add isl_aff_mod_val
[platform/upstream/isl.git] / isl_affine_hull.c
index edfefe4..0d66081 100644 (file)
@@ -1,10 +1,15 @@
 /*
  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
+ * Copyright 2010      INRIA Saclay
+ * Copyright 2012      Ecole Normale Superieure
  *
  * Use of this software is governed by the MIT license
  *
  * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
  * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
+ * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
+ * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France
+ * and Ecole Normale Superieure, 45 rue d'Ulm, 75230 Paris, France
  */
 
 #include <isl_ctx_private.h>
@@ -1157,14 +1162,205 @@ struct isl_basic_set *isl_basic_set_affine_hull(struct isl_basic_set *bset)
                isl_basic_map_affine_hull((struct isl_basic_map *)bset);
 }
 
-struct isl_basic_map *isl_map_affine_hull(struct isl_map *map)
+/* Given a rational affine matrix "M", add stride constraints to "bmap"
+ * that ensure that
+ *
+ *             M(x)
+ *
+ * is an integer vector.  The variables x include all the variables
+ * of "bmap" except the unknown divs.
+ *
+ * If d is the common denominator of M, then we need to impose that
+ *
+ *             d M(x) = 0      mod d
+ *
+ * or
+ *
+ *             exists alpha : d M(x) = d alpha
+ *
+ * This function is similar to add_strides in isl_morph.c
+ */
+static __isl_give isl_basic_map *add_strides(__isl_take isl_basic_map *bmap,
+       __isl_keep isl_mat *M, int n_known)
+{
+       int i, div, k;
+       isl_int gcd;
+
+       if (isl_int_is_one(M->row[0][0]))
+               return bmap;
+
+       bmap = isl_basic_map_extend_space(bmap, isl_space_copy(bmap->dim),
+                                       M->n_row - 1, M->n_row - 1, 0);
+
+       isl_int_init(gcd);
+       for (i = 1; i < M->n_row; ++i) {
+               isl_seq_gcd(M->row[i], M->n_col, &gcd);
+               if (isl_int_is_divisible_by(gcd, M->row[0][0]))
+                       continue;
+               div = isl_basic_map_alloc_div(bmap);
+               if (div < 0)
+                       goto error;
+               isl_int_set_si(bmap->div[div][0], 0);
+               k = isl_basic_map_alloc_equality(bmap);
+               if (k < 0)
+                       goto error;
+               isl_seq_cpy(bmap->eq[k], M->row[i], M->n_col);
+               isl_seq_clr(bmap->eq[k] + M->n_col, bmap->n_div - n_known);
+               isl_int_set(bmap->eq[k][M->n_col - n_known + div],
+                           M->row[0][0]);
+       }
+       isl_int_clear(gcd);
+
+       return bmap;
+error:
+       isl_int_clear(gcd);
+       isl_basic_map_free(bmap);
+       return NULL;
+}
+
+/* If there are any equalities that involve (multiple) unknown divs,
+ * then extract the stride information encoded by those equalities
+ * and make it explicitly available in "bmap".
+ *
+ * We first sort the divs so that the unknown divs appear last and
+ * then we count how many equalities involve these divs.
+ *
+ * Let these equalities be of the form
+ *
+ *             A(x) + B y = 0
+ *
+ * where y represents the unknown divs and x the remaining variables.
+ * Let [H 0] be the Hermite Normal Form of B, i.e.,
+ *
+ *             B = [H 0] Q
+ *
+ * Then x is a solution of the equalities iff
+ *
+ *             H^-1 A(x) (= - [I 0] Q y)
+ *
+ * is an integer vector.  Let d be the common denominator of H^-1.
+ * We impose
+ *
+ *             d H^-1 A(x) = d alpha
+ *
+ * in add_strides, with alpha fresh existentially quantified variables.
+ */
+static __isl_give isl_basic_map *isl_basic_map_make_strides_explicit(
+       __isl_take isl_basic_map *bmap)
+{
+       int known;
+       int n_known;
+       int n, n_col;
+       int total;
+       isl_ctx *ctx;
+       isl_mat *A, *B, *M;
+
+       known = isl_basic_map_divs_known(bmap);
+       if (known < 0)
+               return isl_basic_map_free(bmap);
+       if (known)
+               return bmap;
+       bmap = isl_basic_map_sort_divs(bmap);
+       bmap = isl_basic_map_gauss(bmap, NULL);
+       if (!bmap)
+               return NULL;
+
+       for (n_known = 0; n_known < bmap->n_div; ++n_known)
+               if (isl_int_is_zero(bmap->div[n_known][0]))
+                       break;
+       ctx = isl_basic_map_get_ctx(bmap);
+       total = isl_space_dim(bmap->dim, isl_dim_all);
+       for (n = 0; n < bmap->n_eq; ++n)
+               if (isl_seq_first_non_zero(bmap->eq[n] + 1 + total + n_known,
+                                           bmap->n_div - n_known) == -1)
+                       break;
+       if (n == 0)
+               return bmap;
+       B = isl_mat_sub_alloc6(ctx, bmap->eq, 0, n, 0, 1 + total + n_known);
+       n_col = bmap->n_div - n_known;
+       A = isl_mat_sub_alloc6(ctx, bmap->eq, 0, n, 1 + total + n_known, n_col);
+       A = isl_mat_left_hermite(A, 0, NULL, NULL);
+       A = isl_mat_drop_cols(A, n, n_col - n);
+       A = isl_mat_lin_to_aff(A);
+       A = isl_mat_right_inverse(A);
+       B = isl_mat_insert_zero_rows(B, 0, 1);
+       B = isl_mat_set_element_si(B, 0, 0, 1);
+       M = isl_mat_product(A, B);
+       if (!M)
+               return isl_basic_map_free(bmap);
+       bmap = add_strides(bmap, M, n_known);
+       bmap = isl_basic_map_gauss(bmap, NULL);
+       isl_mat_free(M);
+
+       return bmap;
+}
+
+/* Compute the affine hull of each basic map in "map" separately
+ * and make all stride information explicit so that we can remove
+ * all unknown divs without losing this information.
+ * The result is also guaranteed to be gaussed.
+ *
+ * In simple cases where a div is determined by an equality,
+ * calling isl_basic_map_gauss is enough to make the stride information
+ * explicit, as it will derive an explicit representation for the div
+ * from the equality.  If, however, the stride information
+ * is encoded through multiple unknown divs then we need to make
+ * some extra effort in isl_basic_map_make_strides_explicit.
+ */
+static __isl_give isl_map *isl_map_local_affine_hull(__isl_take isl_map *map)
 {
        int i;
+
+       map = isl_map_cow(map);
+       if (!map)
+               return NULL;
+
+       for (i = 0; i < map->n; ++i) {
+               map->p[i] = isl_basic_map_affine_hull(map->p[i]);
+               map->p[i] = isl_basic_map_gauss(map->p[i], NULL);
+               map->p[i] = isl_basic_map_make_strides_explicit(map->p[i]);
+               if (!map->p[i])
+                       return isl_map_free(map);
+       }
+
+       return map;
+}
+
+static __isl_give isl_set *isl_set_local_affine_hull(__isl_take isl_set *set)
+{
+       return isl_map_local_affine_hull(set);
+}
+
+/* Compute the affine hull of "map".
+ *
+ * We first compute the affine hull of each basic map separately.
+ * Then we align the divs and recompute the affine hulls of the basic
+ * maps since some of them may now have extra divs.
+ * In order to avoid performing parametric integer programming to
+ * compute explicit expressions for the divs, possible leading to
+ * an explosion in the number of basic maps, we first drop all unknown
+ * divs before aligning the divs.  Note that isl_map_local_affine_hull tries
+ * to make sure that all stride information is explicitly available
+ * in terms of known divs.  This involves calling isl_basic_set_gauss,
+ * which is also needed because affine_hull assumes its input has been gaussed,
+ * while isl_map_affine_hull may be called on input that has not been gaussed,
+ * in particular from initial_facet_constraint.
+ * Similarly, align_divs may reorder some divs so that we need to
+ * gauss the result again.
+ * Finally, we combine the individual affine hulls into a single
+ * affine hull.
+ */
+__isl_give isl_basic_map *isl_map_affine_hull(__isl_take isl_map *map)
+{
        struct isl_basic_map *model = NULL;
        struct isl_basic_map *hull = NULL;
        struct isl_set *set;
+       isl_basic_set *bset;
 
