nir/range_analysis: Make sure the table validation only occurs once
[mesa.git] / src / compiler / nir / nir_algebraic.py
index a84c41a78f987198b828a238ec782e8e2aeb3ce2..480dcaf3cf55d5b7310b175762e3244b80233d42 100644 (file)
@@ -25,7 +25,7 @@
 
 from __future__ import print_function
 import ast
 
 from __future__ import print_function
 import ast
-from collections import OrderedDict
+from collections import defaultdict
 import itertools
 import struct
 import sys
 import itertools
 import struct
 import sys
@@ -33,7 +33,41 @@ import mako.template
 import re
 import traceback
 
 import re
 import traceback
 
-from nir_opcodes import opcodes
+from nir_opcodes import opcodes, type_sizes
+
+# This should be the same as NIR_SEARCH_MAX_COMM_OPS in nir_search.c
+nir_search_max_comm_ops = 8
+
+# These opcodes are only employed by nir_search.  This provides a mapping from
+# opcode to destination type.
+conv_opcode_types = {
+    'i2f' : 'float',
+    'u2f' : 'float',
+    'f2f' : 'float',
+    'f2u' : 'uint',
+    'f2i' : 'int',
+    'u2u' : 'uint',
+    'i2i' : 'int',
+    'b2f' : 'float',
+    'b2i' : 'int',
+    'i2b' : 'bool',
+    'f2b' : 'bool',
+}
+
+def get_c_opcode(op):
+      if op in conv_opcode_types:
+         return 'nir_search_op_' + op
+      else:
+         return 'nir_op_' + op
+
+
+if sys.version_info < (3, 0):
+    integer_types = (int, long)
+    string_type = unicode
+
+else:
+    integer_types = (int, )
+    string_type = str
 
 _type_re = re.compile(r"(?P<type>int|uint|bool|float)?(?P<bits>\d+)?")
 
 
 _type_re = re.compile(r"(?P<type>int|uint|bool|float)?(?P<bits>\d+)?")
 
@@ -66,37 +100,60 @@ class VarSet(object):
 class Value(object):
    @staticmethod
    def create(val, name_base, varset):
 class Value(object):
    @staticmethod
    def create(val, name_base, varset):
+      if isinstance(val, bytes):
+         val = val.decode('utf-8')
+
       if isinstance(val, tuple):
          return Expression(val, name_base, varset)
       elif isinstance(val, Expression):
          return val
       if isinstance(val, tuple):
          return Expression(val, name_base, varset)
       elif isinstance(val, Expression):
          return val
-      elif isinstance(val, (str, unicode)):
+      elif isinstance(val, string_type):
          return Variable(val, name_base, varset)
          return Variable(val, name_base, varset)
-      elif isinstance(val, (bool, int, long, float)):
+      elif isinstance(val, (bool, float) + integer_types):
          return Constant(val, name_base)
 
          return Constant(val, name_base)
 
-   __template = mako.template.Template("""
-static const ${val.c_type} ${val.name} = {
-   { ${val.type_enum}, ${val.bit_size} },
-% if isinstance(val, Constant):
-   ${val.type()}, { ${val.hex()} /* ${val.value} */ },
-% elif isinstance(val, Variable):
-   ${val.index}, /* ${val.var_name} */
-   ${'true' if val.is_constant else 'false'},
-   ${val.type() or 'nir_type_invalid' },
-   ${val.cond if val.cond else 'NULL'},
-% elif isinstance(val, Expression):
-   ${'true' if val.inexact else 'false'},
-   nir_op_${val.opcode},
-   { ${', '.join(src.c_ptr for src in val.sources)} },
-   ${val.cond if val.cond else 'NULL'},
-% endif
-};""")
-
-   def __init__(self, name, type_str):
+   def __init__(self, val, name, type_str):
+      self.in_val = str(val)
       self.name = name
       self.type_str = type_str
 
       self.name = name
       self.type_str = type_str
 
+   def __str__(self):
+      return self.in_val
+
+   def get_bit_size(self):
+      """Get the physical bit-size that has been chosen for this value, or if
+      there is none, the canonical value which currently represents this
+      bit-size class. Variables will be preferred, i.e. if there are any
+      variables in the equivalence class, the canonical value will be a
+      variable. We do this since we'll need to know which variable each value
+      is equivalent to when constructing the replacement expression. This is
+      the "find" part of the union-find algorithm.
+      """
+      bit_size = self
+
+      while isinstance(bit_size, Value):
+         if bit_size._bit_size is None:
+            break
+         bit_size = bit_size._bit_size
+
+      if bit_size is not self:
+         self._bit_size = bit_size
+      return bit_size
+
+   def set_bit_size(self, other):
+      """Make self.get_bit_size() return what other.get_bit_size() return
+      before calling this, or just "other" if it's a concrete bit-size. This is
+      the "union" part of the union-find algorithm.
+      """
+
+      self_bit_size = self.get_bit_size()
+      other_bit_size = other if isinstance(other, int) else other.get_bit_size()
+
+      if self_bit_size == other_bit_size:
+         return
+
+      self_bit_size._bit_size = other_bit_size
+
    @property
    def type_enum(self):
       return "nir_search_value_" + self.type_str
    @property
    def type_enum(self):
       return "nir_search_value_" + self.type_str
@@ -105,38 +162,91 @@ static const ${val.c_type} ${val.name} = {
    def c_type(self):
       return "nir_search_" + self.type_str
 
    def c_type(self):
       return "nir_search_" + self.type_str
 
+   def __c_name(self, cache):
+      if cache is not None and self.name in cache:
+         return cache[self.name]
+      else:
+         return self.name
+
+   def c_value_ptr(self, cache):
+      return "&{0}.value".format(self.__c_name(cache))
+
+   def c_ptr(self, cache):
+      return "&{0}".format(self.__c_name(cache))
+
    @property
    @property
-   def c_ptr(self):
-      return "&{0}.value".format(self.name)
+   def c_bit_size(self):
+      bit_size = self.get_bit_size()
+      if isinstance(bit_size, int):
+         return bit_size
+      elif isinstance(bit_size, Variable):
+         return -bit_size.index - 1
+      else:
+         # If the bit-size class is neither a variable, nor an actual bit-size, then
+         # - If it's in the search expression, we don't need to check anything
+         # - If it's in the replace expression, either it's ambiguous (in which
+         # case we'd reject it), or it equals the bit-size of the search value
+         # We represent these cases with a 0 bit-size.
+         return 0
+
+   __template = mako.template.Template("""{
+   { ${val.type_enum}, ${val.c_bit_size} },
+% if isinstance(val, Constant):
+   ${val.type()}, { ${val.hex()} /* ${val.value} */ },
+% elif isinstance(val, Variable):
+   ${val.index}, /* ${val.var_name} */
+   ${'true' if val.is_constant else 'false'},
+   ${val.type() or 'nir_type_invalid' },
+   ${val.cond if val.cond else 'NULL'},
+   ${val.swizzle()},
+% elif isinstance(val, Expression):
+   ${'true' if val.inexact else 'false'}, ${'true' if val.exact else 'false'},
+   ${val.comm_expr_idx}, ${val.comm_exprs},
+   ${val.c_opcode()},
+   { ${', '.join(src.c_value_ptr(cache) for src in val.sources)} },
+   ${val.cond if val.cond else 'NULL'},
+% endif
+};""")
 
