empty)
4650                 *empty = NULL;
4651         if (!bmap || !dom)
4652                 goto error;
4653
4654         isl_assert(bmap->ctx,
4655             isl_basic_map_compatible_domain(bmap, dom), goto error);
4656
4657         if (isl_basic_set_dim(dom, isl_dim_all) == 0)
4658                 return basic_map_partial_lexopt(bmap, dom, empty, max);
4659
4660         bmap = isl_basic_map_intersect_domain(bmap, isl_basic_set_copy(dom));
4661         bmap = isl_basic_map_detect_equalities(bmap);
4662         bmap = isl_basic_map_remove_redundancies(bmap);
4663
4664         return basic_map_partial_lexopt(bmap, dom, empty, max);
4665 error:
4666         isl_basic_set_free(dom);
4667         isl_basic_map_free(bmap);
4668         return NULL;
4669 }
4670
4671 struct isl_sol_for {
4672         struct isl_sol  sol;
4673         int             (*fn)(__isl_take isl_basic_set *dom,
4674                                 __isl_take isl_aff_list *list, void *user);
4675         void            *user;
4676 };
4677
4678 static void sol_for_free(struct isl_sol_for *sol_for)
4679 {
4680         if (sol_for->sol.context)
4681                 sol_for->sol.context->op->free(sol_for->sol.context);
4682         free(sol_for);
4683 }
4684
4685 static void sol_for_free_wrap(struct isl_sol *sol)
4686 {
4687         sol_for_free((struct isl_sol_for *)sol);
4688 }
4689
4690 /* Add the solution identified by the tableau and the context tableau.
4691  *
4692  * See documentation of sol_add for more details.
4693  *
4694  * Instead of constructing a basic map, this function calls a user
4695  * defined function with the current context as a basic set and
4696  * a list of affine expressions representing the relation between
4697  * the input and output.  The space over which the affine expressions
4698  * are defined is the same as that of the domain.  The number of
4699  * affine expressions in the list is equal to the number of output variables.
4700  */
4701 static void sol_for_add(struct isl_sol_for *sol,
4702         struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M)
4703 {
4704         int i;
4705         isl_ctx *ctx;
4706         isl_local_space *ls;
4707         isl_aff *aff;
4708         isl_aff_list *list;
4709
4710         if (sol->sol.error || !dom || !M)
4711                 goto error;
4712
4713         ctx = isl_basic_set_get_ctx(dom);
4714         ls = isl_basic_set_get_local_space(dom);
4715         list = isl_aff_list_alloc(ctx, M->n_row - 1);
4716         for (i = 1; i < M->n_row; ++i) {
4717                 aff = isl_aff_alloc(isl_local_space_copy(ls));
4718                 if (aff) {
4719                         isl_int_set(aff->v->el[0], M->row[0][0]);
4720                         isl_seq_cpy(aff->v->el + 1, M->row[i], M->n_col);
4721                 }
4722                 aff = isl_aff_normalize(aff);
4723                 list = isl_aff_list_add(list, aff);
4724         }
4725         isl_local_space_free(ls);
4726
4727         dom = isl_basic_set_finalize(dom);
4728
4729         if (sol->fn(isl_basic_set_copy(dom), list, sol->user) < 0)
4730                 goto error;
4731
4732         isl_basic_set_free(dom);
4733         isl_mat_free(M);
4734         return;
4735 error:
4736         isl_basic_set_free(dom);
4737         isl_mat_free(M);
4738         sol->sol.error = 1;
4739 }
4740
4741 static void sol_for_add_wrap(struct isl_sol *sol,
4742         struct isl_basic_set *dom, struct isl_mat *M)
4743 {
4744         sol_for_add((struct isl_sol_for *)sol, dom, M);
4745 }
4746
4747 static struct isl_sol_for *sol_for_init(struct isl_basic_map *bmap, int max,
4748         int (*fn)(__isl_take isl_basic_set *dom, __isl_take isl_aff_list *list,
4749                   void *user),
4750         void *user)
4751 {
4752         struct isl_sol_for *sol_for = NULL;
4753         isl_space *dom_dim;
4754         struct isl_basic_set *dom = NULL;
4755
4756         sol_for = isl_calloc_type(bmap->ctx, struct isl_sol_for);
4757         if (!sol_for)
4758                 goto error;
4759
4760         dom_dim = isl_space_domain(isl_space_copy(bmap->dim));
4761         dom = isl_basic_set_universe(dom_dim);
4762
4763         sol_for->sol.rational = ISL_F_ISSET(bmap, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
4764         sol_for->sol.dec_level.callback.run = &sol_dec_level_wrap;
4765         sol_for->sol.dec_level.sol = &sol_for->sol;
4766         sol_for->fn = fn;
4767         sol_for->user = user;
4768         sol_for->sol.max = max;
4769         sol_for->sol.n_out = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_out);