        map = isl_map_detect_equalities(map);
+       map = isl_map_local_affine_hull(map);
+       map = isl_map_remove_empty_parts(map);
+       map = isl_map_remove_unknown_divs(map);
        map = isl_map_align_divs(map);
 
        if (!map)
@@ -1179,30 +1375,15 @@ struct isl_basic_map *isl_map_affine_hull(struct isl_map *map)
        model = isl_basic_map_copy(map->p[0]);
        set = isl_map_underlying_set(map);
        set = isl_set_cow(set);
+       set = isl_set_local_affine_hull(set);
        if (!set)
                goto error;
 
-       for (i = 0; i < set->n; ++i) {
-               set->p[i] = isl_basic_set_cow(set->p[i]);
-               set->p[i] = isl_basic_set_affine_hull(set->p[i]);
-               set->p[i] = isl_basic_set_gauss(set->p[i], NULL);
-               if (!set->p[i])
-                       goto error;
-       }
-       set = isl_set_remove_empty_parts(set);
-       if (set->n == 0) {
-               hull = isl_basic_map_empty_like(model);
-               isl_basic_map_free(model);
-       } else {
-               struct isl_basic_set *bset;
-               while (set->n > 1) {
-                       set->p[0] = affine_hull(set->p[0], set->p[--set->n]);
-                       if (!set->p[0])
-                               goto error;
-               }
-               bset = isl_basic_set_copy(set->p[0]);
-               hull = isl_basic_map_overlying_set(bset, model);
-       }
+       while (set->n > 1)
+               set->p[0] = affine_hull(set->p[0], set->p[--set->n]);
+
+       bset = isl_basic_set_copy(set->p[0]);
+       hull = isl_basic_map_overlying_set(bset, model);
        isl_set_free(set);
        hull = isl_basic_map_simplify(hull);
        return isl_basic_map_finalize(hull);