 
-   def render(self):
-      return self.__template.render(val=self,
-                                    Constant=Constant,
-                                    Variable=Variable,
-                                    Expression=Expression)
+   def render(self, cache):
+      struct_init = self.__template.render(val=self, cache=cache,
+                                           Constant=Constant,
+                                           Variable=Variable,
+                                           Expression=Expression)
+      if cache is not None and struct_init in cache:
+         # If it's in the cache, register a name remap in the cache and render
+         # only a comment saying it's been remapped
+         cache[self.name] = cache[struct_init]
+         return "/* {} -> {} in the cache */\n".format(self.name,
+                                                       cache[struct_init])
+      else:
+         if cache is not None:
+            cache[struct_init] = self.name
+         return "static const {} {} = {}\n".format(self.c_type, self.name,
+                                                   struct_init)
 
 _constant_re = re.compile(r"(?P<value>[^@\(]+)(?:@(?P<bits>\d+))?")
 
 class Constant(Value):
    def __init__(self, val, name):
 
 _constant_re = re.compile(r"(?P<value>[^@\(]+)(?:@(?P<bits>\d+))?")
 
 class Constant(Value):
    def __init__(self, val, name):
-      Value.__init__(self, name, "constant")
+      Value.__init__(self, val, name, "constant")
 
       if isinstance(val, (str)):
          m = _constant_re.match(val)
          self.value = ast.literal_eval(m.group('value'))
 
       if isinstance(val, (str)):
          m = _constant_re.match(val)
          self.value = ast.literal_eval(m.group('value'))
-         self.bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else 0
+         self._bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else None
       else:
          self.value = val
       else:
          self.value = val
-         self.bit_size = 0
+         self._bit_size = None
 
       if isinstance(self.value, bool):
 
       if isinstance(self.value, bool):
-         assert self.bit_size == 0 or self.bit_size == 32
-         self.bit_size = 32
+         assert self._bit_size is None or self._bit_size == 1
+         self._bit_size = 1
 
    def hex(self):
       if isinstance(self.value, (bool)):
          return 'NIR_TRUE' if self.value else 'NIR_FALSE'
 
    def hex(self):
       if isinstance(self.value, (bool)):
          return 'NIR_TRUE' if self.value else 'NIR_FALSE'
-      if isinstance(self.value, (int, long)):
+      if isinstance(self.value, integer_types):
          return hex(self.value)
       elif isinstance(self.value, float):
          i = struct.unpack('Q', struct.pack('d', self.value))[0]
          return hex(self.value)
       elif isinstance(self.value, float):
          i = struct.unpack('Q', struct.pack('d', self.value))[0]
@@ -154,32 +264,57 @@ class Constant(Value):
 
    def type(self):
       if isinstance(self.value, (bool)):
 
    def type(self):
       if isinstance(self.value, (bool)):
-         return "nir_type_bool32"
-      elif isinstance(self.value, (int, long)):
+         return "nir_type_bool"
+      elif isinstance(self.value, integer_types):
          return "nir_type_int"
       elif isinstance(self.value, float):
          return "nir_type_float"
 
          return "nir_type_int"
       elif isinstance(self.value, float):
          return "nir_type_float"
 
+   def equivalent(self, other):
+      """Check that two constants are equivalent.
+
+      This is check is much weaker than equality.  One generally cannot be
+      used in place of the other.  Using this implementation for the __eq__
+      will break BitSizeValidator.
+
+      """
+      if not isinstance(other, type(self)):
+         return False
+
+      return self.value == other.value
+
 _var_name_re = re.compile(r"(?P<const>#)?(?P<name>\w+)"
                           r"(?:@(?P<type>int|uint|bool|float)?(?P<bits>\d+)?)?"
 _var_name_re = re.compile(r"(?P<const>#)?(?P<name>\w+)"
                           r"(?:@(?P<type>int|uint|bool|float)?(?P<bits>\d+)?)?"
-                          r"(?P<cond>\([^\)]+\))?")
+                          r"(?P<cond>\([^\)]+\))?"
+                          r"(?P<swiz>\.[xyzw]+)?")
 
 class Variable(Value):
    def __init__(self, val, name, varset):
 
 class Variable(Value):
    def __init__(self, val, name, varset):
-      Value.__init__(self, name, "variable")
+      Value.__init__(self, val, name, "variable")
 
       m = _var_name_re.match(val)
       assert m and m.group('name') is not None
 
       self.var_name = m.group('name')
 
       m = _var_name_re.match(val)
       assert m and m.group('name') is not None
 
       self.var_name = m.group('name')
+
+      # Prevent common cases where someone puts quotes around a literal
+      # constant.  If we want to support names that have numeric or
+      # punctuation characters, we can me the first assertion more flexible.
+      assert self.var_name.isalpha()
+      assert self.var_name != 'True'
+      assert self.var_name != 'False'
+
       self.is_constant = m.group('const') is not None
       self.cond = m.group('cond')
       self.required_type = m.group('type')
       self.is_constant = m.group('const') is not None
       self.cond = m.group('cond')
       self.required_type = m.group('type')
-      self.bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else 0
+      self._bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else None
+      self.swiz = m.group('swiz')
 
       if self.required_type == 'bool':
 
       if self.required_type == 'bool':
-         assert self.bit_size == 0 or self.bit_size == 32
-         self.bit_size = 32
+         if self._bit_size is not None:
+            assert self._bit_size in type_sizes(self.required_type)
+         else:
+            self._bit_size = 1
 
       if self.required_type is not None:
          assert self.required_type in ('float', 'bool', 'int', 'uint')
 
       if self.required_type is not None:
          assert self.required_type in ('float', 'bool', 'int', 'uint')
@@ -188,67 +323,127 @@ class Variable(Value):
 
    def type(self):
       if self.required_type == 'bool':
 
    def type(self):
       if self.required_type == 'bool':
-         return "nir_type_bool32"
+         return "nir_type_bool"
       elif self.required_type in ('int', 'uint'):
          return "nir_type_int"
       elif self.required_type == 'float':
          return "nir_type_float"
 
       elif self.required_type in ('int', 'uint'):
          return "nir_type_int"
       elif self.required_type == 'float':
          return "nir_type_float"
 
-_opcode_re = re.compile(r"(?P<inexact>~)?(?P<opcode>\w+)(?:@(?P<bits>\d+))?"
+   def equivalent(self, other):
+      """Check that two variables are equivalent.
+
+      This is check is much weaker than equality.  One generally cannot be
+      used in place of the other.  Using this implementation for the __eq__
+      will break BitSizeValidator.
+
+      """
+      if not isinstance(other, type(self)):
+         return False
+
+      return self.index == other.index
+
+   def swizzle(self):
+      if self.swiz is not None:
+         swizzles = {'x' : 0, 'y' : 1, 'z' : 2, 'w': 3}
+         return '{' + ', '.join([str(swizzles[c]) for c in self.swiz[1:]]) + '}'
+      return '{0, 1, 2, 3}'
+
+_opcode_re = re.compile(r"(?P<inexact>~)?(?P<exact>!)?(?P<opcode>\w+)(?:@(?P<bits>\d+))?"
                         r"(?P<cond>\([^\)]+\))?")
 
