add isl_aff_mod_val
[platform/upstream/isl.git] / isl_coalesce.c
1 /*
2  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
3  * Copyright 2010      INRIA Saclay
4  * Copyright 2012-2013 Ecole Normale Superieure
5  *
6  * Use of this software is governed by the MIT license
7  *
8  * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
9  * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
10  * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
11  * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France 
12  * and Ecole Normale Superieure, 45 rue d’Ulm, 75230 Paris, France
13  */
14
15 #include "isl_map_private.h"
16 #include <isl/seq.h>
17 #include <isl/options.h>
18 #include "isl_tab.h"
19 #include <isl_mat_private.h>
20 #include <isl_local_space_private.h>
21
22 #define STATUS_ERROR            -1
23 #define STATUS_REDUNDANT         1
24 #define STATUS_VALID             2
25 #define STATUS_SEPARATE          3
26 #define STATUS_CUT               4
27 #define STATUS_ADJ_EQ            5
28 #define STATUS_ADJ_INEQ          6
29
30 static int status_in(isl_int *ineq, struct isl_tab *tab)
31 {
32         enum isl_ineq_type type = isl_tab_ineq_type(tab, ineq);
33         switch (type) {
34         default:
35         case isl_ineq_error:            return STATUS_ERROR;
36         case isl_ineq_redundant:        return STATUS_VALID;
37         case isl_ineq_separate:         return STATUS_SEPARATE;
38         case isl_ineq_cut:              return STATUS_CUT;
39         case isl_ineq_adj_eq:           return STATUS_ADJ_EQ;
40         case isl_ineq_adj_ineq:         return STATUS_ADJ_INEQ;
41         }
42 }
43
44 /* Compute the position of the equalities of basic map "bmap_i"
45  * with respect to the basic map represented by "tab_j".
46  * The resulting array has twice as many entries as the number
47  * of equalities corresponding to the two inequalties to which
48  * each equality corresponds.
49  */
50 static int *eq_status_in(__isl_keep isl_basic_map *bmap_i,
51         struct isl_tab *tab_j)
52 {
53         int k, l;
54         int *eq = isl_calloc_array(bmap_i->ctx, int, 2 * bmap_i->n_eq);
55         unsigned dim;
56
57         dim = isl_basic_map_total_dim(bmap_i);
58         for (k = 0; k < bmap_i->n_eq; ++k) {
59                 for (l = 0; l < 2; ++l) {
60                         isl_seq_neg(bmap_i->eq[k], bmap_i->eq[k], 1+dim);
61                         eq[2 * k + l] = status_in(bmap_i->eq[k], tab_j);
62                         if (eq[2 * k + l] == STATUS_ERROR)
63                                 goto error;
64                 }
65                 if (eq[2 * k] == STATUS_SEPARATE ||
66                     eq[2 * k + 1] == STATUS_SEPARATE)
67                         break;
68         }
69
70         return eq;
71 error:
72         free(eq);
73         return NULL;
74 }
75
76 /* Compute the position of the inequalities of basic map "bmap_i"
77  * (also represented by "tab_i", if not NULL) with respect to the basic map
78  * represented by "tab_j".
79  */
80 static int *ineq_status_in(__isl_keep isl_basic_map *bmap_i,
81         struct isl_tab *tab_i, struct isl_tab *tab_j)
82 {
83         int k;
84         unsigned n_eq = bmap_i->n_eq;
85         int *ineq = isl_calloc_array(bmap_i->ctx, int, bmap_i->n_ineq);
86
87         for (k = 0; k < bmap_i->n_ineq; ++k) {
88                 if (tab_i && isl_tab_is_redundant(tab_i, n_eq + k)) {
89                         ineq[k] = STATUS_REDUNDANT;
90                         continue;
91                 }
92                 ineq[k] = status_in(bmap_i->ineq[k], tab_j);
93                 if (ineq[k] == STATUS_ERROR)
94                         goto error;
95                 if (ineq[k] == STATUS_SEPARATE)
96                         break;
97         }
98
99         return ineq;
100 error:
101         free(ineq);
102         return NULL;
103 }
104
105 static int any(int *con, unsigned len, int status)
106 {
107         int i;
108
109         for (i = 0; i < len ; ++i)
110                 if (con[i] == status)
111                         return 1;
112         return 0;
113 }
114
115 static int count(int *con, unsigned len, int status)
116 {
117         int i;
118         int c = 0;
119
120         for (i = 0; i < len ; ++i)
121                 if (con[i] == status)
122                         c++;
123         return c;
124 }
125
126 static int all(int *con, unsigned len, int status)
127 {
128         int i;
129
130         for (i = 0; i < len ; ++i) {
131                 if (con[i] == STATUS_REDUNDANT)
132                         continue;
133                 if (con[i] != status)
134                         return 0;
135         }
136         return 1;
137 }
138
139 static void drop(struct isl_map *map, int i, struct isl_tab **tabs)
140 {
141         isl_basic_map_free(map->p[i]);
142         isl_tab_free(tabs[i]);
143
144         if (i != map->n - 1) {
145                 map->p[i] = map->p[map->n - 1];
146                 tabs[i] = tabs[map->n - 1];
147         }
148         tabs[map->n - 1] = NULL;
149         map->n--;
150 }
151
152 /* Replace the pair of basic maps i and j by the basic map bounded
153  * by the valid constraints in both basic maps and the constraint
154  * in extra (if not NULL).
155  */
156 static int fuse(struct isl_map *map, int i, int j,
157         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j,
158         __isl_keep isl_mat *extra)
159 {
160         int k, l;
161         struct isl_basic_map *fused = NULL;
162         struct isl_tab *fused_tab = NULL;
163         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
164         unsigned extra_rows = extra ? extra->n_row : 0;
165
166         fused = isl_basic_map_alloc_space(isl_space_copy(map->p[i]->dim),
167                         map->p[i]->n_div,
168                         map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq,
169                         map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq + extra_rows);
170         if (!fused)
171                 goto error;
172
173         for (k = 0; k < map->p[i]->n_eq; ++k) {
174                 if (eq_i && (eq_i[2 * k] != STATUS_VALID ||
175                              eq_i[2 * k + 1] != STATUS_VALID))
176                         continue;
177                 l = isl_basic_map_alloc_equality(fused);
178                 if (l < 0)
179                         goto error;
180                 isl_seq_cpy(fused->eq[l], map->p[i]->eq[k], 1 + total);
181         }
182
183         for (k = 0; k < map->p[j]->n_eq; ++k) {
184                 if (eq_j && (eq_j[2 * k] != STATUS_VALID ||
185                              eq_j[2 * k + 1] != STATUS_VALID))
186                         continue;
187                 l = isl_basic_map_alloc_equality(fused);
188                 if (l < 0)
189                         goto error;
190                 isl_seq_cpy(fused->eq[l], map->p[j]->eq[k], 1 + total);
191         }
192
193         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
194                 if (ineq_i[k] != STATUS_VALID)
195                         continue;
196                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
197                 if (l < 0)
198                         goto error;
199                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
200         }
201
202         for (k = 0; k < map->p[j]->n_ineq; ++k) {
203                 if (ineq_j[k] != STATUS_VALID)
204                         continue;
205                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
206                 if (l < 0)
207                         goto error;
208                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], map->p[j]->ineq[k], 1 + total);
209         }
210
211         for (k = 0; k < map->p[i]->n_div; ++k) {
212                 int l = isl_basic_map_alloc_div(fused);
213                 if (l < 0)
214                         goto error;
215                 isl_seq_cpy(fused->div[l], map->p[i]->div[k], 1 + 1 + total);
216         }
217
218         for (k = 0; k < extra_rows; ++k) {
219                 l = isl_basic_map_alloc_inequality(fused);
220                 if (l < 0)
221                         goto error;
222                 isl_seq_cpy(fused->ineq[l], extra->row[k], 1 + total);
223         }
224
225         fused = isl_basic_map_gauss(fused, NULL);
226         ISL_F_SET(fused, ISL_BASIC_MAP_FINAL);
227         if (ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL) &&
228             ISL_F_ISSET(map->p[j], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL))
229                 ISL_F_SET(fused, ISL_BASIC_MAP_RATIONAL);
230
231         fused_tab = isl_tab_from_basic_map(fused, 0);
232         if (isl_tab_detect_redundant(fused_tab) < 0)
233                 goto error;
234
235         isl_basic_map_free(map->p[i]);
236         map->p[i] = fused;
237         isl_tab_free(tabs[i]);
238         tabs[i] = fused_tab;
239         drop(map, j, tabs);
240
241         return 1;
242 error:
243         isl_tab_free(fused_tab);
244         isl_basic_map_free(fused);
245         return -1;
246 }
247
248 /* Given a pair of basic maps i and j such that all constraints are either
249  * "valid" or "cut", check if the facets corresponding to the "cut"
250  * constraints of i lie entirely within basic map j.
