expansion: Further improve double-word modulo, division and divmod [PR97459]
authorJakub Jelinek <jakub@redhat.com>
Wed, 2 Dec 2020 10:32:19 +0000 (11:32 +0100)
committerJakub Jelinek <jakub@redhat.com>
Wed, 2 Dec 2020 10:40:47 +0000 (11:40 +0100)
The following patch implements what Thomas wrote about, in particular
that we can handle also double-word divison by the constants for which
the earlier patch optimized modulo (if it would be otherwise a library
call) and that we can also easily handle such constants shifted to the left.
Unfortunately, seems CSE isn't able to optimize away the two almost
identical sequences (one to compute remainder, one to compute quotient),
probably because of the ADD_OVERFLOW introduced jumps, so the patch also
adjusts expand_DIVMOD.

2020-12-02  Jakub Jelinek  <jakub@redhat.com>

PR rtl-optimization/97459
* optabs.h (expand_doubleword_divmod): Declare.
* optabs.c (expand_doubleword_divmod): New function.
(expand_binop): Use it.
* internal-fn.c (expand_DIVMOD): Likewise.

* gcc.target/i386/pr97282.c (foo): Use 123456 divisor instead of
10.
* gcc.dg/pr97459-1.c (TESTS): Add tests for 10, 12 and
6144.
* gcc.dg/pr97459-2.c (TESTS): Likewise.
* gcc.dg/pr97459-3.c: New test.
* gcc.dg/pr97459-4.c: New test.
* gcc.dg/pr97459-5.c: New test.
* gcc.dg/pr97459-6.c: New test.

gcc/internal-fn.c
gcc/optabs.c
gcc/optabs.h
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-1.c
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-2.c
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-3.c [new file with mode: 0644]
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-4.c [new file with mode: 0644]
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-5.c [new file with mode: 0644]
gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-6.c [new file with mode: 0644]
gcc/testsuite/gcc.target/i386/pr97282.c

index 9c4fd1c..41223ff 100644 (file)
@@ -3230,27 +3230,68 @@ expand_DIVMOD (internal_fn, gcall *call_stmt)
         the division and modulo and if it emits any library calls or any
         {,U}{DIV,MOD} rtxes throw it away and use a divmod optab or
         divmod libcall.  */
-      struct separate_ops ops;
-      ops.code = TRUNC_DIV_EXPR;
-      ops.type = type;
-      ops.op0 = make_tree (ops.type, op0);
-      ops.op1 = arg1;
-      ops.op2 = NULL_TREE;
-      ops.location = gimple_location (call_stmt);
-      start_sequence ();
-      quotient = expand_expr_real_2 (&ops, NULL_RTX, mode, EXPAND_NORMAL);
-      if (contains_call_div_mod (get_insns ()))
-       quotient = NULL_RTX;
-      else
+      scalar_int_mode int_mode;
+      if (remainder == NULL_RTX
+         && optimize
+         && CONST_INT_P (op1)
+         && !pow2p_hwi (INTVAL (op1))
+         && is_int_mode (TYPE_MODE (type), &int_mode)
+         && GET_MODE_SIZE (int_mode) == 2 * UNITS_PER_WORD
+         && optab_handler (and_optab, word_mode) != CODE_FOR_nothing
+         && optab_handler (add_optab, word_mode) != CODE_FOR_nothing
+         && optimize_insn_for_speed_p ())
+       {
+         rtx_insn *last = get_last_insn ();
+         remainder = NULL_RTX;
+         quotient = expand_doubleword_divmod (int_mode, op0, op1, &remainder,
+                                              TYPE_UNSIGNED (type));
+         if (quotient != NULL_RTX)
+           {
+             if (optab_handler (mov_optab, int_mode) != CODE_FOR_nothing)
+               {
+                 rtx_insn *move = emit_move_insn (quotient, quotient);
+                 set_dst_reg_note (move, REG_EQUAL,
+                                   gen_rtx_fmt_ee (TYPE_UNSIGNED (type)
+                                                   ? UDIV : DIV, int_mode,
+                                                   copy_rtx (op0), op1),
+                                   quotient);
+                 move = emit_move_insn (remainder, remainder);
+                 set_dst_reg_note (move, REG_EQUAL,
+                                   gen_rtx_fmt_ee (TYPE_UNSIGNED (type)
+                                                   ? UMOD : MOD, int_mode,
+                                                   copy_rtx (op0), op1),
+                                   quotient);
+               }
+           }
+         else
+           delete_insns_since (last);
+       }
+
+      if (remainder == NULL_RTX)
        {
-         ops.code = TRUNC_MOD_EXPR;
-         remainder = expand_expr_real_2 (&ops, NULL_RTX, mode, EXPAND_NORMAL);
+         struct separate_ops ops;
+         ops.code = TRUNC_DIV_EXPR;
+         ops.type = type;
+         ops.op0 = make_tree (ops.type, op0);
+         ops.op1 = arg1;
+         ops.op2 = NULL_TREE;
+         ops.location = gimple_location (call_stmt);
+         start_sequence ();
+         quotient = expand_expr_real_2 (&ops, NULL_RTX, mode, EXPAND_NORMAL);
          if (contains_call_div_mod (get_insns ()))
-           remainder = NULL_RTX;
+           quotient = NULL_RTX;
+         else
+           {
+             ops.code = TRUNC_MOD_EXPR;
+             remainder = expand_expr_real_2 (&ops, NULL_RTX, mode,
+                                             EXPAND_NORMAL);
+             if (contains_call_div_mod (get_insns ()))
+               remainder = NULL_RTX;
+           }
+         if (remainder)
+           insns = get_insns ();
+         end_sequence ();
        }
-      if (remainder)
-       insns = get_insns ();
-      end_sequence ();
     }
 