 class Expression(Value):
    def __init__(self, expr, name_base, varset):
                         r"(?P<cond>\([^\)]+\))?")
 
 class Expression(Value):
    def __init__(self, expr, name_base, varset):
-      Value.__init__(self, name_base, "expression")
+      Value.__init__(self, expr, name_base, "expression")
       assert isinstance(expr, tuple)
 
       m = _opcode_re.match(expr[0])
       assert m and m.group('opcode') is not None
 
       self.opcode = m.group('opcode')
       assert isinstance(expr, tuple)
 
       m = _opcode_re.match(expr[0])
       assert m and m.group('opcode') is not None
 
       self.opcode = m.group('opcode')
-      self.bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else 0
+      self._bit_size = int(m.group('bits')) if m.group('bits') else None
       self.inexact = m.group('inexact') is not None
       self.inexact = m.group('inexact') is not None
+      self.exact = m.group('exact') is not None
       self.cond = m.group('cond')
       self.cond = m.group('cond')
+
+      assert not self.inexact or not self.exact, \
+            'Expression cannot be both exact and inexact.'
+
+      # "many-comm-expr" isn't really a condition.  It's notification to the
+      # generator that this pattern is known to have too many commutative
+      # expressions, and an error should not be generated for this case.
+      self.many_commutative_expressions = False
+      if self.cond and self.cond.find("many-comm-expr") >= 0:
+         # Split the condition into a comma-separated list.  Remove
+         # "many-comm-expr".  If there is anything left, put it back together.
+         c = self.cond[1:-1].split(",")
+         c.remove("many-comm-expr")
+
+         self.cond = "({})".format(",".join(c)) if c else None
+         self.many_commutative_expressions = True
+
       self.sources = [ Value.create(src, "{0}_{1}".format(name_base, i), varset)
                        for (i, src) in enumerate(expr[1:]) ]
 
       self.sources = [ Value.create(src, "{0}_{1}".format(name_base, i), varset)
                        for (i, src) in enumerate(expr[1:]) ]
 
-   def render(self):
-      srcs = "\n".join(src.render() for src in self.sources)
-      return srcs + super(Expression, self).render()
+      if self.opcode in conv_opcode_types:
+         assert self._bit_size is None, \
+                'Expression cannot use an unsized conversion opcode with ' \
+                'an explicit size; that\'s silly.'
 
 
-class IntEquivalenceRelation(object):
-   """A class representing an equivalence relation on integers.
+      self.__index_comm_exprs(0)
 
 
-   Each integer has a canonical form which is the maximum integer to which it
-   is equivalent.  Two integers are equivalent precisely when they have the
-   same canonical form.
+   def equivalent(self, other):
+      """Check that two variables are equivalent.
 
 
-   The convention of maximum is explicitly chosen to make using it in
-   BitSizeValidator easier because it means that an actual bit_size (if any)
-   will always be the canonical form.
-   """
-   def __init__(self):
-      self._remap = {}
+      This is check is much weaker than equality.  One generally cannot be
+      used in place of the other.  Using this implementation for the __eq__
+      will break BitSizeValidator.
+
+      This implementation does not check for equivalence due to commutativity,
+      but it could.
+
+      """
+      if not isinstance(other, type(self)):
+         return False
+
+      if len(self.sources) != len(other.sources):
+         return False
+
+      if self.opcode != other.opcode:
+         return False
 
 
-   def get_canonical(self, x):
-      """Get the canonical integer corresponding to x."""
-      if x in self._remap:
-         return self.get_canonical(self._remap[x])
+      return all(s.equivalent(o) for s, o in zip(self.sources, other.sources))
+
+   def __index_comm_exprs(self, base_idx):
+      """Recursively count and index commutative expressions
+      """
+      self.comm_exprs = 0
+
+      # A note about the explicit "len(self.sources)" check. The list of
+      # sources comes from user input, and that input might be bad.  Check
+      # that the expected second source exists before accessing it. Without
+      # this check, a unit test that does "('iadd', 'a')" will crash.
+      if self.opcode not in conv_opcode_types and \
+         "2src_commutative" in opcodes[self.opcode].algebraic_properties and \
+         len(self.sources) >= 2 and \
+         not self.sources[0].equivalent(self.sources[1]):
+         self.comm_expr_idx = base_idx
+         self.comm_exprs += 1
       else:
       else:
-         return x
+         self.comm_expr_idx = -1
+
+      for s in self.sources:
+         if isinstance(s, Expression):
+            s.__index_comm_exprs(base_idx + self.comm_exprs)
+            self.comm_exprs += s.comm_exprs
 
 
-   def add_equiv(self, a, b):
-      """Add an equivalence and return the canonical form."""
-      c = max(self.get_canonical(a), self.get_canonical(b))
-      if a != c:
-         assert a < c
-         self._remap[a] = c
+      return self.comm_exprs
 
 
-      if b != c:
-         assert b < c
-         self._remap[b] = c
+   def c_opcode(self):
+      return get_c_opcode(self.opcode)
 
 
-      return c
+   def render(self, cache):
+      srcs = "\n".join(src.render(cache) for src in self.sources)
+      return srcs + super(Expression, self).render(cache)
 
 class BitSizeValidator(object):
    """A class for validating bit sizes of expressions.
 
 class BitSizeValidator(object):
    """A class for validating bit sizes of expressions.
@@ -277,7 +472,7 @@ class BitSizeValidator(object):
    inference can be ambiguous or contradictory.  Consider, for instance, the
    following transformation:
 
    inference can be ambiguous or contradictory.  Consider, for instance, the
    following transformation:
 
-   (('usub_borrow', a, b), ('b2i', ('ult', a, b)))
+   (('usub_borrow', a, b), ('b2i@32', ('ult', a, b)))
 
    This transformation can potentially cause a problem because usub_borrow is
    well-defined for any bit-size of integer.  However, b2i always generates a
 
    This transformation can potentially cause a problem because usub_borrow is
    well-defined for any bit-size of integer.  However, b2i always generates a
@@ -296,180 +491,261 @@ class BitSizeValidator(object):
    generate any code.  This ensures that bugs are caught at compile time
    rather than at run time.
 
    generate any code.  This ensures that bugs are caught at compile time
    rather than at run time.
 