4770         sol_for->sol.add = &sol_for_add_wrap;
4771         sol_for->sol.add_empty = NULL;
4772         sol_for->sol.free = &sol_for_free_wrap;
4773
4774         sol_for->sol.context = isl_context_alloc(dom);
4775         if (!sol_for->sol.context)
4776                 goto error;
4777
4778         isl_basic_set_free(dom);
4779         return sol_for;
4780 error:
4781         isl_basic_set_free(dom);
4782         sol_for_free(sol_for);
4783         return NULL;
4784 }
4785
4786 static void sol_for_find_solutions(struct isl_sol_for *sol_for,
4787         struct isl_tab *tab)
4788 {
4789         find_solutions_main(&sol_for->sol, tab);
4790 }
4791
4792 int isl_basic_map_foreach_lexopt(__isl_keep isl_basic_map *bmap, int max,
4793         int (*fn)(__isl_take isl_basic_set *dom, __isl_take isl_aff_list *list,
4794                   void *user),
4795         void *user)
4796 {
4797         struct isl_sol_for *sol_for = NULL;
4798
4799         bmap = isl_basic_map_copy(bmap);
4800         bmap = isl_basic_map_detect_equalities(bmap);
4801         if (!bmap)
4802                 return -1;
4803
4804         sol_for = sol_for_init(bmap, max, fn, user);
4805         if (!sol_for)
4806                 goto error;
4807
4808         if (isl_basic_map_plain_is_empty(bmap))
4809                 /* nothing */;
4810         else {
4811                 struct isl_tab *tab;
4812                 struct isl_context *context = sol_for->sol.context;
4813                 tab = tab_for_lexmin(bmap,
4814                                 context->op->peek_basic_set(context), 1, max);
4815                 tab = context->op->detect_nonnegative_parameters(context, tab);
4816                 sol_for_find_solutions(sol_for, tab);
4817                 if (sol_for->sol.error)
4818                         goto error;
4819         }
4820
4821         sol_free(&sol_for->sol);
4822         isl_basic_map_free(bmap);
4823         return 0;
4824 error:
4825         sol_free(&sol_for->sol);
4826         isl_basic_map_free(bmap);
4827         return -1;
4828 }
4829
4830 int isl_basic_set_foreach_lexopt(__isl_keep isl_basic_set *bset, int max,
4831         int (*fn)(__isl_take isl_basic_set *dom, __isl_take isl_aff_list *list,
4832                   void *user),
4833         void *user)
4834 {
4835         return isl_basic_map_foreach_lexopt(bset, max, fn, user);
4836 }
4837
4838 /* Check if the given sequence of len variables starting at pos
4839  * represents a trivial (i.e., zero) solution.
4840  * The variables are assumed to be non-negative and to come in pairs,
4841  * with each pair representing a variable of unrestricted sign.
4842  * The solution is trivial if each such pair in the sequence consists
4843  * of two identical values, meaning that the variable being represented
4844  * has value zero.
4845  */
4846 static int region_is_trivial(struct isl_tab *tab, int pos, int len)
4847 {
4848         int i;
4849
4850         if (len == 0)
4851                 return 0;
4852
4853         for (i = 0; i < len; i +=  2) {
4854                 int neg_row;
4855                 int pos_row;
4856
4857                 neg_row = tab->var[pos + i].is_row ?
4858                                 tab->var[pos + i].index : -1;
4859                 pos_row = tab->var[pos + i + 1].is_row ?
4860                                 tab->var[pos + i + 1].index : -1;
4861
4862                 if ((neg_row < 0 ||
4863                      isl_int_is_zero(tab->mat->row[neg_row][1])) &&
4864                     (pos_row < 0 ||
4865                      isl_int_is_zero(tab->mat->row[pos_row][1])))
4866                         continue;
4867
4868                 if (neg_row < 0 || pos_row < 0)
4869                         return 0;
4870                 if (isl_int_ne(tab->mat->row[neg_row][1],
4871                                tab->mat->row[pos_row][1]))
4872                         return 0;
4873         }
4874
4875         return 1;
4876 }
4877
4878 /* Return the index of the first trivial region or -1 if all regions
4879  * are non-trivial.
4880  */
4881 static int first_trivial_region(struct isl_tab *tab,
4882         int n_region, struct isl_region *region)
4883 {
4884         int i;
4885
4886         for (i = 0; i < n_region; ++i) {
4887                 if (region_is_trivial(tab, region[i].pos, region[i].len))
4888                         return i;
4889         }
4890
4891         return -1;
4892 }
4893
4894 /* Check if the solution is optimal, i.e., whether the first
4895  * n_op entries are zero.