   if (remainder)
index 3b116d3..41daa48 100644 (file)
@@ -1118,6 +1118,99 @@ expand_doubleword_mod (machine_mode mode, rtx op0, rtx op1, bool unsignedp)
     }
   return NULL_RTX;
 }
+
+/* Similarly to the above function, but compute both quotient and remainder.
+   Quotient can be computed from the remainder as:
+   rem = op0 % op1;  // Handled using expand_doubleword_mod
+   quot = (op0 - rem) * inv; // inv is multiplicative inverse of op1 modulo
+                            // 2 * BITS_PER_WORD
+
+   We can also handle cases where op1 is a multiple of power of two constant
+   and constant handled by expand_doubleword_mod.
+   op11 = 1 << __builtin_ctz (op1);
+   op12 = op1 / op11;
+   rem1 = op0 % op12;  // Handled using expand_doubleword_mod
+   quot1 = (op0 - rem1) * inv; // inv is multiplicative inverse of op12 modulo
+                              // 2 * BITS_PER_WORD
+   rem = (quot1 % op11) * op12 + rem1;
+   quot = quot1 / op11;  */
+
+rtx
+expand_doubleword_divmod (machine_mode mode, rtx op0, rtx op1, rtx *rem,
+                         bool unsignedp)
+{
+  *rem = NULL_RTX;
+
+  /* Negative dividend should have been optimized into positive,
+     similarly modulo by 1 and modulo by power of two is optimized
+     differently too.  */
+  if (INTVAL (op1) <= 1 || pow2p_hwi (INTVAL (op1)))
+    return NULL_RTX;
+
+  rtx op11 = const1_rtx;
+  rtx op12 = op1;
+  if ((INTVAL (op1) & 1) == 0)
+    {
+      int bit = ctz_hwi (INTVAL (op1));
+      op11 = GEN_INT (HOST_WIDE_INT_1 << bit);
+      op12 = GEN_INT (INTVAL (op1) >> bit);
+    }
+
+  rtx rem1 = expand_doubleword_mod (mode, op0, op12, unsignedp);
+  if (rem1 == NULL_RTX)
+    return NULL_RTX;
+
+  int prec = 2 * BITS_PER_WORD;
+  wide_int a = wide_int::from (INTVAL (op12), prec + 1, UNSIGNED);
+  wide_int b = wi::shifted_mask (prec, 1, false, prec + 1);
+  wide_int m = wide_int::from (wi::mod_inv (a, b), prec, UNSIGNED);
+  rtx inv = immed_wide_int_const (m, mode);
+
+  rtx_insn *last = get_last_insn ();
+  rtx quot1 = expand_simple_binop (mode, MINUS, op0, rem1,
+                                  NULL_RTX, unsignedp, OPTAB_DIRECT);
+  if (quot1 == NULL_RTX)
+    return NULL_RTX;
+
+  quot1 = expand_simple_binop (mode, MULT, quot1, inv,
+                              NULL_RTX, unsignedp, OPTAB_DIRECT);
+  if (quot1 == NULL_RTX)
+    return NULL_RTX;
+
+  if (op11 != const1_rtx)
+    {
+      rtx rem2 = expand_divmod (1, TRUNC_MOD_EXPR, mode, quot1, op11,
+                               NULL_RTX, unsignedp);
+      if (rem2 == NULL_RTX)
+       return NULL_RTX;
+
+      rem2 = expand_simple_binop (mode, MULT, rem2, op12, NULL_RTX,
+                                 unsignedp, OPTAB_DIRECT);
+      if (rem2 == NULL_RTX)
+       return NULL_RTX;
+
+      rem2 = expand_simple_binop (mode, PLUS, rem2, rem1, NULL_RTX,
+                                 unsignedp, OPTAB_DIRECT);
+      if (rem2 == NULL_RTX)
+       return NULL_RTX;
+
+      rtx quot2 = expand_divmod (0, TRUNC_DIV_EXPR, mode, quot1, op11,
+                                NULL_RTX, unsignedp);
+      if (quot2 == NULL_RTX)
+       return NULL_RTX;
+
+      rem1 = rem2;
+      quot1 = quot2;
+    }
+
+  /* Punt if we need any library calls.  */
+  for (; last; last = NEXT_INSN (last))
+    if (CALL_P (last))
+      return NULL_RTX;
+
+  *rem = rem1;
+  return quot1;
+}
 \f
 /* Wrapper around expand_binop which takes an rtx code to specify
    the operation to perform, not an optab pointer.  All other
@@ -1999,7 +2092,10 @@ expand_binop (machine_mode mode, optab binoptab, rtx op0, rtx op1,
     }
 