-   The basic operation of the validator is very similar to the bitsize_tree in
-   nir_search only a little more subtle.  Instead of simply tracking bit
-   sizes, it tracks "bit classes" where each class is represented by an
-   integer.  A value of 0 means we don't know anything yet, positive values
-   are actual bit-sizes, and negative values are used to track equivalence
-   classes of sizes that must be the same but have yet to receive an actual
-   size.  The first stage uses the bitsize_tree algorithm to assign bit
-   classes to each variable.  If it ever comes across an inconsistency, it
-   assert-fails.  Then the second stage uses that information to prove that
-   the resulting expression can always validly be constructed.
-   """
-
-   def __init__(self, varset):
-      self._num_classes = 0
-      self._var_classes = [0] * len(varset.names)
-      self._class_relation = IntEquivalenceRelation()
-
-   def validate(self, search, replace):
-      dst_class = self._propagate_bit_size_up(search)
-      if dst_class == 0:
-         dst_class = self._new_class()
-      self._propagate_bit_class_down(search, dst_class)
-
-      validate_dst_class = self._validate_bit_class_up(replace)
-      assert validate_dst_class == 0 or validate_dst_class == dst_class
-      self._validate_bit_class_down(replace, dst_class)
-
-   def _new_class(self):
-      self._num_classes += 1
-      return -self._num_classes
-
-   def _set_var_bit_class(self, var_id, bit_class):
-      assert bit_class != 0
-      var_class = self._var_classes[var_id]
-      if var_class == 0:
-         self._var_classes[var_id] = bit_class
-      else:
-         canon_class = self._class_relation.get_canonical(var_class)
-         assert canon_class < 0 or canon_class == bit_class
-         var_class = self._class_relation.add_equiv(var_class, bit_class)
-         self._var_classes[var_id] = var_class
+   Each value maintains a "bit-size class", which is either an actual bit size
+   or an equivalence class with other values that must have the same bit size.
+   The validator works by combining bit-size classes with each other according
+   to the NIR rules outlined above, checking that there are no inconsistencies.
+   When doing this for the replacement expression, we make sure to never change
+   the equivalence class of any of the search values. We could make the example
+   transforms above work by doing some extra run-time checking of the search
+   expression, but we make the user specify those constraints themselves, to
+   avoid any surprises. Since the replacement bitsizes can only be connected to
+   the source bitsize via variables (variables must have the same bitsize in
+   the source and replacment expressions) or the roots of the expression (the
+   replacement expression must produce the same bit size as the search
+   expression), we prevent merging a variable with anything when processing the
+   replacement expression, or specializing the search bitsize
+   with anything. The former prevents
 
 
-   def _get_var_bit_class(self, var_id):
-      return self._class_relation.get_canonical(self._var_classes[var_id])
+   (('bcsel', a, b, 0), ('iand', a, b))
 
 
-   def _propagate_bit_size_up(self, val):
-      if isinstance(val, (Constant, Variable)):
-         return val.bit_size
+   from being allowed, since we'd have to merge the bitsizes for a and b due to
+   the 'iand', while the latter prevents
 
 
-      elif isinstance(val, Expression):
-         nir_op = opcodes[val.opcode]
-         val.common_size = 0
-         for i in range(nir_op.num_inputs):
-            src_bits = self._propagate_bit_size_up(val.sources[i])
-            if src_bits == 0:
-               continue
+   (('usub_borrow', a, b), ('b2i@32', ('ult', a, b)))
 
 
-            src_type_bits = type_bits(nir_op.input_types[i])
-            if src_type_bits != 0:
-               assert src_bits == src_type_bits
-            else:
-               assert val.common_size == 0 or src_bits == val.common_size
-               val.common_size = src_bits
+   from being allowed, since the search expression has the bit size of a and b,
+   which can't be specialized to 32 which is the bitsize of the replace
+   expression. It also prevents something like:
 
 
-         dst_type_bits = type_bits(nir_op.output_type)
-         if dst_type_bits != 0:
-            assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == dst_type_bits
-            return dst_type_bits
-         else:
-            if val.common_size != 0:
-               assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == val.common_size
-            else:
-               val.common_size = val.bit_size
-            return val.common_size
+   (('b2i', ('i2b', a)), ('ineq', a, 0))
 
 
-   def _propagate_bit_class_down(self, val, bit_class):
-      if isinstance(val, Constant):
-         assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == bit_class
+   since the bitsize of 'b2i', which can be anything, can't be specialized to
+   the bitsize of a.
 
 
-      elif isinstance(val, Variable):
-         assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == bit_class
-         self._set_var_bit_class(val.index, bit_class)
+   After doing all this, we check that every subexpression of the replacement
+   was assigned a constant bitsize, the bitsize of a variable, or the bitsize
+   of the search expresssion, since those are the things that are known when
+   constructing the replacement expresssion. Finally, we record the bitsize
+   needed in nir_search_value so that we know what to do when building the
+   replacement expression.
+   """
 