251  * If so, replace the pair by the basic map consisting of the valid
252  * constraints in both basic maps.
253  *
254  * To see that we are not introducing any extra points, call the
255  * two basic maps A and B and the resulting map U and let x
256  * be an element of U \setminus ( A \cup B ).
257  * Then there is a pair of cut constraints c_1 and c_2 in A and B such that x
258  * violates them.  Let X be the intersection of U with the opposites
259  * of these constraints.  Then x \in X.
260  * The facet corresponding to c_1 contains the corresponding facet of A.
261  * This facet is entirely contained in B, so c_2 is valid on the facet.
262  * However, since it is also (part of) a facet of X, -c_2 is also valid
263  * on the facet.  This means c_2 is saturated on the facet, so c_1 and
264  * c_2 must be opposites of each other, but then x could not violate
265  * both of them.
266  */
267 static int check_facets(struct isl_map *map, int i, int j,
268         struct isl_tab **tabs, int *ineq_i, int *ineq_j)
269 {
270         int k, l;
271         struct isl_tab_undo *snap;
272         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
273
274         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
275
276         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
277                 if (ineq_i[k] != STATUS_CUT)
278                         continue;
279                 if (isl_tab_select_facet(tabs[i], n_eq + k) < 0)
280                         return -1;
281                 for (l = 0; l < map->p[j]->n_ineq; ++l) {
282                         int stat;
283                         if (ineq_j[l] != STATUS_CUT)
284                                 continue;
285                         stat = status_in(map->p[j]->ineq[l], tabs[i]);
286                         if (stat != STATUS_VALID)
287                                 break;
288                 }
289                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
290                         return -1;
291                 if (l < map->p[j]->n_ineq)
292                         break;
293         }
294
295         if (k < map->p[i]->n_ineq)
296                 /* BAD CUT PAIR */
297                 return 0;
298         return fuse(map, i, j, tabs, NULL, ineq_i, NULL, ineq_j, NULL);
299 }
300
301 /* Check if basic map "i" contains the basic map represented
302  * by the tableau "tab".
303  */
304 static int contains(struct isl_map *map, int i, int *ineq_i,
305         struct isl_tab *tab)
306 {
307         int k, l;
308         unsigned dim;
309
310         dim = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
311         for (k = 0; k < map->p[i]->n_eq; ++k) {
312                 for (l = 0; l < 2; ++l) {
313                         int stat;
314                         isl_seq_neg(map->p[i]->eq[k], map->p[i]->eq[k], 1+dim);
315                         stat = status_in(map->p[i]->eq[k], tab);
316                         if (stat != STATUS_VALID)
317                                 return 0;
318                 }
319         }
320
321         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k) {
322                 int stat;
323                 if (ineq_i[k] == STATUS_REDUNDANT)
324                         continue;
325                 stat = status_in(map->p[i]->ineq[k], tab);
326                 if (stat != STATUS_VALID)
327                         return 0;
328         }
329         return 1;
330 }
331
332 /* Basic map "i" has an inequality (say "k") that is adjacent
333  * to some inequality of basic map "j".  All the other inequalities
334  * are valid for "j".
335  * Check if basic map "j" forms an extension of basic map "i".
336  *
337  * Note that this function is only called if some of the equalities or
338  * inequalities of basic map "j" do cut basic map "i".  The function is
339  * correct even if there are no such cut constraints, but in that case
340  * the additional checks performed by this function are overkill.
341  *
342  * In particular, we replace constraint k, say f >= 0, by constraint
343  * f <= -1, add the inequalities of "j" that are valid for "i"
344  * and check if the result is a subset of basic map "j".
345  * If so, then we know that this result is exactly equal to basic map "j"
346  * since all its constraints are valid for basic map "j".
347  * By combining the valid constraints of "i" (all equalities and all
348  * inequalities except "k") and the valid constraints of "j" we therefore
349  * obtain a basic map that is equal to their union.
350  * In this case, there is no need to perform a rollback of the tableau
351  * since it is going to be destroyed in fuse().
352  *
353  *
354  *      |\__                    |\__
355  *      |   \__                 |   \__
356  *      |      \_       =>      |      \__
357  *      |_______| _             |_________\
358  *
359  *
360  *      |\                      |\
361  *      | \                     | \
362  *      |  \                    |  \
363  *      |  |                    |   \
364  *      |  ||\          =>      |    \
365  *      |  || \                 |     \
366  *      |  ||  |                |      |
367  *      |__||_/                 |_____/
368  */
369 static int is_adj_ineq_extension(__isl_keep isl_map *map, int i, int j,
370         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
371 {
372         int k;
373         struct isl_tab_undo *snap;
374         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
375         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
376         int r;
377
378         if (isl_tab_extend_cons(tabs[i], 1 + map->p[j]->n_ineq) < 0)
379                 return -1;
380
381         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k)
382                 if (ineq_i[k] == STATUS_ADJ_INEQ)
383                         break;
384         if (k >= map->p[i]->n_ineq)
385                 isl_die(isl_map_get_ctx(map), isl_error_internal,
386                         "ineq_i should have exactly one STATUS_ADJ_INEQ",
387                         return -1);
388
389         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
390
391         if (isl_tab_unrestrict(tabs[i], n_eq + k) < 0)
392                 return -1;
393
394         isl_seq_neg(map->p[i]->ineq[k], map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
395         isl_int_sub_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
396         r = isl_tab_add_ineq(tabs[i], map->p[i]->ineq[k]);
397         isl_seq_neg(map->p[i]->ineq[k], map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
398         isl_int_sub_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
399         if (r < 0)
400                 return -1;
401
402         for (k = 0; k < map->p[j]->n_ineq; ++k) {
403                 if (ineq_j[k] != STATUS_VALID)
404                         continue;
405                 if (isl_tab_add_ineq(tabs[i], map->p[j]->ineq[k]) < 0)
406                         return -1;
407         }
408
409         if (contains(map, j, ineq_j, tabs[i]))
410                 return fuse(map, i, j, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, NULL);
411
412         if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
413                 return -1;
414
415         return 0;
416 }
417
418
419 /* Both basic maps have at least one inequality with and adjacent
420  * (but opposite) inequality in the other basic map.
421  * Check that there are no cut constraints and that there is only
422  * a single pair of adjacent inequalities.
423  * If so, we can replace the pair by a single basic map described
424  * by all but the pair of adjacent inequalities.
425  * Any additional points introduced lie strictly between the two
426  * adjacent hyperplanes and can therefore be integral.
427  *
428  *        ____                    _____
429  *       /    ||\                /     \
430  *      /     || \              /       \
431  *      \     ||  \     =>      \        \
432  *       \    ||  /              \       /
433  *        \___||_/                \_____/
434  *
435  * The test for a single pair of adjancent inequalities is important
436  * for avoiding the combination of two basic maps like the following
437  *
438  *       /|
439  *      / |
440  *     /__|
441  *         _____
442  *         |   |
443  *         |   |
444  *         |___|
445  *
446  * If there are some cut constraints on one side, then we may
447  * still be able to fuse the two basic maps, but we need to perform
448  * some additional checks in is_adj_ineq_extension.