   /* Attempt to synthetize double word modulo by constant divisor.  */
-  if ((binoptab == umod_optab || binoptab == smod_optab)
+  if ((binoptab == umod_optab
+       || binoptab == smod_optab
+       || binoptab == udiv_optab
+       || binoptab == sdiv_optab)
       && optimize
       && CONST_INT_P (op1)
       && is_int_mode (mode, &int_mode)
@@ -2008,21 +2104,33 @@ expand_binop (machine_mode mode, optab binoptab, rtx op0, rtx op1,
       && optab_handler (add_optab, word_mode) != CODE_FOR_nothing
       && optimize_insn_for_speed_p ())
     {
-      rtx remainder = expand_doubleword_mod (int_mode, op0, op1,
-                                            binoptab == umod_optab);
-      if (remainder != NULL_RTX)
+      rtx res = NULL_RTX;
+      if ((binoptab == umod_optab || binoptab == smod_optab)
+         && (INTVAL (op1) & 1) == 0)
+       res = expand_doubleword_mod (int_mode, op0, op1,
+                                    binoptab == umod_optab);
+      else
+       {
+         rtx quot = expand_doubleword_divmod (int_mode, op0, op1, &res,
+                                              binoptab == umod_optab
+                                              || binoptab == udiv_optab);
+         if (quot == NULL_RTX)
+           res = NULL_RTX;
+         else if (binoptab == udiv_optab || binoptab == sdiv_optab)
+           res = quot;
+       }
+      if (res != NULL_RTX)
        {
          if (optab_handler (mov_optab, int_mode) != CODE_FOR_nothing)
            {
-             rtx_insn *move = emit_move_insn (target ? target : remainder,
-                                              remainder);
-             set_dst_reg_note (move,
-                               REG_EQUAL,
-                               gen_rtx_fmt_ee (UMOD, int_mode,
-                                               copy_rtx (op0), op1),
-                               target ? target : remainder);
+             rtx_insn *move = emit_move_insn (target ? target : res,
+                                              res);
+             set_dst_reg_note (move, REG_EQUAL,
+                               gen_rtx_fmt_ee (optab_to_code (binoptab),
+                                               int_mode, copy_rtx (op0), op1),
+                               target ? target : res);
            }
-         return remainder;
+         return res;
        }
       else
        delete_insns_since (last);
index 84aaa7a..87fed90 100644 (file)
@@ -183,6 +183,8 @@ extern bool force_expand_binop (machine_mode, optab, rtx, rtx, rtx, int,
                                enum optab_methods);
 extern rtx expand_vector_broadcast (machine_mode, rtx);
 
+extern rtx expand_doubleword_divmod (machine_mode, rtx, rtx, rtx *, bool);
+
 /* Generate code for a simple binary or unary operation.  "Simple" in
    this case means "can be unambiguously described by a (mode, code)
    pair and mapped to a single optab."  */
index 3dcbb1d..96c7ab6 100644 (file)
@@ -24,7 +24,7 @@ T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n) { return x % n; }
 #define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
 #define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
 #endif
-#define TESTS C4(1)
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
 
 TESTS
 
index 83e00cb..0e2bfbd 100644 (file)
@@ -26,7 +26,7 @@ T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n) { return x % n; }
 #define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
 #define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
 #endif
-#define TESTS C4(1)
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
 