 
-      elif isinstance(val, Expression):
-         nir_op = opcodes[val.opcode]
-         dst_type_bits = type_bits(nir_op.output_type)
-         if dst_type_bits != 0:
-            assert bit_class == 0 or bit_class == dst_type_bits
+   def __init__(self, varset):
+      self._var_classes = [None] * len(varset.names)
+
+   def compare_bitsizes(self, a, b):
+      """Determines which bitsize class is a specialization of the other, or
+      whether neither is. When we merge two different bitsizes, the
+      less-specialized bitsize always points to the more-specialized one, so
+      that calling get_bit_size() always gets you the most specialized bitsize.
+      The specialization partial order is given by:
+      - Physical bitsizes are always the most specialized, and a different
+        bitsize can never specialize another.
+      - In the search expression, variables can always be specialized to each
+        other and to physical bitsizes. In the replace expression, we disallow
+        this to avoid adding extra constraints to the search expression that
+        the user didn't specify.
+      - Expressions and constants without a bitsize can always be specialized to
+        each other and variables, but not the other way around.
+
+        We return -1 if a <= b (b can be specialized to a), 0 if a = b, 1 if a >= b,
+        and None if they are not comparable (neither a <= b nor b <= a).
+      """
+      if isinstance(a, int):
+         if isinstance(b, int):
+            return 0 if a == b else None
+         elif isinstance(b, Variable):
+            return -1 if self.is_search else None
          else:
          else:
-            assert val.common_size == 0 or val.common_size == bit_class
-            val.common_size = bit_class
-
-         if val.common_size:
-            common_class = val.common_size
-         elif nir_op.num_inputs:
-            # If we got here then we have no idea what the actual size is.
-            # Instead, we use a generic class
-            common_class = self._new_class()
-
-         for i in range(nir_op.num_inputs):
-            src_type_bits = type_bits(nir_op.input_types[i])
-            if src_type_bits != 0:
-               self._propagate_bit_class_down(val.sources[i], src_type_bits)
-            else:
-               self._propagate_bit_class_down(val.sources[i], common_class)
-
-   def _validate_bit_class_up(self, val):
-      if isinstance(val, Constant):
-         return val.bit_size
-
-      elif isinstance(val, Variable):
-         var_class = self._get_var_bit_class(val.index)
-         # By the time we get to validation, every variable should have a class
-         assert var_class != 0
-
-         # If we have an explicit size provided by the user, the variable
-         # *must* exactly match the search.  It cannot be implicitly sized
-         # because otherwise we could end up with a conflict at runtime.
-         assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == var_class
-
-         return var_class
-
+            return -1
+      elif isinstance(a, Variable):
+         if isinstance(b, int):
+            return 1 if self.is_search else None
+         elif isinstance(b, Variable):
+            return 0 if self.is_search or a.index == b.index else None
+         else:
+            return -1
+      else:
+         if isinstance(b, int):
+            return 1
+         elif isinstance(b, Variable):
+            return 1
+         else:
+            return 0
+
+   def unify_bit_size(self, a, b, error_msg):
+      """Record that a must have the same bit-size as b. If both
+      have been assigned conflicting physical bit-sizes, call "error_msg" with
+      the bit-sizes of self and other to get a message and raise an error.
+      In the replace expression, disallow merging variables with other
+      variables and physical bit-sizes as well.
+      """
+      a_bit_size = a.get_bit_size()
+      b_bit_size = b if isinstance(b, int) else b.get_bit_size()
+
+      cmp_result = self.compare_bitsizes(a_bit_size, b_bit_size)
+
+      assert cmp_result is not None, \
+         error_msg(a_bit_size, b_bit_size)
+
+      if cmp_result < 0:
+         b_bit_size.set_bit_size(a)
+      elif not isinstance(a_bit_size, int):
+         a_bit_size.set_bit_size(b)
+
+   def merge_variables(self, val):
+      """Perform the first part of type inference by merging all the different
+      uses of the same variable. We always do this as if we're in the search
+      expression, even if we're actually not, since otherwise we'd get errors
+      if the search expression specified some constraint but the replace
+      expression didn't, because we'd be merging a variable and a constant.
+      """
+      if isinstance(val, Variable):
+         if self._var_classes[val.index] is None:
+            self._var_classes[val.index] = val
+         else:
+            other = self._var_classes[val.index]
+            self.unify_bit_size(other, val,
+                  lambda other_bit_size, bit_size:
+                     'Variable {} has conflicting bit size requirements: ' \
+                     'it must have bit size {} and {}'.format(
+                        val.var_name, other_bit_size, bit_size))
       elif isinstance(val, Expression):
       elif isinstance(val, Expression):
-         nir_op = opcodes[val.opcode]
-         val.common_class = 0
-         for i in range(nir_op.num_inputs):
-            src_class = self._validate_bit_class_up(val.sources[i])
-            if src_class == 0:
+         for src in val.sources:
+            self.merge_variables(src)
+
+   def validate_value(self, val):
+      """Validate the an expression by performing classic Hindley-Milner
+      type inference on bitsizes. This will detect if there are any conflicting
+      requirements, and unify variables so that we know which variables must
+      have the same bitsize. If we're operating on the replace expression, we
+      will refuse to merge different variables together or merge a variable
+      with a constant, in order to prevent surprises due to rules unexpectedly
+      not matching at runtime.
+      """
+      if not isinstance(val, Expression):
+         return
+
+      # Generic conversion ops are special in that they have a single unsized
+      # source and an unsized destination and the two don't have to match.
+      # This means there's no validation or unioning to do here besides the
+      # len(val.sources) check.
+      if val.opcode in conv_opcode_types:
+         assert len(val.sources) == 1, \
+            "Expression {} has {} sources, expected 1".format(
+               val, len(val.sources))
+         self.validate_value(val.sources[0])
+         return
+
+      nir_op = opcodes[val.opcode]
+      assert len(val.sources) == nir_op.num_inputs, \
+         "Expression {} has {} sources, expected {}".format(
+            val, len(val.sources), nir_op.num_inputs)
+
+      for src in val.sources:
+         self.validate_value(src)
+
+      dst_type_bits = type_bits(nir_op.output_type)
+
+      # First, unify all the sources. That way, an error coming up because two
+      # sources have an incompatible bit-size won't produce an error message
+      # involving the destination.
+      first_unsized_src = None
+      for src_type, src in zip(nir_op.input_types, val.sources):
+         src_type_bits = type_bits(src_type)
+         if src_type_bits == 0:
+            if first_unsized_src is None:
+               first_unsized_src = src
                continue
 
                continue
 
-            src_type_bits = type_bits(nir_op.input_types[i])
-            if src_type_bits != 0:
-               assert src_class == src_type_bits
+            if self.is_search:
+               self.unify_bit_size(first_unsized_src, src,
+                  lambda first_unsized_src_bit_size, src_bit_size:
+                     'Source {} of {} must have bit size {}, while source {} ' \
+                     'must have incompatible bit size {}'.format(
+                        first_unsized_src, val, first_unsized_src_bit_size,
+                        src, src_bit_size))
             else:
             else:
-               assert val.common_class == 0 or src_class == val.common_class
-               val.common_class = src_class
-
-         dst_type_bits = type_bits(nir_op.output_type)
-         if dst_type_bits != 0:
-            assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == dst_type_bits
-            return dst_type_bits
+               self.unify_bit_size(first_unsized_src, src,
+                  lambda first_unsized_src_bit_size, src_bit_size:
+                     'Sources {} (bit size of {}) and {} (bit size of {}) ' \
+                     'of {} may not have the same bit size when building the ' \
+                     'replacement expression.'.format(
+                        first_unsized_src, first_unsized_src_bit_size, src,
+                        src_bit_size, val))
          else:
          else:
-            if val.common_class != 0:
-               assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == val.common_class
+            if self.is_search:
+               self.unify_bit_size(src, src_type_bits,
+                  lambda src_bit_size, unused:
+                     '{} must have {} bits, but as a source of nir_op_{} '\
+                     'it must have {} bits'.format(
+                        src, src_bit_size, nir_op.name, src_type_bits))
+            else:
+               self.unify_bit_size(src, src_type_bits,
+                  lambda src_bit_size, unused:
+                     '{} has the bit size of {}, but as a source of ' \
+                     'nir_op_{} it must have {} bits, which may not be the ' \
+                     'same'.format(
+                        src, src_bit_size, nir_op.name, src_type_bits))
+
+      if dst_type_bits == 0:
+         if first_unsized_src is not None:
+            if self.is_search:
+               self.unify_bit_size(val, first_unsized_src,
+                  lambda val_bit_size, src_bit_size:
+                     '{} must have the bit size of {}, while its source {} ' \
+                     'must have incompatible bit size {}'.format(
+                        val, val_bit_size, first_unsized_src, src_bit_size))
             else:
             else:
-               val.common_class = val.bit_size
-            return val.common_class
+               self.unify_bit_size(val, first_unsized_src,
+                  lambda val_bit_size, src_bit_size:
+                     '{} must have {} bits, but its source {} ' \
+                     '(bit size of {}) may not have that bit size ' \
+                     'when building the replacement.'.format(
+                        val, val_bit_size, first_unsized_src, src_bit_size))
+      else:
+         self.unify_bit_size(val, dst_type_bits,
+            lambda dst_bit_size, unused:
+               '{} must have {} bits, but as a destination of nir_op_{} ' \
+               'it must have {} bits'.format(
+                  val, dst_bit_size, nir_op.name, dst_type_bits))
+
+   def validate_replace(self, val, search):
+      bit_size = val.get_bit_size()
+      assert isinstance(bit_size, int) or isinstance(bit_size, Variable) or \
+            bit_size == search.get_bit_size(), \
+            'Ambiguous bit size for replacement value {}: ' \
+            'it cannot be deduced from a variable, a fixed bit size ' \
+            'somewhere, or the search expression.'.format(val)
+
+      if isinstance(val, Expression):
+         for src in val.sources:
+            self.validate_replace(src, search)
 