449  */
450 static int check_adj_ineq(struct isl_map *map, int i, int j,
451         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
452 {
453         int count_i, count_j;
454         int cut_i, cut_j;
455
456         count_i = count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ);
457         count_j = count(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ);
458
459         if (count_i != 1 && count_j != 1)
460                 return 0;
461
462         cut_i = any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT) ||
463                 any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT);
464         cut_j = any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT) ||
465                 any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_CUT);
466
467         if (!cut_i && !cut_j && count_i == 1 && count_j == 1)
468                 return fuse(map, i, j, tabs, NULL, ineq_i, NULL, ineq_j, NULL);
469
470         if (count_i == 1 && !cut_i)
471                 return is_adj_ineq_extension(map, i, j, tabs,
472                                                 eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
473
474         if (count_j == 1 && !cut_j)
475                 return is_adj_ineq_extension(map, j, i, tabs,
476                                                 eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
477
478         return 0;
479 }
480
481 /* Basic map "i" has an inequality "k" that is adjacent to some equality
482  * of basic map "j".  All the other inequalities are valid for "j".
483  * Check if basic map "j" forms an extension of basic map "i".
484  *
485  * In particular, we relax constraint "k", compute the corresponding
486  * facet and check whether it is included in the other basic map.
487  * If so, we know that relaxing the constraint extends the basic
488  * map with exactly the other basic map (we already know that this
489  * other basic map is included in the extension, because there
490  * were no "cut" inequalities in "i") and we can replace the
491  * two basic maps by this extension.
492  *        ____                    _____
493  *       /    ||                 /     |
494  *      /     ||                /      |
495  *      \     ||        =>      \      |
496  *       \    ||                 \     |
497  *        \___||                  \____|
498  */
499 static int is_adj_eq_extension(struct isl_map *map, int i, int j, int k,
500         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
501 {
502         int changed = 0;
503         int super;
504         struct isl_tab_undo *snap, *snap2;
505         unsigned n_eq = map->p[i]->n_eq;
506
507         if (isl_tab_is_equality(tabs[i], n_eq + k))
508                 return 0;
509
510         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
511         tabs[i] = isl_tab_relax(tabs[i], n_eq + k);
512         snap2 = isl_tab_snap(tabs[i]);
513         if (isl_tab_select_facet(tabs[i], n_eq + k) < 0)
514                 return -1;
515         super = contains(map, j, ineq_j, tabs[i]);
516         if (super) {
517                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap2) < 0)
518                         return -1;
519                 map->p[i] = isl_basic_map_cow(map->p[i]);
520                 if (!map->p[i])
521                         return -1;
522                 isl_int_add_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
523                 ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_FINAL);
524                 drop(map, j, tabs);
525                 changed = 1;
526         } else
527                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
528                         return -1;
529
530         return changed;
531 }
532
533 /* Data structure that keeps track of the wrapping constraints
534  * and of information to bound the coefficients of those constraints.
535  *
536  * bound is set if we want to apply a bound on the coefficients
537  * mat contains the wrapping constraints
538  * max is the bound on the coefficients (if bound is set)
539  */
540 struct isl_wraps {
541         int bound;
542         isl_mat *mat;
543         isl_int max;
544 };
545
546 /* Update wraps->max to be greater than or equal to the coefficients
547  * in the equalities and inequalities of bmap that can be removed if we end up
548  * applying wrapping.
549  */
550 static void wraps_update_max(struct isl_wraps *wraps,
551         __isl_keep isl_basic_map *bmap, int *eq, int *ineq)
552 {
553         int k;
554         isl_int max_k;
555         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(bmap);
556
557         isl_int_init(max_k);
558
559         for (k = 0; k < bmap->n_eq; ++k) {
560                 if (eq[2 * k] == STATUS_VALID &&
561                     eq[2 * k + 1] == STATUS_VALID)
562                         continue;
563                 isl_seq_abs_max(bmap->eq[k] + 1, total, &max_k);
564                 if (isl_int_abs_gt(max_k, wraps->max))
565                         isl_int_set(wraps->max, max_k);
566         }
567
568         for (k = 0; k < bmap->n_ineq; ++k) {
569                 if (ineq[k] == STATUS_VALID || ineq[k] == STATUS_REDUNDANT)
570                         continue;
571                 isl_seq_abs_max(bmap->ineq[k] + 1, total, &max_k);
572                 if (isl_int_abs_gt(max_k, wraps->max))
573                         isl_int_set(wraps->max, max_k);
574         }
575
576         isl_int_clear(max_k);
577 }
578
579 /* Initialize the isl_wraps data structure.
580  * If we want to bound the coefficients of the wrapping constraints,
581  * we set wraps->max to the largest coefficient
582  * in the equalities and inequalities that can be removed if we end up
583  * applying wrapping.
584  */
585 static void wraps_init(struct isl_wraps *wraps, __isl_take isl_mat *mat,
586         __isl_keep isl_map *map, int i, int j,
587         int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
588 {
589         isl_ctx *ctx;
590
591         wraps->bound = 0;
592         wraps->mat = mat;
593         if (!mat)
594                 return;
595         ctx = isl_mat_get_ctx(mat);
596         wraps->bound = isl_options_get_coalesce_bounded_wrapping(ctx);
597         if (!wraps->bound)
598                 return;
599         isl_int_init(wraps->max);
600         isl_int_set_si(wraps->max, 0);
601         wraps_update_max(wraps, map->p[i], eq_i, ineq_i);
602         wraps_update_max(wraps, map->p[j], eq_j, ineq_j);
603 }
604
605 /* Free the contents of the isl_wraps data structure.
606  */
607 static void wraps_free(struct isl_wraps *wraps)
608 {
609         isl_mat_free(wraps->mat);
610         if (wraps->bound)
611                 isl_int_clear(wraps->max);
612 }
613
614 /* Is the wrapping constraint in row "row" allowed?
615  *
616  * If wraps->bound is set, we check that none of the coefficients
617  * is greater than wraps->max.
618  */
619 static int allow_wrap(struct isl_wraps *wraps, int row)
620 {
621         int i;
622
623         if (!wraps->bound)
624                 return 1;
625
626         for (i = 1; i < wraps->mat->n_col; ++i)
627                 if (isl_int_abs_gt(wraps->mat->row[row][i], wraps->max))
628                         return 0;
629
630         return 1;
631 }
632
633 /* For each non-redundant constraint in "bmap" (as determined by "tab"),
634  * wrap the constraint around "bound" such that it includes the whole
635  * set "set" and append the resulting constraint to "wraps".
636  * "wraps" is assumed to have been pre-allocated to the appropriate size.
637  * wraps->n_row is the number of actual wrapped constraints that have
638  * been added.
639  * If any of the wrapping problems results in a constraint that is
640  * identical to "bound", then this means that "set" is unbounded in such
641  * way that no wrapping is possible.  If this happens then wraps->n_row
642  * is reset to zero.
643  * Similarly, if we want to bound the coefficients of the wrapping
644  * constraints and a newly added wrapping constraint does not
645  * satisfy the bound, then wraps->n_row is also reset to zero.