 TESTS
 
diff --git a/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-3.c b/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-3.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7fbb7ee
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,54 @@
+/* PR rtl-optimization/97459 */
+/* { dg-do run } */
+/* { dg-options "-O2" } */
+/* { dg-additional-options "-DEXPENSIVE" { target run_expensive_tests } } */
+
+#ifdef __SIZEOF_INT128__
+typedef __uint128_t T;
+#else
+typedef unsigned long long T;
+#endif
+
+T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n) { return x / n; }
+#define C(n) T __attribute__((noipa)) foo##n (T x) { return x / (n - 10000); }
+
+#define C1(n) C(n##1) C(n##3) C(n##5) C(n##7) C(n##9)
+#define C2(n) C1(n##0) C1(n##1) C1(n##2) C1(n##3) C1(n##4) \
+             C1(n##5) C1(n##6) C1(n##7) C1(n##8) C1(n##9)
+#ifdef EXPENSIVE
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##1) C2(n##2) C2(n##3) C2(n##4) \
+             C2(n##5) C2(n##6) C2(n##7) C2(n##8) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##1) C3(n##2) C3(n##3) C3(n##4) \
+             C3(n##5) C3(n##6) C3(n##7) C3(n##8) C3(n##9)
+#else
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
+#endif
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
+
+TESTS
+
+struct S { T x; T (*foo) (T); };
+
+#undef C
+#define C(n) { n - 10000, foo##n },
+
+struct S tests[] = {
+TESTS
+  { 0, 0 }
+};
+
+int
+main ()
+{
+  int i, j, k;
+  for (k = 0; tests[k].x; k++)
+    for (i = 0; i < sizeof (T) * __CHAR_BIT__; i++)
+      for (j = -5; j <= 5; j++)
+       {
+         T x = ((T) 1 << i) + j;
+         if (foo (x, tests[k].x) != tests[k].foo (x))
+           __builtin_abort ();
+       }
+  return 0;
+}
diff --git a/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-4.c b/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-4.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..33e49a9
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,57 @@
+/* PR rtl-optimization/97459 */
+/* { dg-do run } */
+/* { dg-options "-O2" } */
+/* { dg-additional-options "-DEXPENSIVE" { target run_expensive_tests } } */
+
+#ifdef __SIZEOF_INT128__
+typedef __int128_t T;
+typedef __uint128_t U;
+#else
+typedef long long T;
+typedef unsigned long long U;
+#endif
+
+T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n) { return x / n; }
+#define C(n) T __attribute__((noipa)) foo##n (T x) { return x / (n - 10000); }
+
+#define C1(n) C(n##1) C(n##3) C(n##5) C(n##7) C(n##9)
+#define C2(n) C1(n##0) C1(n##1) C1(n##2) C1(n##3) C1(n##4) \
+             C1(n##5) C1(n##6) C1(n##7) C1(n##8) C1(n##9)
+#ifdef EXPENSIVE
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##1) C2(n##2) C2(n##3) C2(n##4) \
+             C2(n##5) C2(n##6) C2(n##7) C2(n##8) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##1) C3(n##2) C3(n##3) C3(n##4) \
+             C3(n##5) C3(n##6) C3(n##7) C3(n##8) C3(n##9)
+#else
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
+#endif
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
+
+TESTS
+
+struct S { T x; T (*foo) (T); };
+
+#undef C
+#define C(n) { n - 10000, foo##n },
+
+struct S tests[] = {
+TESTS
+  { 0, 0 }
+};
+
+int
+main ()
+{
+  int i, j, k;
+  for (k = 0; tests[k].x; k++)
+    for (i = 0; i < sizeof (T) * __CHAR_BIT__; i++)
+      for (j = -5; j <= 5; j++)
+       {
+         U x = ((U) 1 << i) + j;
+         if (foo ((T) x, tests[k].x) != tests[k].foo ((T) x)
+             || foo ((T) -x, tests[k].x) != tests[k].foo ((T) -x))
+           __builtin_abort ();
+       }
+  return 0;
+}
diff --git a/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-5.c b/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-5.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f658a5a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,56 @@