4896  */
4897 static int is_optimal(__isl_keep isl_vec *sol, int n_op)
4898 {
4899         int i;
4900
4901         for (i = 0; i < n_op; ++i)
4902                 if (!isl_int_is_zero(sol->el[1 + i]))
4903                         return 0;
4904         return 1;
4905 }
4906
4907 /* Add constraints to "tab" that ensure that any solution is significantly
4908  * better that that represented by "sol".  That is, find the first
4909  * relevant (within first n_op) non-zero coefficient and force it (along
4910  * with all previous coefficients) to be zero.
4911  * If the solution is already optimal (all relevant coefficients are zero),
4912  * then just mark the table as empty.
4913  */
4914 static int force_better_solution(struct isl_tab *tab,
4915         __isl_keep isl_vec *sol, int n_op)
4916 {
4917         int i;
4918         isl_ctx *ctx;
4919         isl_vec *v = NULL;
4920
4921         if (!sol)
4922                 return -1;
4923
4924         for (i = 0; i < n_op; ++i)
4925                 if (!isl_int_is_zero(sol->el[1 + i]))
4926                         break;
4927
4928         if (i == n_op) {
4929                 if (isl_tab_mark_empty(tab) < 0)
4930                         return -1;
4931                 return 0;
4932         }
4933
4934         ctx = isl_vec_get_ctx(sol);
4935         v = isl_vec_alloc(ctx, 1 + tab->n_var);
4936         if (!v)
4937                 return -1;
4938
4939         for (; i >= 0; --i) {
4940                 v = isl_vec_clr(v);
4941                 isl_int_set_si(v->el[1 + i], -1);
4942                 if (add_lexmin_eq(tab, v->el) < 0)
4943                         goto error;
4944         }
4945
4946         isl_vec_free(v);
4947         return 0;
4948 error:
4949         isl_vec_free(v);
4950         return -1;
4951 }
4952
4953 struct isl_trivial {
4954         int update;
4955         int region;
4956         int side;
4957         struct isl_tab_undo *snap;
4958 };
4959
4960 /* Return the lexicographically smallest non-trivial solution of the
4961  * given ILP problem.
4962  *
4963  * All variables are assumed to be non-negative.
4964  *
4965  * n_op is the number of initial coordinates to optimize.
4966  * That is, once a solution has been found, we will only continue looking
4967  * for solution that result in significantly better values for those
4968  * initial coordinates.  That is, we only continue looking for solutions
4969  * that increase the number of initial zeros in this sequence.
4970  *
4971  * A solution is non-trivial, if it is non-trivial on each of the
4972  * specified regions.  Each region represents a sequence of pairs
4973  * of variables.  A solution is non-trivial on such a region if
4974  * at least one of these pairs consists of different values, i.e.,
4975  * such that the non-negative variable represented by the pair is non-zero.
4976  *
4977  * Whenever a conflict is encountered, all constraints involved are
4978  * reported to the caller through a call to "conflict".
4979  *
4980  * We perform a simple branch-and-bound backtracking search.
4981  * Each level in the search represents initially trivial region that is forced
4982  * to be non-trivial.
4983  * At each level we consider n cases, where n is the length of the region.
4984  * In terms of the n/2 variables of unrestricted signs being encoded by
4985  * the region, we consider the cases
4986  *      x_0 >= 1
4987  *      x_0 <= -1
4988  *      x_0 = 0 and x_1 >= 1
4989  *      x_0 = 0 and x_1 <= -1
4990  *      x_0 = 0 and x_1 = 0 and x_2 >= 1
4991  *      x_0 = 0 and x_1 = 0 and x_2 <= -1
4992  *      ...
4993  * The cases are considered in this order, assuming that each pair
4994  * x_i_a x_i_b represents the value x_i_b - x_i_a.