646  */
647 static int add_wraps(struct isl_wraps *wraps, __isl_keep isl_basic_map *bmap,
648         struct isl_tab *tab, isl_int *bound, __isl_keep isl_set *set)
649 {
650         int l;
651         int w;
652         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(bmap);
653
654         w = wraps->mat->n_row;
655
656         for (l = 0; l < bmap->n_ineq; ++l) {
657                 if (isl_seq_is_neg(bound, bmap->ineq[l], 1 + total))
658                         continue;
659                 if (isl_seq_eq(bound, bmap->ineq[l], 1 + total))
660                         continue;
661                 if (isl_tab_is_redundant(tab, bmap->n_eq + l))
662                         continue;
663
664                 isl_seq_cpy(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total);
665                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->mat->row[w], bmap->ineq[l]))
666                         return -1;
667                 if (isl_seq_eq(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total))
668                         goto unbounded;
669                 if (!allow_wrap(wraps, w))
670                         goto unbounded;
671                 ++w;
672         }
673         for (l = 0; l < bmap->n_eq; ++l) {
674                 if (isl_seq_is_neg(bound, bmap->eq[l], 1 + total))
675                         continue;
676                 if (isl_seq_eq(bound, bmap->eq[l], 1 + total))
677                         continue;
678
679                 isl_seq_cpy(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total);
680                 isl_seq_neg(wraps->mat->row[w + 1], bmap->eq[l], 1 + total);
681                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->mat->row[w],
682                                         wraps->mat->row[w + 1]))
683                         return -1;
684                 if (isl_seq_eq(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total))
685                         goto unbounded;
686                 if (!allow_wrap(wraps, w))
687                         goto unbounded;
688                 ++w;
689
690                 isl_seq_cpy(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total);
691                 if (!isl_set_wrap_facet(set, wraps->mat->row[w], bmap->eq[l]))
692                         return -1;
693                 if (isl_seq_eq(wraps->mat->row[w], bound, 1 + total))
694                         goto unbounded;
695                 if (!allow_wrap(wraps, w))
696                         goto unbounded;
697                 ++w;
698         }
699
700         wraps->mat->n_row = w;
701         return 0;
702 unbounded:
703         wraps->mat->n_row = 0;
704         return 0;
705 }
706
707 /* Check if the constraints in "wraps" from "first" until the last
708  * are all valid for the basic set represented by "tab".
709  * If not, wraps->n_row is set to zero.
710  */
711 static int check_wraps(__isl_keep isl_mat *wraps, int first,
712         struct isl_tab *tab)
713 {
714         int i;
715
716         for (i = first; i < wraps->n_row; ++i) {
717                 enum isl_ineq_type type;
718                 type = isl_tab_ineq_type(tab, wraps->row[i]);
719                 if (type == isl_ineq_error)
720                         return -1;
721                 if (type == isl_ineq_redundant)
722                         continue;
723                 wraps->n_row = 0;
724                 return 0;
725         }
726
727         return 0;
728 }
729
730 /* Return a set that corresponds to the non-redudant constraints
731  * (as recorded in tab) of bmap.
732  *
733  * It's important to remove the redundant constraints as some
734  * of the other constraints may have been modified after the
735  * constraints were marked redundant.
736  * In particular, a constraint may have been relaxed.
737  * Redundant constraints are ignored when a constraint is relaxed
738  * and should therefore continue to be ignored ever after.
739  * Otherwise, the relaxation might be thwarted by some of
740  * these constraints.
741  */
742 static __isl_give isl_set *set_from_updated_bmap(__isl_keep isl_basic_map *bmap,
743         struct isl_tab *tab)
744 {
745         bmap = isl_basic_map_copy(bmap);
746         bmap = isl_basic_map_cow(bmap);
747         bmap = isl_basic_map_update_from_tab(bmap, tab);
748         return isl_set_from_basic_set(isl_basic_map_underlying_set(bmap));
749 }
750
751 /* Given a basic set i with a constraint k that is adjacent to either the
752  * whole of basic set j or a facet of basic set j, check if we can wrap
753  * both the facet corresponding to k and the facet of j (or the whole of j)
754  * around their ridges to include the other set.
755  * If so, replace the pair of basic sets by their union.
756  *
757  * All constraints of i (except k) are assumed to be valid for j.
758  *
759  * However, the constraints of j may not be valid for i and so
760  * we have to check that the wrapping constraints for j are valid for i.
761  *
762  * In the case where j has a facet adjacent to i, tab[j] is assumed
763  * to have been restricted to this facet, so that the non-redundant
764  * constraints in tab[j] are the ridges of the facet.
765  * Note that for the purpose of wrapping, it does not matter whether
766  * we wrap the ridges of i around the whole of j or just around
767  * the facet since all the other constraints are assumed to be valid for j.
768  * In practice, we wrap to include the whole of j.
769  *        ____                    _____
770  *       /    |                  /     \
771  *      /     ||                /      |
772  *      \     ||        =>      \      |
773  *       \    ||                 \     |
774  *        \___||                  \____|
775  *
776  */
777 static int can_wrap_in_facet(struct isl_map *map, int i, int j, int k,
778         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
779 {
780         int changed = 0;
781         struct isl_wraps wraps;
782         isl_mat *mat;
783         struct isl_set *set_i = NULL;
784         struct isl_set *set_j = NULL;
785         struct isl_vec *bound = NULL;
786         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
787         struct isl_tab_undo *snap;
788         int n;
789
790         set_i = set_from_updated_bmap(map->p[i], tabs[i]);
791         set_j = set_from_updated_bmap(map->p[j], tabs[j]);
792         mat = isl_mat_alloc(map->ctx, 2 * (map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq) +
793                                         map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq,
794                                         1 + total);
795         wraps_init(&wraps, mat, map, i, j, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
796         bound = isl_vec_alloc(map->ctx, 1 + total);
797         if (!set_i || !set_j || !wraps.mat || !bound)
798                 goto error;
799
800         isl_seq_cpy(bound->el, map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
801         isl_int_add_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
802
803         isl_seq_cpy(wraps.mat->row[0], bound->el, 1 + total);
804         wraps.mat->n_row = 1;
805
806         if (add_wraps(&wraps, map->p[j], tabs[j], bound->el, set_i) < 0)
807                 goto error;
808         if (!wraps.mat->n_row)
809                 goto unbounded;
810
811         snap = isl_tab_snap(tabs[i]);
812
813         if (isl_tab_select_facet(tabs[i], map->p[i]->n_eq + k) < 0)
814                 goto error;
815         if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
816                 goto error;
817
818         isl_seq_neg(bound->el, map->p[i]->ineq[k], 1 + total);
819
820         n = wraps.mat->n_row;
821         if (add_wraps(&wraps, map->p[i], tabs[i], bound->el, set_j) < 0)
822                 goto error;
823
824         if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap) < 0)
825                 goto error;
826         if (check_wraps(wraps.mat, n, tabs[i]) < 0)
827                 goto error;
828         if (!wraps.mat->n_row)
829                 goto unbounded;
830
831         changed = fuse(map, i, j, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, wraps.mat);
832
833 unbounded:
834         wraps_free(&wraps);
835
836         isl_set_free(set_i);
837         isl_set_free(set_j);
838
839         isl_vec_free(bound);
840
841         return changed;
842 error:
843         wraps_free(&wraps);
844         isl_vec_free(bound);
845         isl_set_free(set_i);
846         isl_set_free(set_j);
847         return -1;
848 }
849
850 /* Set the is_redundant property of the "n" constraints in "cuts",
851  * except "k" to "v".
852  * This is a fairly tricky operation as it bypasses isl_tab.c.
853  * The reason we want to temporarily mark some constraints redundant
854  * is that we want to ignore them in add_wraps.
855  *
856  * Initially all cut constraints are non-redundant, but the
857  * selection of a facet right before the call to this function
858  * may have made some of them redundant.
859  * Likewise, the same constraints are marked non-redundant
860  * in the second call to this function, before they are officially
861  * made non-redundant again in the subsequent rollback.
862  */
863 static void set_is_redundant(struct isl_tab *tab, unsigned n_eq,
864         int *cuts, int n, int k, int v)
865 {
866         int l;
867
868         for (l = 0; l < n; ++l) {
869                 if (l == k)
870                         continue;
871                 tab->con[n_eq + cuts[l]].is_redundant = v;
872         }
873 }
874
875 /* Given a pair of basic maps i and j such that j sticks out
876  * of i at n cut constraints, each time by at most one,
877  * try to compute wrapping constraints and replace the two
878  * basic maps by a single basic map.
879  * The other constraints of i are assumed to be valid for j.
880  *
881  * The facets of i corresponding to the cut constraints are
882  * wrapped around their ridges, except those ridges determined
883  * by any of the other cut constraints.