 
-   def _validate_bit_class_down(self, val, bit_class):
-      # At this point, everything *must* have a bit class.  Otherwise, we have
-      # a value we don't know how to define.
-      assert bit_class != 0
+   def validate(self, search, replace):
+      self.is_search = True
+      self.merge_variables(search)
+      self.merge_variables(replace)
+      self.validate_value(search)
 
 
-      if isinstance(val, Constant):
-         assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == bit_class
+      self.is_search = False
+      self.validate_value(replace)
 
 
-      elif isinstance(val, Variable):
-         assert val.bit_size == 0 or val.bit_size == bit_class
+      # Check that search is always more specialized than replace. Note that
+      # we're doing this in replace mode, disallowing merging variables.
+      search_bit_size = search.get_bit_size()
+      replace_bit_size = replace.get_bit_size()
+      cmp_result = self.compare_bitsizes(search_bit_size, replace_bit_size)
 
 
-      elif isinstance(val, Expression):
-         nir_op = opcodes[val.opcode]
-         dst_type_bits = type_bits(nir_op.output_type)
-         if dst_type_bits != 0:
-            assert bit_class == dst_type_bits
-         else:
-            assert val.common_class == 0 or val.common_class == bit_class
-            val.common_class = bit_class
+      assert cmp_result is not None and cmp_result <= 0, \
+         'The search expression bit size {} and replace expression ' \
+         'bit size {} may not be the same'.format(
+               search_bit_size, replace_bit_size)
 
 
-         for i in range(nir_op.num_inputs):
-            src_type_bits = type_bits(nir_op.input_types[i])
-            if src_type_bits != 0:
-               self._validate_bit_class_down(val.sources[i], src_type_bits)
-            else:
-               self._validate_bit_class_down(val.sources[i], val.common_class)
+      replace.set_bit_size(search)
+
+      self.validate_replace(replace, search)
 
 _optimization_ids = itertools.count()
 
 
 _optimization_ids = itertools.count()
 
@@ -505,88 +781,338 @@ class SearchAndReplace(object):
 
       BitSizeValidator(varset).validate(self.search, self.replace)
 
 
       BitSizeValidator(varset).validate(self.search, self.replace)
 