4995  * That is, x_0 >= 1 is enforced by adding the constraint
4996  *      x_0_b - x_0_a >= 1
4997  */
4998 __isl_give isl_vec *isl_tab_basic_set_non_trivial_lexmin(
4999         __isl_take isl_basic_set *bset, int n_op, int n_region,
5000         struct isl_region *region,
5001         int (*conflict)(int con, void *user), void *user)
5002 {
5003         int i, j;
5004         int r;
5005         isl_ctx *ctx;
5006         isl_vec *v = NULL;
5007         isl_vec *sol = NULL;
5008         struct isl_tab *tab;
5009         struct isl_trivial *triv = NULL;
5010         int level, init;
5011
5012         if (!bset)
5013                 return NULL;
5014
5015         ctx = isl_basic_set_get_ctx(bset);
5016         sol = isl_vec_alloc(ctx, 0);
5017
5018         tab = tab_for_lexmin(bset, NULL, 0, 0);
5019         if (!tab)
5020                 goto error;
5021         tab->conflict = conflict;
5022         tab->conflict_user = user;
5023
5024         v = isl_vec_alloc(ctx, 1 + tab->n_var);
5025         triv = isl_calloc_array(ctx, struct isl_trivial, n_region);
5026         if (!v || !triv)
5027                 goto error;
5028
5029         level = 0;
5030         init = 1;
5031
5032         while (level >= 0) {
5033                 int side, base;
5034
5035                 if (init) {
5036                         tab = cut_to_integer_lexmin(tab, CUT_ONE);
5037                         if (!tab)
5038                                 goto error;
5039                         if (tab->empty)
5040                                 goto backtrack;
5041                         r = first_trivial_region(tab, n_region, region);
5042                         if (r < 0) {
5043                                 for (i = 0; i < level; ++i)
5044                                         triv[i].update = 1;
5045                                 isl_vec_free(sol);
5046                                 sol = isl_tab_get_sample_value(tab);
5047                                 if (!sol)
5048                                         goto error;
5049                                 if (is_optimal(sol, n_op))
5050                                         break;
5051                                 goto backtrack;
5052                         }
5053                         if (level >= n_region)
5054                                 isl_die(ctx, isl_error_internal,
5055                                         "nesting level too deep", goto error);
5056                         if (isl_tab_extend_cons(tab,
5057                                             2 * region[r].len + 2 * n_op) < 0)
5058                                 goto error;
5059                         triv[level].region = r;
5060                         triv[level].side = 0;
5061                 }
5062
5063                 r = triv[level].region;
5064                 side = triv[level].side;
5065                 base = 2 * (side/2);
5066
5067                 if (side >= region[r].len) {
5068 backtrack:
5069                         level--;
5070                         init = 0;
5071                         if (level >= 0)
5072                                 if (isl_tab_rollback(tab, triv[level].snap) < 0)
5073                                         goto error;
5074                         continue;
5075                 }
5076
5077                 if (triv[level].update) {
5078                         if (force_better_solution(tab, sol, n_op) < 0)
5079                                 goto error;
5080                         triv[level].update = 0;
5081                 }
5082
5083                 if (side == base && base >= 2) {
5084                         for (j = base - 2; j < base; ++j) {
5085                                 v = isl_vec_clr(v);
5086                                 isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + j], 1);
5087                                 if (add_lexmin_eq(tab, v->el) < 0)
5088                                         goto error;
5089                         }
5090                 }
5091
5092                 triv[level].snap = isl_tab_snap(tab);
5093                 if (isl_tab_push_basis(tab) < 0)
5094                         goto error;
5095
5096                 v = isl_vec_clr(v);
5097                 isl_int_set_si(v->el[0], -1);
5098                 isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + side], -1);
5099                 isl_int_set_si(v->el[1 + region[r].pos + (side ^ 1)], 1);
5100                 tab = add_lexmin_ineq(tab, v->el);
5101
5102                 triv[level].side++;
5103                 level++;
5104                 init = 1;
5105         }
5106
5107         free(triv);
5108         isl_vec_free(v);
5109         isl_tab_free(tab);
5110         isl_basic_set_free(bset);
5111
5112         return sol;
5113 error:
5114         free(triv);
5115         isl_vec_free(v);
5116         isl_tab_free(tab);
5117         isl_basic_set_free(bset);
5118         isl_vec_free(sol);
5119         return NULL;
5120 }
5121
5122 /* Return the lexicographically smallest rational point in "bset",
5123  * assuming that all variables are non-negative.
5124  * If "bset" is empty, then return a zero-length vector.
5125  */
5126 __isl_give isl_vec *isl_tab_basic_set_non_neg_lexmin(
5127         __isl_take isl_basic_set *bset)
5128 {
5129         struct isl_tab *tab;
5130         isl_ctx *ctx = isl_basic_set_get_ctx(bset);
5131         isl_vec *sol;
5132
5133         if (!bset)
5134                 return NULL;
5135
5136         tab = tab_for_lexmin(bset, NULL, 0, 0);
5137         if (!tab)
5138                 goto error;
5139         if (tab->empty)
5140                 sol = isl_vec_alloc(ctx, 0);
5141         else
5142                 sol = isl_tab_get_sample_value(tab);
5143         isl_tab_free(tab);
5144         isl_basic_set_free(bset);
5145         return sol;
5146 error:
5147         isl_tab_free(tab);
5148         isl_basic_set_free(bset);
5149         return NULL;
5150 }
5151
5152 struct isl_sol_pma {
5153         struct isl_sol  sol;
5154         isl_pw_multi_aff *pma;
5155         isl_set *empty;
5156 };
5157
5158 static void sol_pma_free(struct isl_sol_pma *sol_pma)
5159 {
5160         if (!sol_pma)
5161                 return;
5162         if (sol_pma->sol.context)
5163                 sol_pma->sol.context->op->free(sol_pma->sol.context);
5164         isl_pw_multi_aff_free(sol_pma->pma);
5165         isl_set_free(sol_pma->empty);
5166         free(sol_pma);
5167 }
5168
5169 /* This function is called for parts of the context where there is
5170  * no solution, with "bset" corresponding to the context tableau.