884  * The intersections of cut constraints need to be ignored
885  * as the result of wrapping one cut constraint around another
886  * would result in a constraint cutting the union.
887  * In each case, the facets are wrapped to include the union
888  * of the two basic maps.
889  *
890  * The pieces of j that lie at an offset of exactly one from
891  * one of the cut constraints of i are wrapped around their edges.
892  * Here, there is no need to ignore intersections because we
893  * are wrapping around the union of the two basic maps.
894  *
895  * If any wrapping fails, i.e., if we cannot wrap to touch
896  * the union, then we give up.
897  * Otherwise, the pair of basic maps is replaced by their union.
898  */
899 static int wrap_in_facets(struct isl_map *map, int i, int j,
900         int *cuts, int n, struct isl_tab **tabs,
901         int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
902 {
903         int changed = 0;
904         struct isl_wraps wraps;
905         isl_mat *mat;
906         isl_set *set = NULL;
907         isl_vec *bound = NULL;
908         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
909         int max_wrap;
910         int k;
911         struct isl_tab_undo *snap_i, *snap_j;
912
913         if (isl_tab_extend_cons(tabs[j], 1) < 0)
914                 goto error;
915
916         max_wrap = 2 * (map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq) +
917                     map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq;
918         max_wrap *= n;
919
920         set = isl_set_union(set_from_updated_bmap(map->p[i], tabs[i]),
921                             set_from_updated_bmap(map->p[j], tabs[j]));
922         mat = isl_mat_alloc(map->ctx, max_wrap, 1 + total);
923         wraps_init(&wraps, mat, map, i, j, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
924         bound = isl_vec_alloc(map->ctx, 1 + total);
925         if (!set || !wraps.mat || !bound)
926                 goto error;
927
928         snap_i = isl_tab_snap(tabs[i]);
929         snap_j = isl_tab_snap(tabs[j]);
930
931         wraps.mat->n_row = 0;
932
933         for (k = 0; k < n; ++k) {
934                 if (isl_tab_select_facet(tabs[i], map->p[i]->n_eq + cuts[k]) < 0)
935                         goto error;
936                 if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
937                         goto error;
938                 set_is_redundant(tabs[i], map->p[i]->n_eq, cuts, n, k, 1);
939
940                 isl_seq_neg(bound->el, map->p[i]->ineq[cuts[k]], 1 + total);
941                 if (!tabs[i]->empty &&
942                     add_wraps(&wraps, map->p[i], tabs[i], bound->el, set) < 0)
943                         goto error;
944
945                 set_is_redundant(tabs[i], map->p[i]->n_eq, cuts, n, k, 0);
946                 if (isl_tab_rollback(tabs[i], snap_i) < 0)
947                         goto error;
948
949                 if (tabs[i]->empty)
950                         break;
951                 if (!wraps.mat->n_row)
952                         break;
953
954                 isl_seq_cpy(bound->el, map->p[i]->ineq[cuts[k]], 1 + total);
955                 isl_int_add_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
956                 if (isl_tab_add_eq(tabs[j], bound->el) < 0)
957                         goto error;
958                 if (isl_tab_detect_redundant(tabs[j]) < 0)
959                         goto error;
960
961                 if (!tabs[j]->empty &&
962                     add_wraps(&wraps, map->p[j], tabs[j], bound->el, set) < 0)
963                         goto error;
964
965                 if (isl_tab_rollback(tabs[j], snap_j) < 0)
966                         goto error;
967
968                 if (!wraps.mat->n_row)
969                         break;
970         }
971
972         if (k == n)
973                 changed = fuse(map, i, j, tabs,
974                                 eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, wraps.mat);
975
976         isl_vec_free(bound);
977         wraps_free(&wraps);
978         isl_set_free(set);
979
980         return changed;
981 error:
982         isl_vec_free(bound);
983         wraps_free(&wraps);
984         isl_set_free(set);
985         return -1;
986 }
987
988 /* Given two basic sets i and j such that i has no cut equalities,
989  * check if relaxing all the cut inequalities of i by one turns
990  * them into valid constraint for j and check if we can wrap in
991  * the bits that are sticking out.
992  * If so, replace the pair by their union.
993  *
994  * We first check if all relaxed cut inequalities of i are valid for j
995  * and then try to wrap in the intersections of the relaxed cut inequalities
996  * with j.
997  *
998  * During this wrapping, we consider the points of j that lie at a distance
999  * of exactly 1 from i.  In particular, we ignore the points that lie in
1000  * between this lower-dimensional space and the basic map i.
1001  * We can therefore only apply this to integer maps.
1002  *        ____                    _____
1003  *       / ___|_                 /     \
1004  *      / |    |                /      |
1005  *      \ |    |        =>      \      |
1006  *       \|____|                 \     |
1007  *        \___|                   \____/
1008  *
1009  *       _____                   ______
1010  *      | ____|_                |      \
1011  *      | |     |               |       |
1012  *      | |     |       =>      |       |
1013  *      |_|     |               |       |
1014  *        |_____|                \______|
1015  *
1016  *       _______
1017  *      |       |
1018  *      |  |\   |
1019  *      |  | \  |
1020  *      |  |  \ |
1021  *      |  |   \|
1022  *      |  |    \
1023  *      |  |_____\
1024  *      |       |
1025  *      |_______|
1026  *
1027  * Wrapping can fail if the result of wrapping one of the facets
1028  * around its edges does not produce any new facet constraint.
1029  * In particular, this happens when we try to wrap in unbounded sets.
1030  *
1031  *       _______________________________________________________________________
1032  *      |
1033  *      |  ___
1034  *      | |   |
1035  *      |_|   |_________________________________________________________________
1036  *        |___|
1037  *
1038  * The following is not an acceptable result of coalescing the above two
1039  * sets as it includes extra integer points.
1040  *       _______________________________________________________________________
1041  *      |
1042  *      |     
1043  *      |      
1044  *      |
1045  *       \______________________________________________________________________
1046  */
1047 static int can_wrap_in_set(struct isl_map *map, int i, int j,
1048         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
1049 {
1050         int changed = 0;
1051         int k, m;
1052         int n;
1053         int *cuts = NULL;
1054
1055         if (ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL) ||
1056             ISL_F_ISSET(map->p[j], ISL_BASIC_MAP_RATIONAL))
1057                 return 0;
1058
1059         n = count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT);
1060         if (n == 0)
1061                 return 0;
1062
1063         cuts = isl_alloc_array(map->ctx, int, n);
1064         if (!cuts)
1065                 return -1;
1066
1067         for (k = 0, m = 0; m < n; ++k) {
1068                 enum isl_ineq_type type;
1069
1070                 if (ineq_i[k] != STATUS_CUT)
1071                         continue;
1072
1073                 isl_int_add_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
1074                 type = isl_tab_ineq_type(tabs[j], map->p[i]->ineq[k]);
1075                 isl_int_sub_ui(map->p[i]->ineq[k][0], map->p[i]->ineq[k][0], 1);
1076                 if (type == isl_ineq_error)
1077                         goto error;
1078                 if (type != isl_ineq_redundant)
1079                         break;
1080                 cuts[m] = k;
1081                 ++m;
1082         }
1083
1084         if (m == n)
1085                 changed = wrap_in_facets(map, i, j, cuts, n, tabs,
1086                                          eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1087
1088         free(cuts);
1089
1090         return changed;
1091 error:
1092         free(cuts);
1093         return -1;
1094 }
1095
1096 /* Check if either i or j has a single cut constraint that can
1097  * be used to wrap in (a facet of) the other basic set.
1098  * if so, replace the pair by their union.
1099  */
1100 static int check_wrap(struct isl_map *map, int i, int j,
1101         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
1102 {
1103         int changed = 0;
1104
1105         if (!any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT))
1106                 changed = can_wrap_in_set(map, i, j, tabs,
1107                                             eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1108         if (changed)
1109                 return changed;
1110
1111         if (!any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT))
1112                 changed = can_wrap_in_set(map, j, i, tabs,
1113                                             eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
1114         return changed;
1115 }
1116
1117 /* At least one of the basic maps has an equality that is adjacent
1118  * to inequality.  Make sure that only one of the basic maps has
1119  * such an equality and that the other basic map has exactly one
1120  * inequality adjacent to an equality.