+class TreeAutomaton(object):
+   """This class calculates a bottom-up tree automaton to quickly search for
+   the left-hand sides of tranforms. Tree automatons are a generalization of
+   classical NFA's and DFA's, where the transition function determines the
+   state of the parent node based on the state of its children. We construct a
+   deterministic automaton to match patterns, using a similar algorithm to the
+   classical NFA to DFA construction. At the moment, it only matches opcodes
+   and constants (without checking the actual value), leaving more detailed
+   checking to the search function which actually checks the leaves. The
+   automaton acts as a quick filter for the search function, requiring only n
+   + 1 table lookups for each n-source operation. The implementation is based
+   on the theory described in "Tree Automatons: Two Taxonomies and a Toolkit."
+   In the language of that reference, this is a frontier-to-root deterministic
+   automaton using only symbol filtering. The filtering is crucial to reduce
+   both the time taken to generate the tables and the size of the tables.
+   """
+   def __init__(self, transforms):
+      self.patterns = [t.search for t in transforms]
+      self._compute_items()
+      self._build_table()
+      #print('num items: {}'.format(len(set(self.items.values()))))
+      #print('num states: {}'.format(len(self.states)))
+      #for state, patterns in zip(self.states, self.patterns):
+      #   print('{}: num patterns: {}'.format(state, len(patterns)))
+
+   class IndexMap(object):
+      """An indexed list of objects, where one can either lookup an object by
+      index or find the index associated to an object quickly using a hash
+      table. Compared to a list, it has a constant time index(). Compared to a
+      set, it provides a stable iteration order.
+      """
+      def __init__(self, iterable=()):
+         self.objects = []
+         self.map = {}
+         for obj in iterable:
+            self.add(obj)
+
+      def __getitem__(self, i):
+         return self.objects[i]
+
+      def __contains__(self, obj):
+         return obj in self.map
+
+      def __len__(self):
+         return len(self.objects)
+
+      def __iter__(self):
+         return iter(self.objects)
+
+      def clear(self):
+         self.objects = []
+         self.map.clear()
+
+      def index(self, obj):
+         return self.map[obj]
+
+      def add(self, obj):
+         if obj in self.map:
+            return self.map[obj]
+         else:
+            index = len(self.objects)
+            self.objects.append(obj)
+            self.map[obj] = index
+            return index
+
+      def __repr__(self):
+         return 'IndexMap([' + ', '.join(repr(e) for e in self.objects) + '])'
+
+   class Item(object):
+      """This represents an "item" in the language of "Tree Automatons." This
+      is just a subtree of some pattern, which represents a potential partial
+      match at runtime. We deduplicate them, so that identical subtrees of
+      different patterns share the same object, and store some extra
+      information needed for the main algorithm as well.
+      """
+      def __init__(self, opcode, children):
+         self.opcode = opcode
+         self.children = children
+         # These are the indices of patterns for which this item is the root node.
+         self.patterns = []
+         # This the set of opcodes for parents of this item. Used to speed up
+         # filtering.
+         self.parent_ops = set()
+
+      def __str__(self):
+         return '(' + ', '.join([self.opcode] + [str(c) for c in self.children]) + ')'
+
+      def __repr__(self):
+         return str(self)
+
+   def _compute_items(self):
+      """Build a set of all possible items, deduplicating them."""
+      # This is a map from (opcode, sources) to item.
+      self.items = {}
+
+      # The set of all opcodes used by the patterns. Used later to avoid
+      # building and emitting all the tables for opcodes that aren't used.
+      self.opcodes = self.IndexMap()
+
+      def get_item(opcode, children, pattern=None):
+         commutative = len(children) >= 2 \
+               and "2src_commutative" in opcodes[opcode].algebraic_properties
+         item = self.items.setdefault((opcode, children),
+                                      self.Item(opcode, children))
+         if commutative:
+            self.items[opcode, (children[1], children[0]) + children[2:]] = item
+         if pattern is not None:
+            item.patterns.append(pattern)
+         return item
+
+      self.wildcard = get_item("__wildcard", ())
+      self.const = get_item("__const", ())
+
+      def process_subpattern(src, pattern=None):
+         if isinstance(src, Constant):
+            # Note: we throw away the actual constant value!
+            return self.const
+         elif isinstance(src, Variable):
+            if src.is_constant:
+               return self.const
+            else:
+               # Note: we throw away which variable it is here! This special
+               # item is equivalent to nu in "Tree Automatons."
+               return self.wildcard
+         else:
+            assert isinstance(src, Expression)
+            opcode = src.opcode
+            stripped = opcode.rstrip('0123456789')
+            if stripped in conv_opcode_types:
+               # Matches that use conversion opcodes with a specific type,
+               # like f2b1, are tricky.  Either we construct the automaton to
+               # match specific NIR opcodes like nir_op_f2b1, in which case we
+               # need to create separate items for each possible NIR opcode
+               # for patterns that have a generic opcode like f2b, or we
+               # construct it to match the search opcode, in which case we
+               # need to map f2b1 to f2b when constructing the automaton. Here
+               # we do the latter.
+               opcode = stripped
+            self.opcodes.add(opcode)
+            children = tuple(process_subpattern(c) for c in src.sources)
+            item = get_item(opcode, children, pattern)
+            for i, child in enumerate(children):
+               child.parent_ops.add(opcode)
+            return item
+
+      for i, pattern in enumerate(self.patterns):
+         process_subpattern(pattern, i)
+
+   def _build_table(self):
+      """This is the core algorithm which builds up the transition table. It
+      is based off of Algorithm 5.7.38 "Reachability-based tabulation of Cl .
+      Comp_a and Filt_{a,i} using integers to identify match sets." It
+      simultaneously builds up a list of all possible "match sets" or
+      "states", where each match set represents the set of Item's that match a
+      given instruction, and builds up the transition table between states.
+      """
+      # Map from opcode + filtered state indices to transitioned state.
+      self.table = defaultdict(dict)
+      # Bijection from state to index. q in the original algorithm is
+      # len(self.states)
+      self.states = self.IndexMap()
+      # List of pattern matches for each state index.
+      self.state_patterns = []
+      # Map from state index to filtered state index for each opcode.
+      self.filter = defaultdict(list)
+      # Bijections from filtered state to filtered state index for each
+      # opcode, called the "representor sets" in the original algorithm.
+      # q_{a,j} in the original algorithm is len(self.rep[op]).
+      self.rep = defaultdict(self.IndexMap)
+
+      # Everything in self.states with a index at least worklist_index is part
+      # of the worklist of newly created states. There is also a worklist of
+      # newly fitered states for each opcode, for which worklist_indices
+      # serves a similar purpose. worklist_index corresponds to p in the
+      # original algorithm, while worklist_indices is p_{a,j} (although since
+      # we only filter by opcode/symbol, it's really just p_a).
+      self.worklist_index = 0
+      worklist_indices = defaultdict(lambda: 0)
+
+      # This is the set of opcodes for which the filtered worklist is non-empty.
+      # It's used to avoid scanning opcodes for which there is nothing to
+      # process when building the transition table. It corresponds to new_a in
+      # the original algorithm.
+      new_opcodes = self.IndexMap()
+
+      # Process states on the global worklist, filtering them for each opcode,
+      # updating the filter tables, and updating the filtered worklists if any
+      # new filtered states are found. Similar to ComputeRepresenterSets() in
+      # the original algorithm, although that only processes a single state.
+      def process_new_states():
+         while self.worklist_index < len(self.states):
+            state = self.states[self.worklist_index]
+
+            # Calculate pattern matches for this state. Each pattern is
+            # assigned to a unique item, so we don't have to worry about
+            # deduplicating them here. However, we do have to sort them so
+            # that they're visited at runtime in the order they're specified
+            # in the source.
+            patterns = list(sorted(p for item in state for p in item.patterns))
+            assert len(self.state_patterns) == self.worklist_index
+            self.state_patterns.append(patterns)
+
+            # calculate filter table for this state, and update filtered
+            # worklists.
+            for op in self.opcodes:
+               filt = self.filter[op]
+               rep = self.rep[op]
+               filtered = frozenset(item for item in state if \
+                  op in item.parent_ops)
+               if filtered in rep:
+                  rep_index = rep.index(filtered)
+               else:
+                  rep_index = rep.add(filtered)
+                  new_opcodes.add(op)
+               assert len(filt) == self.worklist_index
+               filt.append(rep_index)
+            self.worklist_index += 1
+
+      # There are two start states: one which can only match as a wildcard,
+      # and one which can match as a wildcard or constant. These will be the
+      # states of intrinsics/other instructions and load_const instructions,
+      # respectively. The indices of these must match the definitions of
+      # WILDCARD_STATE and CONST_STATE below, so that the runtime C code can
+      # initialize things correctly.
+      self.states.add(frozenset((self.wildcard,)))
+      self.states.add(frozenset((self.const,self.wildcard)))
+      process_new_states()
+
+      while len(new_opcodes) > 0:
+         for op in new_opcodes:
+            rep = self.rep[op]
+            table = self.table[op]
+            op_worklist_index = worklist_indices[op]
+            if op in conv_opcode_types:
+               num_srcs = 1
+            else:
+               num_srcs = opcodes[op].num_inputs
+
+            # Iterate over all possible source combinations where at least one
+            # is on the worklist.
+            for src_indices in itertools.product(range(len(rep)), repeat=num_srcs):
+               if all(src_idx < op_worklist_index for src_idx in src_indices):
+                  continue
+
+               srcs = tuple(rep[src_idx] for src_idx in src_indices)
+
+               # Try all possible pairings of source items and add the
+               # corresponding parent items. This is Comp_a from the paper.
+               parent = set(self.items[op, item_srcs] for item_srcs in
+                  itertools.product(*srcs) if (op, item_srcs) in self.items)
+
+               # We could always start matching something else with a
+               # wildcard. This is Cl from the paper.
+               parent.add(self.wildcard)
+
+               table[src_indices] = self.states.add(frozenset(parent))
+            worklist_indices[op] = len(rep)
+         new_opcodes.clear()
+         process_new_states()
+
 _algebraic_pass_template = mako.template.Template("""
 #include "nir.h"
 _algebraic_pass_template = mako.template.Template("""
 #include "nir.h"
+#include "nir_builder.h"
 #include "nir_search.h"
 #include "nir_search_helpers.h"
 
 #include "nir_search.h"
 #include "nir_search_helpers.h"
 
-#ifndef NIR_OPT_ALGEBRAIC_STRUCT_DEFS
-#define NIR_OPT_ALGEBRAIC_STRUCT_DEFS
-
-struct transform {
-   const nir_search_expression *search;
-   const nir_search_value *replace;
-   unsigned condition_offset;
-};
-
-#endif
+/* What follows is NIR algebraic transform code for the following ${len(xforms)}
+ * transforms:
+% for xform in xforms:
+ *    ${xform.search} => ${xform.replace}
+% endfor
+ */
 
 
-% for (opcode, xform_list) in xform_dict.items():
-% for xform in xform_list:
-   ${xform.search.render()}
-   ${xform.replace.render()}
+<% cache = {} %>
+% for xform in xforms:
+   ${xform.search.render(cache)}
+   ${xform.replace.render(cache)}
 % endfor
 
 % endfor
 
-static const struct transform ${pass_name}_${opcode}_xforms[] = {
-% for xform in xform_list:
-   { &${xform.search.name}, ${xform.replace.c_ptr}, ${xform.condition_index} },
+% for state_id, state_xforms in enumerate(automaton.state_patterns):
+% if state_xforms: # avoid emitting a 0-length array for MSVC
+static const struct transform ${pass_name}_state${state_id}_xforms[] = {
+% for i in state_xforms:
+  { ${xforms[i].search.c_ptr(cache)}, ${xforms[i].replace.c_value_ptr(cache)}, ${xforms[i].condition_index} },
 % endfor
 };
 % endfor
 };
+% endif
 % endfor
 