5171  * Simply add the basic set to the set "empty".
5172  */
5173 static void sol_pma_add_empty(struct isl_sol_pma *sol,
5174         __isl_take isl_basic_set *bset)
5175 {
5176         if (!bset)
5177                 goto error;
5178         isl_assert(bset->ctx, sol->empty, goto error);
5179
5180         sol->empty = isl_set_grow(sol->empty, 1);
5181         bset = isl_basic_set_simplify(bset);
5182         bset = isl_basic_set_finalize(bset);
5183         sol->empty = isl_set_add_basic_set(sol->empty, bset);
5184         if (!sol->empty)
5185                 sol->sol.error = 1;
5186         return;
5187 error:
5188         isl_basic_set_free(bset);
5189         sol->sol.error = 1;
5190 }
5191
5192 /* Given a basic map "dom" that represents the context and an affine
5193  * matrix "M" that maps the dimensions of the context to the
5194  * output variables, construct an isl_pw_multi_aff with a single
5195  * cell corresponding to "dom" and affine expressions copied from "M".
5196  */
5197 static void sol_pma_add(struct isl_sol_pma *sol,
5198         __isl_take isl_basic_set *dom, __isl_take isl_mat *M)
5199 {
5200         int i;
5201         isl_local_space *ls;
5202         isl_aff *aff;
5203         isl_multi_aff *maff;
5204         isl_pw_multi_aff *pma;
5205
5206         maff = isl_multi_aff_alloc(isl_pw_multi_aff_get_space(sol->pma));
5207         ls = isl_basic_set_get_local_space(dom);
5208         for (i = 1; i < M->n_row; ++i) {
5209                 aff = isl_aff_alloc(isl_local_space_copy(ls));
5210                 if (aff) {
5211                         isl_int_set(aff->v->el[0], M->row[0][0]);
5212                         isl_seq_cpy(aff->v->el + 1, M->row[i], M->n_col);
5213                 }
5214                 aff = isl_aff_normalize(aff);
5215                 maff = isl_multi_aff_set_aff(maff, i - 1, aff);
5216         }
5217         isl_local_space_free(ls);
5218         isl_mat_free(M);
5219         dom = isl_basic_set_simplify(dom);
5220         dom = isl_basic_set_finalize(dom);
5221         pma = isl_pw_multi_aff_alloc(isl_set_from_basic_set(dom), maff);
5222         sol->pma = isl_pw_multi_aff_add_disjoint(sol->pma, pma);
5223         if (!sol->pma)
5224                 sol->sol.error = 1;
5225 }
5226
5227 static void sol_pma_free_wrap(struct isl_sol *sol)
5228 {
5229         sol_pma_free((struct isl_sol_pma *)sol);
5230 }
5231
5232 static void sol_pma_add_empty_wrap(struct isl_sol *sol,
5233         __isl_take isl_basic_set *bset)
5234 {
5235         sol_pma_add_empty((struct isl_sol_pma *)sol, bset);
5236 }
5237
5238 static void sol_pma_add_wrap(struct isl_sol *sol,
5239         __isl_take isl_basic_set *dom, __isl_take isl_mat *M)
5240 {
5241         sol_pma_add((struct isl_sol_pma *)sol, dom, M);
5242 }
5243
5244 /* Construct an isl_sol_pma structure for accumulating the solution.
5245  * If track_empty is set, then we also keep track of the parts
5246  * of the context where there is no solution.
5247  * If max is set, then we are solving a maximization, rather than
5248  * a minimization problem, which means that the variables in the
5249  * tableau have value "M - x" rather than "M + x".