1121  * We call the basic map that has the inequality "i" and the basic
1122  * map that has the equality "j".
1123  * If "i" has any "cut" (in)equality, then relaxing the inequality
1124  * by one would not result in a basic map that contains the other
1125  * basic map.
1126  */
1127 static int check_adj_eq(struct isl_map *map, int i, int j,
1128         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
1129 {
1130         int changed = 0;
1131         int k;
1132
1133         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) &&
1134             any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ))
1135                 /* ADJ EQ TOO MANY */
1136                 return 0;
1137
1138         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ))
1139                 return check_adj_eq(map, j, i, tabs,
1140                                         eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
1141
1142         /* j has an equality adjacent to an inequality in i */
1143
1144         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT))
1145                 return 0;
1146         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_CUT))
1147                 /* ADJ EQ CUT */
1148                 return 0;
1149         if (count(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) != 1 ||
1150             any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) ||
1151             any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
1152             any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ))
1153                 /* ADJ EQ TOO MANY */
1154                 return 0;
1155
1156         for (k = 0; k < map->p[i]->n_ineq; ++k)
1157                 if (ineq_i[k] == STATUS_ADJ_EQ)
1158                         break;
1159
1160         changed = is_adj_eq_extension(map, i, j, k, tabs,
1161                                         eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1162         if (changed)
1163                 return changed;
1164
1165         if (count(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) != 1)
1166                 return 0;
1167
1168         changed = can_wrap_in_facet(map, i, j, k, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1169
1170         return changed;
1171 }
1172
1173 /* The two basic maps lie on adjacent hyperplanes.  In particular,
1174  * basic map "i" has an equality that lies parallel to basic map "j".
1175  * Check if we can wrap the facets around the parallel hyperplanes
1176  * to include the other set.
1177  *
1178  * We perform basically the same operations as can_wrap_in_facet,
1179  * except that we don't need to select a facet of one of the sets.
1180  *                              _
1181  *      \\                      \\
1182  *       \\             =>       \\
1183  *        \                       \|
1184  *
1185  * We only allow one equality of "i" to be adjacent to an equality of "j"
1186  * to avoid coalescing
1187  *
1188  *      [m, n] -> { [x, y] -> [x, 1 + y] : x >= 1 and y >= 1 and
1189  *                                          x <= 10 and y <= 10;
1190  *                  [x, y] -> [1 + x, y] : x >= 1 and x <= 20 and
1191  *                                          y >= 5 and y <= 15 }
1192  *
1193  * to
1194  *
1195  *      [m, n] -> { [x, y] -> [x2, y2] : x >= 1 and 10y2 <= 20 - x + 10y and
1196  *                                      4y2 >= 5 + 3y and 5y2 <= 15 + 4y and
1197  *                                      y2 <= 1 + x + y - x2 and y2 >= y and
1198  *                                      y2 >= 1 + x + y - x2 }
1199  */
1200 static int check_eq_adj_eq(struct isl_map *map, int i, int j,
1201         struct isl_tab **tabs, int *eq_i, int *ineq_i, int *eq_j, int *ineq_j)
1202 {
1203         int k;
1204         int changed = 0;
1205         struct isl_wraps wraps;
1206         isl_mat *mat;
1207         struct isl_set *set_i = NULL;
1208         struct isl_set *set_j = NULL;
1209         struct isl_vec *bound = NULL;
1210         unsigned total = isl_basic_map_total_dim(map->p[i]);
1211
1212         if (count(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_EQ) != 1)
1213                 return 0;
1214
1215         for (k = 0; k < 2 * map->p[i]->n_eq ; ++k)
1216                 if (eq_i[k] == STATUS_ADJ_EQ)
1217                         break;
1218
1219         set_i = set_from_updated_bmap(map->p[i], tabs[i]);
1220         set_j = set_from_updated_bmap(map->p[j], tabs[j]);
1221         mat = isl_mat_alloc(map->ctx, 2 * (map->p[i]->n_eq + map->p[j]->n_eq) +
1222                                         map->p[i]->n_ineq + map->p[j]->n_ineq,
1223                                         1 + total);
1224         wraps_init(&wraps, mat, map, i, j, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1225         bound = isl_vec_alloc(map->ctx, 1 + total);
1226         if (!set_i || !set_j || !wraps.mat || !bound)
1227                 goto error;
1228
1229         if (k % 2 == 0)
1230                 isl_seq_neg(bound->el, map->p[i]->eq[k / 2], 1 + total);
1231         else
1232                 isl_seq_cpy(bound->el, map->p[i]->eq[k / 2], 1 + total);
1233         isl_int_add_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
1234
1235         isl_seq_cpy(wraps.mat->row[0], bound->el, 1 + total);
1236         wraps.mat->n_row = 1;
1237
1238         if (add_wraps(&wraps, map->p[j], tabs[j], bound->el, set_i) < 0)
1239                 goto error;
1240         if (!wraps.mat->n_row)
1241                 goto unbounded;
1242
1243         isl_int_sub_ui(bound->el[0], bound->el[0], 1);
1244         isl_seq_neg(bound->el, bound->el, 1 + total);
1245
1246         isl_seq_cpy(wraps.mat->row[wraps.mat->n_row], bound->el, 1 + total);
1247         wraps.mat->n_row++;
1248
1249         if (add_wraps(&wraps, map->p[i], tabs[i], bound->el, set_j) < 0)
1250                 goto error;
1251         if (!wraps.mat->n_row)
1252                 goto unbounded;
1253
1254         changed = fuse(map, i, j, tabs, eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j, wraps.mat);
1255
1256         if (0) {
1257 error:          changed = -1;
1258         }
1259 unbounded:
1260
1261         wraps_free(&wraps);
1262         isl_set_free(set_i);
1263         isl_set_free(set_j);
1264         isl_vec_free(bound);
1265
1266         return changed;
1267 }
1268
1269 /* Check if the union of the given pair of basic maps
1270  * can be represented by a single basic map.
1271  * If so, replace the pair by the single basic map and return 1.
1272  * Otherwise, return 0;
1273  * The two basic maps are assumed to live in the same local space.
1274  *
1275  * We first check the effect of each constraint of one basic map
1276  * on the other basic map.
1277  * The constraint may be
1278  *      redundant       the constraint is redundant in its own
1279  *                      basic map and should be ignore and removed
1280  *                      in the end
1281  *      valid           all (integer) points of the other basic map
1282  *                      satisfy the constraint
1283  *      separate        no (integer) point of the other basic map
1284  *                      satisfies the constraint
1285  *      cut             some but not all points of the other basic map
1286  *                      satisfy the constraint
1287  *      adj_eq          the given constraint is adjacent (on the outside)
1288  *                      to an equality of the other basic map
1289  *      adj_ineq        the given constraint is adjacent (on the outside)
1290  *                      to an inequality of the other basic map
1291  *
1292  * We consider seven cases in which we can replace the pair by a single
1293  * basic map.  We ignore all "redundant" constraints.
1294  *
1295  *      1. all constraints of one basic map are valid
1296  *              => the other basic map is a subset and can be removed
1297  *
1298  *      2. all constraints of both basic maps are either "valid" or "cut"
1299  *         and the facets corresponding to the "cut" constraints
1300  *         of one of the basic maps lies entirely inside the other basic map
1301  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1302  *                 of the valid constraints in both basic maps
1303  *
1304  *      3. there is a single pair of adjacent inequalities
1305  *         (all other constraints are "valid")
1306  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1307  *                 of the valid constraints in both basic maps
1308  *
1309  *      4. one basic map has a single adjacent inequality, while the other
1310  *         constraints are "valid".  The other basic map has some
1311  *         "cut" constraints, but replacing the adjacent inequality by
1312  *         its opposite and adding the valid constraints of the other
1313  *         basic map results in a subset of the other basic map
1314  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1315  *                 of the valid constraints in both basic maps
1316  *
1317  *      5. there is a single adjacent pair of an inequality and an equality,
1318  *         the other constraints of the basic map containing the inequality are
1319  *         "valid".  Moreover, if the inequality the basic map is relaxed
1320  *         and then turned into an equality, then resulting facet lies
1321  *         entirely inside the other basic map
1322  *              => the pair can be replaced by the basic map containing
1323  *                 the inequality, with the inequality relaxed.