 % endfor
 
-static bool
-${pass_name}_block(nir_block *block, const bool *condition_flags,
-                   void *mem_ctx)
-{
-   bool progress = false;
-
-   nir_foreach_instr_reverse_safe(instr, block) {
-      if (instr->type != nir_instr_type_alu)
-         continue;
-
-      nir_alu_instr *alu = nir_instr_as_alu(instr);
-      if (!alu->dest.dest.is_ssa)
-         continue;
-
-      switch (alu->op) {
-      % for opcode in xform_dict.keys():
-      case nir_op_${opcode}:
-         for (unsigned i = 0; i < ARRAY_SIZE(${pass_name}_${opcode}_xforms); i++) {
-            const struct transform *xform = &${pass_name}_${opcode}_xforms[i];
-            if (condition_flags[xform->condition_offset] &&
-                nir_replace_instr(alu, xform->search, xform->replace,
-                                  mem_ctx)) {
-               progress = true;
-               break;
-            }
-         }
-         break;
+static const struct per_op_table ${pass_name}_table[nir_num_search_ops] = {
+% for op in automaton.opcodes:
+   [${get_c_opcode(op)}] = {
+      .filter = (uint16_t []) {
+      % for e in automaton.filter[op]:
+         ${e},
       % endfor
       % endfor
-      default:
-         break;
-      }
-   }
-
-   return progress;
-}
-
-static bool
-${pass_name}_impl(nir_function_impl *impl, const bool *condition_flags)
-{
-   void *mem_ctx = ralloc_parent(impl);
-   bool progress = false;
-
-   nir_foreach_block_reverse(block, impl) {
-      progress |= ${pass_name}_block(block, condition_flags, mem_ctx);
-   }
-
-   if (progress)
-      nir_metadata_preserve(impl, nir_metadata_block_index |
-                                  nir_metadata_dominance);
+      },
+      <%
+        num_filtered = len(automaton.rep[op])
+      %>
+      .num_filtered_states = ${num_filtered},
+      .table = (uint16_t []) {
+      <%
+        num_srcs = len(next(iter(automaton.table[op])))
+      %>
+      % for indices in itertools.product(range(num_filtered), repeat=num_srcs):
+         ${automaton.table[op][indices]},
+      % endfor
+      },
+   },
+% endfor
+};
 
 
-   return progress;
-}
+const struct transform *${pass_name}_transforms[] = {
+% for i in range(len(automaton.state_patterns)):
+   % if automaton.state_patterns[i]:
+   ${pass_name}_state${i}_xforms,
+   % else:
+   NULL,
+   % endif
+% endfor
+};
 
 
+const uint16_t ${pass_name}_transform_counts[] = {
+% for i in range(len(automaton.state_patterns)):
+   % if automaton.state_patterns[i]:
+   (uint16_t)ARRAY_SIZE(${pass_name}_state${i}_xforms),
+   % else:
+   0,
+   % endif
+% endfor
+};
 
 bool
 ${pass_name}(nir_shader *shader)
 
 bool
 ${pass_name}(nir_shader *shader)
@@ -594,24 +1120,32 @@ ${pass_name}(nir_shader *shader)
    bool progress = false;
    bool condition_flags[${len(condition_list)}];
    const nir_shader_compiler_options *options = shader->options;
    bool progress = false;
    bool condition_flags[${len(condition_list)}];
    const nir_shader_compiler_options *options = shader->options;
+   const shader_info *info = &shader->info;
    (void) options;
    (void) options;
+   (void) info;
 
    % for index, condition in enumerate(condition_list):
    condition_flags[${index}] = ${condition};
    % endfor
 
    nir_foreach_function(function, shader) {
 
    % for index, condition in enumerate(condition_list):
    condition_flags[${index}] = ${condition};
    % endfor
 
    nir_foreach_function(function, shader) {
-      if (function->impl)
-         progress |= ${pass_name}_impl(function->impl, condition_flags);
+      if (function->impl) {
+         progress |= nir_algebraic_impl(function->impl, condition_flags,
+                                        ${pass_name}_transforms,
+                                        ${pass_name}_transform_counts,
+                                        ${pass_name}_table);
+      }
    }
 
    return progress;
 }
 """)
 
    }
 
    return progress;
 }
 """)
 
+
 class AlgebraicPass(object):
    def __init__(self, pass_name, transforms):
 class AlgebraicPass(object):
    def __init__(self, pass_name, transforms):
-      self.xform_dict = OrderedDict()
+      self.xforms = []
+      self.opcode_xforms = defaultdict(lambda : [])
       self.pass_name = pass_name
 
       error = False
       self.pass_name = pass_name
 
       error = False
@@ -628,15 +1162,52 @@ class AlgebraicPass(object):
                error = True
                continue
 
                error = True
                continue
 
-         if xform.search.opcode not in self.xform_dict:
-            self.xform_dict[xform.search.opcode] = []
+         self.xforms.append(xform)
+         if xform.search.opcode in conv_opcode_types:
+            dst_type = conv_opcode_types[xform.search.opcode]
+            for size in type_sizes(dst_type):
+               sized_opcode = xform.search.opcode + str(size)
+               self.opcode_xforms[sized_opcode].append(xform)
+         else:
+            self.opcode_xforms[xform.search.opcode].append(xform)
+
+         # Check to make sure the search pattern does not unexpectedly contain
+         # more commutative expressions than match_expression (nir_search.c)
+         # can handle.
+         comm_exprs = xform.search.comm_exprs
+
+         if xform.search.many_commutative_expressions:
+            if comm_exprs <= nir_search_max_comm_ops:
+               print("Transform expected to have too many commutative " \
+                     "expression but did not " \
+                     "({} <= {}).".format(comm_exprs, nir_search_max_comm_op),
+                     file=sys.stderr)
+               print("  " + str(xform), file=sys.stderr)
+               traceback.print_exc(file=sys.stderr)
+               print('', file=sys.stderr)
+               error = True
+         else:
+            if comm_exprs > nir_search_max_comm_ops:
+               print("Transformation with too many commutative expressions " \
+                     "({} > {}).  Modify pattern or annotate with " \
+                     "\"many-comm-expr\".".format(comm_exprs,
+                                                  nir_search_max_comm_ops),
+                     file=sys.stderr)
+               print("  " + str(xform.search), file=sys.stderr)
+               print("{}".format(xform.search.cond), file=sys.stderr)
+               error = True
 
 
-         self.xform_dict[xform.search.opcode].append(xform)
+      self.automaton = TreeAutomaton(self.xforms)
 
       if error:
          sys.exit(1)
 
 
       if error:
          sys.exit(1)
 
+
    def render(self):
       return _algebraic_pass_template.render(pass_name=self.pass_name,
    def render(self):
       return _algebraic_pass_template.render(pass_name=self.pass_name,
-                                             xform_dict=self.xform_dict,
-                                             condition_list=condition_list)
+                                             xforms=self.xforms,
+                                             opcode_xforms=self.opcode_xforms,
+                                             condition_list=condition_list,
+                                             automaton=self.automaton,
+                                             get_c_opcode=get_c_opcode,
+                                             itertools=itertools)