5250  */
5251 static struct isl_sol *sol_pma_init(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
5252         __isl_take isl_basic_set *dom, int track_empty, int max)
5253 {
5254         struct isl_sol_pma *sol_pma = NULL;
5255
5256         if (!bmap)
5257                 goto error;
5258
5259         sol_pma = isl_calloc_type(bmap->ctx, struct isl_sol_pma);
5260         if (!sol_pma)
5261                 goto error;
5262
5263         sol_pma->sol.rational = ISL_F_ISSET(bmap, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
5264         sol_pma->sol.dec_level.callback.run = &sol_dec_level_wrap;
5265         sol_pma->sol.dec_level.sol = &sol_pma->sol;
5266         sol_pma->sol.max = max;
5267         sol_pma->sol.n_out = isl_basic_map_dim(bmap, isl_dim_out);
5268         sol_pma->sol.add = &sol_pma_add_wrap;
5269         sol_pma->sol.add_empty = track_empty ? &sol_pma_add_empty_wrap : NULL;
5270         sol_pma->sol.free = &sol_pma_free_wrap;
5271         sol_pma->pma = isl_pw_multi_aff_empty(isl_basic_map_get_space(bmap));
5272         if (!sol_pma->pma)
5273                 goto error;
5274
5275         sol_pma->sol.context = isl_context_alloc(dom);
5276         if (!sol_pma->sol.context)
5277                 goto error;
5278
5279         if (track_empty) {
5280                 sol_pma->empty = isl_set_alloc_space(isl_basic_set_get_space(dom),
5281                                                         1, ISL_SET_DISJOINT);
5282                 if (!sol_pma->empty)
5283                         goto error;
5284         }
5285
5286         isl_basic_set_free(dom);
5287         return &sol_pma->sol;
5288 error:
5289         isl_basic_set_free(dom);
5290         sol_pma_free(sol_pma);
5291         return NULL;
5292 }
5293
5294 /* Base case of isl_tab_basic_map_partial_lexopt, after removing
5295  * some obvious symmetries.
5296  *
5297  * We call basic_map_partial_lexopt_base and extract the results.
5298  */
5299 static __isl_give isl_pw_multi_aff *basic_map_partial_lexopt_base_pma(
5300         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5301         __isl_give isl_set **empty, int max)
5302 {
5303         isl_pw_multi_aff *result = NULL;
5304         struct isl_sol *sol;
5305         struct isl_sol_pma *sol_pma;
5306
5307         sol = basic_map_partial_lexopt_base(bmap, dom, empty, max,
5308                                             &sol_pma_init);
5309         if (!sol)
5310                 return NULL;
5311         sol_pma = (struct isl_sol_pma *) sol;
5312
5313         result = isl_pw_multi_aff_copy(sol_pma->pma);
5314         if (empty)
5315                 *empty = isl_set_copy(sol_pma->empty);
5316         sol_free(&sol_pma->sol);
5317         return result;
5318 }
5319
5320 /* Given that the last input variable of "maff" represents the minimum
5321  * of some bounds, check whether we need to plug in the expression
5322  * of the minimum.
5323  *
5324  * In particular, check if the last input variable appears in any
5325  * of the expressions in "maff".
5326  */
5327 static int need_substitution(__isl_keep isl_multi_aff *maff)
5328 {
5329         int i;
5330         unsigned pos;
5331
5332         pos = isl_multi_aff_dim(maff, isl_dim_in) - 1;
5333
5334         for (i = 0; i < maff->n; ++i)
5335                 if (isl_aff_involves_dims(maff->p[i], isl_dim_in, pos, 1))
5336                         return 1;
5337
5338         return 0;
5339 }
5340
5341 /* Given a set of upper bounds on the last "input" variable m,
5342  * construct a piecewise affine expression that selects
5343  * the minimal upper bound to m, i.e.,
5344  * divide the space into cells where one
5345  * of the upper bounds is smaller than all the others and select
5346  * this upper bound on that cell.
5347  *
5348  * In particular, if there are n bounds b_i, then the result
5349  * consists of n cell, each one of the form
5350  *
5351  *      b_i <= b_j      for j > i
5352  *      b_i <  b_j      for j < i
5353  *
5354  * The affine expression on this cell is
5355  *
5356  *      b_i
5357  */
5358 static __isl_give isl_pw_aff *set_minimum_pa(__isl_take isl_space *space,
5359         __isl_take isl_mat *var)
5360 {
5361         int i;
5362         isl_aff *aff = NULL;
5363         isl_basic_set *bset = NULL;
5364         isl_ctx *ctx;
5365         isl_pw_aff *paff = NULL;
5366         isl_space *pw_space;
5367         isl_local_space *ls = NULL;
5368
5369         if (!space || !var)
5370                 goto error;
5371
5372         ctx = isl_space_get_ctx(space);
5373         ls = isl_local_space_from_space(isl_space_copy(space));
5374         pw_space = isl_space_copy(space);
5375         pw_space = isl_space_from_domain(pw_space);
5376         pw_space = isl_space_add_dims(pw_space, isl_dim_out, 1);
5377         paff = isl_pw_aff_alloc_size(pw_space, var->n_row);
5378
5379         for (i = 0; i < var->n_row; ++i) {
5380                 isl_pw_aff *paff_i;
5381
5382                 aff = isl_aff_alloc(isl_local_space_copy(ls));
5383                 bset = isl_basic_set_alloc_space(isl_space_copy(space), 0,
5384                                                0, var->n_row - 1);
5385                 if (!aff || !bset)
5386                         goto error;
5387                 isl_int_set_si(aff->v->el[0], 1);
5388                 isl_seq_cpy(aff->v->el + 1, var->row[i], var->n_col);
5389                 isl_int_set_si(aff->v->el[1 + var->n_col], 0);
5390                 bset = select_minimum(bset, var, i);
5391                 paff_i = isl_pw_aff_alloc(isl_set_from_basic_set(bset), aff);
5392                 paff = isl_pw_aff_add_disjoint(paff, paff_i);
5393         }
5394
5395         isl_local_space_free(ls);
5396         isl_space_free(space);
5397         isl_mat_free(var);
5398         return paff;
5399 error:
5400         isl_aff_free(aff);
5401         isl_basic_set_free(bset);
5402         isl_pw_aff_free(paff);
5403         isl_local_space_free(ls);
5404         isl_space_free(space);
5405         isl_mat_free(var);
5406         return NULL;
5407 }
5408
5409 /* Given a piecewise multi-affine expression of which the last input variable
5410  * is the minimum of the bounds in "cst", plug in the value of the minimum.