1324  *
1325  *      6. there is a single adjacent pair of an inequality and an equality,
1326  *         the other constraints of the basic map containing the inequality are
1327  *         "valid".  Moreover, the facets corresponding to both
1328  *         the inequality and the equality can be wrapped around their
1329  *         ridges to include the other basic map
1330  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1331  *                 of the valid constraints in both basic maps together
1332  *                 with all wrapping constraints
1333  *
1334  *      7. one of the basic maps extends beyond the other by at most one.
1335  *         Moreover, the facets corresponding to the cut constraints and
1336  *         the pieces of the other basic map at offset one from these cut
1337  *         constraints can be wrapped around their ridges to include
1338  *         the union of the two basic maps
1339  *              => the pair can be replaced by a basic map consisting
1340  *                 of the valid constraints in both basic maps together
1341  *                 with all wrapping constraints
1342  *
1343  *      8. the two basic maps live in adjacent hyperplanes.  In principle
1344  *         such sets can always be combined through wrapping, but we impose
1345  *         that there is only one such pair, to avoid overeager coalescing.
1346  *
1347  * Throughout the computation, we maintain a collection of tableaus
1348  * corresponding to the basic maps.  When the basic maps are dropped
1349  * or combined, the tableaus are modified accordingly.
1350  */
1351 static int coalesce_local_pair(__isl_keep isl_map *map, int i, int j,
1352         struct isl_tab **tabs)
1353 {
1354         int changed = 0;
1355         int *eq_i = NULL;
1356         int *eq_j = NULL;
1357         int *ineq_i = NULL;
1358         int *ineq_j = NULL;
1359
1360         eq_i = eq_status_in(map->p[i], tabs[j]);
1361         if (!eq_i)
1362                 goto error;
1363         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ERROR))
1364                 goto error;
1365         if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_SEPARATE))
1366                 goto done;
1367
1368         eq_j = eq_status_in(map->p[j], tabs[i]);
1369         if (!eq_j)
1370                 goto error;
1371         if (any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ERROR))
1372                 goto error;
1373         if (any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_SEPARATE))
1374                 goto done;
1375
1376         ineq_i = ineq_status_in(map->p[i], tabs[i], tabs[j]);
1377         if (!ineq_i)
1378                 goto error;
1379         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ERROR))
1380                 goto error;
1381         if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_SEPARATE))
1382                 goto done;
1383
1384         ineq_j = ineq_status_in(map->p[j], tabs[j], tabs[i]);
1385         if (!ineq_j)
1386                 goto error;
1387         if (any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ERROR))
1388                 goto error;
1389         if (any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_SEPARATE))
1390                 goto done;
1391
1392         if (all(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_VALID) &&
1393             all(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_VALID)) {
1394                 drop(map, j, tabs);
1395                 changed = 1;
1396         } else if (all(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_VALID) &&
1397                    all(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_VALID)) {
1398                 drop(map, i, tabs);
1399                 changed = 1;
1400         } else if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_EQ)) {
1401                 changed = check_eq_adj_eq(map, i, j, tabs,
1402                                         eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1403         } else if (any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_EQ)) {
1404                 changed = check_eq_adj_eq(map, j, i, tabs,
1405                                         eq_j, ineq_j, eq_i, ineq_i);
1406         } else if (any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
1407                    any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_ADJ_INEQ)) {
1408                 changed = check_adj_eq(map, i, j, tabs,
1409                                         eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1410         } else if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ) ||
1411                    any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_EQ)) {
1412                 /* Can't happen */
1413                 /* BAD ADJ INEQ */
1414         } else if (any(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ) ||
1415                    any(ineq_j, map->p[j]->n_ineq, STATUS_ADJ_INEQ)) {
1416                 changed = check_adj_ineq(map, i, j, tabs,
1417                                         eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1418         } else {
1419                 if (!any(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_CUT) &&
1420                     !any(eq_j, 2 * map->p[j]->n_eq, STATUS_CUT))
1421                         changed = check_facets(map, i, j, tabs, ineq_i, ineq_j);
1422                 if (!changed)
1423                         changed = check_wrap(map, i, j, tabs,
1424                                                 eq_i, ineq_i, eq_j, ineq_j);
1425         }
1426
1427 done:
1428         free(eq_i);
1429         free(eq_j);
1430         free(ineq_i);
1431         free(ineq_j);
1432         return changed;
1433 error:
1434         free(eq_i);
1435         free(eq_j);
1436         free(ineq_i);
1437         free(ineq_j);
1438         return -1;
1439 }
1440
1441 /* Do the two basic maps live in the same local space, i.e.,
1442  * do they have the same (known) divs?
1443  * If either basic map has any unknown divs, then we can only assume
1444  * that they do not live in the same local space.
1445  */
1446 static int same_divs(__isl_keep isl_basic_map *bmap1,
1447         __isl_keep isl_basic_map *bmap2)
1448 {
1449         int i;
1450         int known;
1451         int total;
1452
1453         if (!bmap1 || !bmap2)
1454                 return -1;
1455         if (bmap1->n_div != bmap2->n_div)
1456                 return 0;
1457
1458         if (bmap1->n_div == 0)
1459                 return 1;
1460
1461         known = isl_basic_map_divs_known(bmap1);
1462         if (known < 0 || !known)
1463                 return known;
1464         known = isl_basic_map_divs_known(bmap2);
1465         if (known < 0 || !known)
1466                 return known;
1467
1468         total = isl_basic_map_total_dim(bmap1);
1469         for (i = 0; i < bmap1->n_div; ++i)
1470                 if (!isl_seq_eq(bmap1->div[i], bmap2->div[i], 2 + total))
1471                         return 0;
1472
1473         return 1;
1474 }
1475
1476 /* Given two basic maps "i" and "j", where the divs of "i" form a subset
1477  * of those of "j", check if basic map "j" is a subset of basic map "i"
1478  * and, if so, drop basic map "j".
1479  *
1480  * We first expand the divs of basic map "i" to match those of basic map "j",
1481  * using the divs and expansion computed by the caller.
1482  * Then we check if all constraints of the expanded "i" are valid for "j".
1483  */
1484 static int coalesce_subset(__isl_keep isl_map *map, int i, int j,
1485         struct isl_tab **tabs, __isl_keep isl_mat *div, int *exp)
1486 {
1487         isl_basic_map *bmap;
1488         int changed = 0;
1489         int *eq_i = NULL;
1490         int *ineq_i = NULL;
1491
1492         bmap = isl_basic_map_copy(map->p[i]);
1493         bmap = isl_basic_set_expand_divs(bmap, isl_mat_copy(div), exp);
1494
1495         if (!bmap)
1496                 goto error;
1497
1498         eq_i = eq_status_in(bmap, tabs[j]);
1499         if (!eq_i)
1500                 goto error;
1501         if (any(eq_i, 2 * bmap->n_eq, STATUS_ERROR))
1502                 goto error;
1503         if (any(eq_i, 2 * bmap->n_eq, STATUS_SEPARATE))
1504                 goto done;
1505
1506         ineq_i = ineq_status_in(bmap, NULL, tabs[j]);
1507         if (!ineq_i)
1508                 goto error;
1509         if (any(ineq_i, bmap->n_ineq, STATUS_ERROR))
1510                 goto error;
1511         if (any(ineq_i, bmap->n_ineq, STATUS_SEPARATE))
1512                 goto done;
1513
1514         if (all(eq_i, 2 * map->p[i]->n_eq, STATUS_VALID) &&
1515             all(ineq_i, map->p[i]->n_ineq, STATUS_VALID)) {
1516                 drop(map, j, tabs);
1517                 changed = 1;
1518         }
1519
1520 done:
1521         isl_basic_map_free(bmap);
1522         free(eq_i);
1523         free(ineq_i);
1524         return 0;
1525 error:
1526         isl_basic_map_free(bmap);
1527         free(eq_i);
1528         free(ineq_i);
1529         return -1;
1530 }
1531
1532 /* Check if the basic map "j" is a subset of basic map "i",
1533  * assuming that "i" has fewer divs that "j".