+/* PR rtl-optimization/97459 */
+/* { dg-do run } */
+/* { dg-options "-O2" } */
+/* { dg-additional-options "-DEXPENSIVE" { target run_expensive_tests } } */
+
+#ifdef __SIZEOF_INT128__
+typedef __uint128_t T;
+#else
+typedef unsigned long long T;
+#endif
+
+T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n, T *r) { *r = x % n; return x / n; }
+#define C(n) T __attribute__((noipa)) foo##n (T x, T *r) { *r = x % (n - 10000); return x / (n - 10000); }
+
+#define C1(n) C(n##1) C(n##3) C(n##5) C(n##7) C(n##9)
+#define C2(n) C1(n##0) C1(n##1) C1(n##2) C1(n##3) C1(n##4) \
+             C1(n##5) C1(n##6) C1(n##7) C1(n##8) C1(n##9)
+#ifdef EXPENSIVE
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##1) C2(n##2) C2(n##3) C2(n##4) \
+             C2(n##5) C2(n##6) C2(n##7) C2(n##8) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##1) C3(n##2) C3(n##3) C3(n##4) \
+             C3(n##5) C3(n##6) C3(n##7) C3(n##8) C3(n##9)
+#else
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
+#endif
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
+
+TESTS
+
+struct S { T x; T (*foo) (T, T *); };
+
+#undef C
+#define C(n) { n - 10000, foo##n },
+
+struct S tests[] = {
+TESTS
+  { 0, 0 }
+};
+
+int
+main ()
+{
+  int i, j, k;
+  for (k = 0; tests[k].x; k++)
+    for (i = 0; i < sizeof (T) * __CHAR_BIT__; i++)
+      for (j = -5; j <= 5; j++)
+       {
+         T x = ((T) 1 << i) + j;
+         T r1, r2;
+         if (foo (x, tests[k].x, &r1) != tests[k].foo (x, &r2)
+             || r1 != r2)
+           __builtin_abort ();
+       }
+  return 0;
+}
diff --git a/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-6.c b/gcc/testsuite/gcc.dg/pr97459-6.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d4602be
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,62 @@
+/* PR rtl-optimization/97459 */
+/* { dg-do run } */
+/* { dg-options "-O2" } */
+/* { dg-additional-options "-DEXPENSIVE" { target run_expensive_tests } } */
+
+#ifdef __SIZEOF_INT128__
+typedef __int128_t T;
+typedef __uint128_t U;
+#else
+typedef long long T;
+typedef unsigned long long U;
+#endif
+
+T __attribute__((noipa)) foo (T x, T n, T *r) { *r = x % n; return x / n; }
+#define C(n) T __attribute__((noipa)) foo##n (T x, T *r) { *r = x % (n - 10000); return x / (n - 10000); }
+
+#define C1(n) C(n##1) C(n##3) C(n##5) C(n##7) C(n##9)
+#define C2(n) C1(n##0) C1(n##1) C1(n##2) C1(n##3) C1(n##4) \
+             C1(n##5) C1(n##6) C1(n##7) C1(n##8) C1(n##9)
+#ifdef EXPENSIVE
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##1) C2(n##2) C2(n##3) C2(n##4) \
+             C2(n##5) C2(n##6) C2(n##7) C2(n##8) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##1) C3(n##2) C3(n##3) C3(n##4) \
+             C3(n##5) C3(n##6) C3(n##7) C3(n##8) C3(n##9)
+#else
+#define C3(n) C2(n##0) C2(n##4) C2(n##9)
+#define C4(n) C3(n##0) C3(n##3) C3(n##7)
+#endif
+#define TESTS C4(1) C1(10010) C1(10012) C1(16144)
+
+TESTS
+
+struct S { T x; T (*foo) (T, T *); };
+
+#undef C
+#define C(n) { n - 10000, foo##n },
+
+struct S tests[] = {
+TESTS
+  { 0, 0 }
+};
+
+int
+main ()
+{
+  int i, j, k;
+  for (k = 0; tests[k].x; k++)
+    for (i = 0; i < sizeof (T) * __CHAR_BIT__; i++)
+      for (j = -5; j <= 5; j++)
+       {
+         U x = ((U) 1 << i) + j;
+         T r1 = 0, r2 = 0;
+         if (foo ((T) x, tests[k].x, &r1) != tests[k].foo ((T) x, &r2)
+             || r1 != r2)
+           __builtin_abort ();
+         r1 = 0; r2 = 0;
+         if (foo ((T) -x, tests[k].x, &r1) != tests[k].foo ((T) -x, &r2)
+             || r1 != r2)
+           __builtin_abort ();
+       }
+  return 0;
+}
index 6fb10c8..94ce50b 100644 (file)
@@ -18,8 +18,8 @@ foo (T x)
   unsigned long ret = 0;
   while (x > 0)
     {
-      ret = ret + x % 10;
-      x = x / 10;
+      ret = ret + x % 123456;
+      x = x / 123456;
     }
   return ret;
 }