5411  * This minimum expression is given in "min_expr_pa".
5412  * The set "min_expr" contains the same information, but in the form of a set.
5413  * The variable is subsequently projected out.
5414  *
5415  * The implementation is similar to those of "split" and "split_domain".
5416  * If the variable appears in a given expression, then minimum expression
5417  * is plugged in.  Otherwise, if the variable appears in the constraints
5418  * and a split is required, then the domain is split.  Otherwise, no split
5419  * is performed.
5420  */
5421 static __isl_give isl_pw_multi_aff *split_domain_pma(
5422         __isl_take isl_pw_multi_aff *opt, __isl_take isl_pw_aff *min_expr_pa,
5423         __isl_take isl_set *min_expr, __isl_take isl_mat *cst)
5424 {
5425         int n_in;
5426         int i;
5427         isl_space *space;
5428         isl_pw_multi_aff *res;
5429
5430         if (!opt || !min_expr || !cst)
5431                 goto error;
5432
5433         n_in = isl_pw_multi_aff_dim(opt, isl_dim_in);
5434         space = isl_pw_multi_aff_get_space(opt);
5435         space = isl_space_drop_dims(space, isl_dim_in, n_in - 1, 1);
5436         res = isl_pw_multi_aff_empty(space);
5437
5438         for (i = 0; i < opt->n; ++i) {
5439                 isl_pw_multi_aff *pma;
5440
5441                 pma = isl_pw_multi_aff_alloc(isl_set_copy(opt->p[i].set),
5442                                          isl_multi_aff_copy(opt->p[i].maff));
5443                 if (need_substitution(opt->p[i].maff))
5444                         pma = isl_pw_multi_aff_substitute(pma,
5445                                         isl_dim_in, n_in - 1, min_expr_pa);
5446                 else if (need_split_set(opt->p[i].set, cst))
5447                         pma = isl_pw_multi_aff_intersect_domain(pma,
5448                                                        isl_set_copy(min_expr));
5449                 pma = isl_pw_multi_aff_project_out(pma,
5450                                                     isl_dim_in, n_in - 1, 1);
5451
5452                 res = isl_pw_multi_aff_add_disjoint(res, pma);
5453         }
5454
5455         isl_pw_multi_aff_free(opt);
5456         isl_pw_aff_free(min_expr_pa);
5457         isl_set_free(min_expr);
5458         isl_mat_free(cst);
5459         return res;
5460 error:
5461         isl_pw_multi_aff_free(opt);
5462         isl_pw_aff_free(min_expr_pa);
5463         isl_set_free(min_expr);
5464         isl_mat_free(cst);
5465         return NULL;
5466 }
5467
5468 static __isl_give isl_pw_multi_aff *basic_map_partial_lexopt_pma(
5469         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5470         __isl_give isl_set **empty, int max);
5471
5472 /* This function is called from basic_map_partial_lexopt_symm.
5473  * The last variable of "bmap" and "dom" corresponds to the minimum
5474  * of the bounds in "cst".  "map_space" is the space of the original
5475  * input relation (of basic_map_partial_lexopt_symm) and "set_space"
5476  * is the space of the original domain.
5477  *
5478  * We recursively call basic_map_partial_lexopt and then plug in
5479  * the definition of the minimum in the result.