1534  * If not, then we change the order.
1535  *
1536  * If the two basic maps have the same number of divs, then
1537  * they must necessarily be different.  Otherwise, we would have
1538  * called coalesce_local_pair.  We therefore don't do try anyhing
1539  * in this case.
1540  *
1541  * We first check if the divs of "i" are all known and form a subset
1542  * of those of "j".  If so, we pass control over to coalesce_subset.
1543  */
1544 static int check_coalesce_subset(__isl_keep isl_map *map, int i, int j,
1545         struct isl_tab **tabs)
1546 {
1547         int known;
1548         isl_mat *div_i, *div_j, *div;
1549         int *exp1 = NULL;
1550         int *exp2 = NULL;
1551         isl_ctx *ctx;
1552         int subset;
1553
1554         if (map->p[i]->n_div == map->p[j]->n_div)
1555                 return 0;
1556         if (map->p[j]->n_div < map->p[i]->n_div)
1557                 return check_coalesce_subset(map, j, i, tabs);
1558
1559         known = isl_basic_map_divs_known(map->p[i]);
1560         if (known < 0 || !known)
1561                 return known;
1562
1563         ctx = isl_map_get_ctx(map);
1564
1565         div_i = isl_basic_map_get_divs(map->p[i]);
1566         div_j = isl_basic_map_get_divs(map->p[j]);
1567
1568         if (!div_i || !div_j)
1569                 goto error;
1570
1571         exp1 = isl_alloc_array(ctx, int, div_i->n_row);
1572         exp2 = isl_alloc_array(ctx, int, div_j->n_row);
1573         if (!exp1 || !exp2)
1574                 goto error;
1575
1576         div = isl_merge_divs(div_i, div_j, exp1, exp2);
1577         if (!div)
1578                 goto error;
1579
1580         if (div->n_row == div_j->n_row)
1581                 subset = coalesce_subset(map, i, j, tabs, div, exp1);
1582         else
1583                 subset = 0;
1584
1585         isl_mat_free(div);
1586
1587         isl_mat_free(div_i);
1588         isl_mat_free(div_j);
1589
1590         free(exp2);
1591         free(exp1);
1592
1593         return subset;
1594 error:
1595         isl_mat_free(div_i);
1596         isl_mat_free(div_j);
1597         free(exp1);
1598         free(exp2);
1599         return -1;
1600 }
1601
1602 /* Check if the union of the given pair of basic maps
1603  * can be represented by a single basic map.
1604  * If so, replace the pair by the single basic map and return 1.
1605  * Otherwise, return 0;
1606  *
1607  * We first check if the two basic maps live in the same local space.
1608  * If so, we do the complete check.  Otherwise, we check if one is
1609  * an obvious subset of the other.
1610  */
1611 static int coalesce_pair(__isl_keep isl_map *map, int i, int j,
1612         struct isl_tab **tabs)
1613 {
1614         int same;
1615
1616         same = same_divs(map->p[i], map->p[j]);
1617         if (same < 0)
1618                 return -1;
1619         if (same)
1620                 return coalesce_local_pair(map, i, j, tabs);
1621
1622         return check_coalesce_subset(map, i, j, tabs);
1623 }
1624
1625 static struct isl_map *coalesce(struct isl_map *map, struct isl_tab **tabs)
1626 {
1627         int i, j;
1628
1629         for (i = map->n - 2; i >= 0; --i)
1630 restart:
1631                 for (j = i + 1; j < map->n; ++j) {
1632                         int changed;
1633                         changed = coalesce_pair(map, i, j, tabs);
1634                         if (changed < 0)
1635                                 goto error;
1636                         if (changed)
1637                                 goto restart;
1638                 }
1639         return map;
1640 error:
1641         isl_map_free(map);
1642         return NULL;
1643 }
1644
1645 /* For each pair of basic maps in the map, check if the union of the two
1646  * can be represented by a single basic map.
1647  * If so, replace the pair by the single basic map and start over.
1648  *
1649  * Since we are constructing the tableaus of the basic maps anyway,
1650  * we exploit them to detect implicit equalities and redundant constraints.
1651  * This also helps the coalescing as it can ignore the redundant constraints.
1652  * In order to avoid confusion, we make all implicit equalities explicit
1653  * in the basic maps.  We don't call isl_basic_map_gauss, though,
1654  * as that may affect the number of constraints.
1655  * This means that we have to call isl_basic_map_gauss at the end
1656  * of the computation to ensure that the basic maps are not left
1657  * in an unexpected state.
1658  */
1659 struct isl_map *isl_map_coalesce(struct isl_map *map)
1660 {
1661         int i;
1662         unsigned n;
1663         struct isl_tab **tabs = NULL;
1664
1665         map = isl_map_remove_empty_parts(map);
1666         if (!map)
1667                 return NULL;
1668
1669         if (map->n <= 1)
1670                 return map;
1671
1672         map = isl_map_sort_divs(map);
1673         map = isl_map_cow(map);
1674
1675         tabs = isl_calloc_array(map->ctx, struct isl_tab *, map->n);
1676         if (!tabs)
1677                 goto error;
1678
1679         n = map->n;
1680         for (i = 0; i < map->n; ++i) {
1681                 tabs[i] = isl_tab_from_basic_map(map->p[i], 0);
1682                 if (!tabs[i])
1683                         goto error;
1684                 if (!ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_IMPLICIT))
1685                         if (isl_tab_detect_implicit_equalities(tabs[i]) < 0)
1686                                 goto error;
1687                 map->p[i] = isl_tab_make_equalities_explicit(tabs[i],
1688                                                                 map->p[i]);
1689                 if (!map->p[i])
1690                         goto error;
1691                 if (!ISL_F_ISSET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_REDUNDANT))
1692                         if (isl_tab_detect_redundant(tabs[i]) < 0)
1693                                 goto error;
1694         }
1695         for (i = map->n - 1; i >= 0; --i)
1696                 if (tabs[i]->empty)
1697                         drop(map, i, tabs);
1698
1699         map = coalesce(map, tabs);
1700
1701         if (map)
1702                 for (i = 0; i < map->n; ++i) {
1703                         map->p[i] = isl_basic_map_update_from_tab(map->p[i],
1704                                                                     tabs[i]);
1705                         map->p[i] = isl_basic_map_gauss(map->p[i], NULL);
1706                         map->p[i] = isl_basic_map_finalize(map->p[i]);
1707                         if (!map->p[i])
1708                                 goto error;
1709                         ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_IMPLICIT);
1710                         ISL_F_SET(map->p[i], ISL_BASIC_MAP_NO_REDUNDANT);
1711                 }
1712
1713         for (i = 0; i < n; ++i)
1714                 isl_tab_free(tabs[i]);
1715
1716         free(tabs);
1717
1718         return map;
1719 error:
1720         if (tabs)
1721                 for (i = 0; i < n; ++i)
1722                         isl_tab_free(tabs[i]);
1723         free(tabs);
1724         isl_map_free(map);
1725         return NULL;
1726 }
1727
1728 /* For each pair of basic sets in the set, check if the union of the two
1729  * can be represented by a single basic set.
1730  * If so, replace the pair by the single basic set and start over.
1731  */
1732 struct isl_set *isl_set_coalesce(struct isl_set *set)
1733 {
1734         return (struct isl_set *)isl_map_coalesce((struct isl_map *)set);
1735 }