5480  */
5481 static __isl_give union isl_lex_res basic_map_partial_lexopt_symm_pma_core(
5482         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5483         __isl_give isl_set **empty, int max, __isl_take isl_mat *cst,
5484         __isl_take isl_space *map_space, __isl_take isl_space *set_space)
5485 {
5486         isl_pw_multi_aff *opt;
5487         isl_pw_aff *min_expr_pa;
5488         isl_set *min_expr;
5489         union isl_lex_res res;
5490
5491         min_expr = set_minimum(isl_basic_set_get_space(dom), isl_mat_copy(cst));
5492         min_expr_pa = set_minimum_pa(isl_basic_set_get_space(dom),
5493                                         isl_mat_copy(cst));
5494
5495         opt = basic_map_partial_lexopt_pma(bmap, dom, empty, max);
5496
5497         if (empty) {
5498                 *empty = split(*empty,
5499                                isl_set_copy(min_expr), isl_mat_copy(cst));
5500                 *empty = isl_set_reset_space(*empty, set_space);
5501         }
5502
5503         opt = split_domain_pma(opt, min_expr_pa, min_expr, cst);
5504         opt = isl_pw_multi_aff_reset_space(opt, map_space);
5505
5506         res.pma = opt;
5507         return res;
5508 }
5509
5510 static __isl_give isl_pw_multi_aff *basic_map_partial_lexopt_symm_pma(
5511         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5512         __isl_give isl_set **empty, int max, int first, int second)
5513 {
5514         return basic_map_partial_lexopt_symm(bmap, dom, empty, max,
5515                     first, second, &basic_map_partial_lexopt_symm_pma_core).pma;
5516 }
5517
5518 /* Recursive part of isl_basic_map_partial_lexopt_pw_multi_aff, after detecting
5519  * equalities and removing redundant constraints.
5520  *
5521  * We first check if there are any parallel constraints (left).
5522  * If not, we are in the base case.
5523  * If there are parallel constraints, we replace them by a single
5524  * constraint in basic_map_partial_lexopt_symm_pma and then call
5525  * this function recursively to look for more parallel constraints.
5526  */
5527 static __isl_give isl_pw_multi_aff *basic_map_partial_lexopt_pma(
5528         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5529         __isl_give isl_set **empty, int max)
5530 {
5531         int par = 0;
5532         int first, second;
5533
5534         if (!bmap)
5535                 goto error;
5536
5537         if (bmap->ctx->opt->pip_symmetry)
5538                 par = parallel_constraints(bmap, &first, &second);
5539         if (par < 0)
5540                 goto error;
5541         if (!par)
5542                 return basic_map_partial_lexopt_base_pma(bmap, dom, empty, max);
5543         
5544         return basic_map_partial_lexopt_symm_pma(bmap, dom, empty, max,
5545                                                  first, second);
5546 error:
5547         isl_basic_set_free(dom);
5548         isl_basic_map_free(bmap);
5549         return NULL;
5550 }
5551
5552 /* Compute the lexicographic minimum (or maximum if "max" is set)
5553  * of "bmap" over the domain "dom" and return the result as a piecewise
5554  * multi-affine expression.
5555  * If "empty" is not NULL, then *empty is assigned a set that
5556  * contains those parts of the domain where there is no solution.
5557  * If "bmap" is marked as rational (ISL_BASIC_MAP_RATIONAL),
5558  * then we compute the rational optimum.  Otherwise, we compute
5559  * the integral optimum.
5560  *
5561  * We perform some preprocessing.  As the PILP solver does not
5562  * handle implicit equalities very well, we first make sure all
5563  * the equalities are explicitly available.
5564  *
5565  * We also add context constraints to the basic map and remove
5566  * redundant constraints.  This is only needed because of the
5567  * way we handle simple symmetries.  In particular, we currently look
5568  * for symmetries on the constraints, before we set up the main tableau.
5569  * It is then no good to look for symmetries on possibly redundant constraints.
5570  */
5571 __isl_give isl_pw_multi_aff *isl_basic_map_partial_lexopt_pw_multi_aff(
5572         __isl_take isl_basic_map *bmap, __isl_take isl_basic_set *dom,
5573         __isl_give isl_set **empty, int max)
5574 {
5575         if (empty)
5576                 *empty = NULL;
5577         if (!bmap || !dom)
5578                 goto error;
5579
5580         isl_assert(bmap->ctx,
5581             isl_basic_map_compatible_domain(bmap, dom), goto error);
5582
5583         if (isl_basic_set_dim(dom, isl_dim_all) == 0)
5584                 return basic_map_partial_lexopt_pma(bmap, dom, empty, max);
5585
5586         bmap = isl_basic_map_intersect_domain(bmap, isl_basic_set_copy(dom));
5587         bmap = isl_basic_map_detect_equalities(bmap);
5588         bmap = isl_basic_map_remove_redundancies(bmap);
5589
5590         return basic_map_partial_lexopt_pma(bmap, dom, empty, max);
5591 error:
5592         isl_basic_set_free(dom);
5593         isl_basic_map_free(bmap);
5594         return NULL;
5595 }