nir: Merge redudant integer clamping.
[mesa.git] / src / compiler / nir / nir_opt_algebraic.py
index 50d37ea37f10a16245e469215ca7fbcb74f55066..ec8929a6d9f00740d1e3ccb2ae31579393c77a08 100644 (file)
@@ -34,10 +34,17 @@ d = 'd'
 
 # Written in the form (<search>, <replace>) where <search> is an expression
 # and <replace> is either an expression or a value.  An expression is
-# defined as a tuple of the form (<op>, <src0>, <src1>, <src2>, <src3>)
+# defined as a tuple of the form ([~]<op>, <src0>, <src1>, <src2>, <src3>)
 # where each source is either an expression or a value.  A value can be
 # either a numeric constant or a string representing a variable name.
 #
+# If the opcode in a search expression is prefixed by a '~' character, this
+# indicates that the operation is inexact.  Such operations will only get
+# applied to SSA values that do not have the exact bit set.  This should be
+# used by by any optimizations that are not bit-for-bit exact.  It should not,
+# however, be used for backend-requested lowering operations as those need to
+# happen regardless of precision.
+#
 # Variable names are specified as "[#]name[@type]" where "#" inicates that
 # the given variable will only match constants and the type indicates that
 # the given variable will only match values from ALU instructions with the
@@ -54,19 +61,19 @@ optimizations = [
    (('fabs', ('fneg', a)), ('fabs', a)),
    (('iabs', ('iabs', a)), ('iabs', a)),
    (('iabs', ('ineg', a)), ('iabs', a)),
-   (('fadd', a, 0.0), a),
+   (('~fadd', a, 0.0), a),
    (('iadd', a, 0), a),
    (('usadd_4x8', a, 0), a),
    (('usadd_4x8', a, ~0), ~0),
-   (('fadd', ('fmul', a, b), ('fmul', a, c)), ('fmul', a, ('fadd', b, c))),
+   (('~fadd', ('fmul', a, b), ('fmul', a, c)), ('fmul', a, ('fadd', b, c))),
    (('iadd', ('imul', a, b), ('imul', a, c)), ('imul', a, ('iadd', b, c))),
-   (('fadd', ('fneg', a), a), 0.0),
+   (('~fadd', ('fneg', a), a), 0.0),
    (('iadd', ('ineg', a), a), 0),
    (('iadd', ('ineg', a), ('iadd', a, b)), b),
    (('iadd', a, ('iadd', ('ineg', a), b)), b),
-   (('fadd', ('fneg', a), ('fadd', a, b)), b),
-   (('fadd', a, ('fadd', ('fneg', a), b)), b),
-   (('fmul', a, 0.0), 0.0),
+   (('~fadd', ('fneg', a), ('fadd', a, b)), b),
+   (('~fadd', a, ('fadd', ('fneg', a), b)), b),
+   (('~fmul', a, 0.0), 0.0),
    (('imul', a, 0), 0),
    (('umul_unorm_4x8', a, 0), 0),
    (('umul_unorm_4x8', a, ~0), a),
@@ -74,50 +81,74 @@ optimizations = [
    (('imul', a, 1), a),
    (('fmul', a, -1.0), ('fneg', a)),
    (('imul', a, -1), ('ineg', a)),
-   (('ffma', 0.0, a, b), b),
-   (('ffma', a, 0.0, b), b),
-   (('ffma', a, b, 0.0), ('fmul', a, b)),
+   (('~ffma', 0.0, a, b), b),
+   (('~ffma', a, 0.0, b), b),
+   (('~ffma', a, b, 0.0), ('fmul', a, b)),
    (('ffma', a, 1.0, b), ('fadd', a, b)),
    (('ffma', 1.0, a, b), ('fadd', a, b)),
-   (('flrp', a, b, 0.0), a),
-   (('flrp', a, b, 1.0), b),
-   (('flrp', a, a, b), a),
-   (('flrp', 0.0, a, b), ('fmul', a, b)),
+   (('~flrp', a, b, 0.0), a),
+   (('~flrp', a, b, 1.0), b),
+   (('~flrp', a, a, b), a),
+   (('~flrp', 0.0, a, b), ('fmul', a, b)),
+   (('~flrp', a, b, ('b2f', c)), ('bcsel', c, b, a), 'options->lower_flrp'),
    (('flrp', a, b, c), ('fadd', ('fmul', c, ('fsub', b, a)), a), 'options->lower_flrp'),
    (('ffract', a), ('fsub', a, ('ffloor', a)), 'options->lower_ffract'),
-   (('fadd', ('fmul', a, ('fadd', 1.0, ('fneg', c))), ('fmul', b, c)), ('flrp', a, b, c), '!options->lower_flrp'),
-   (('fadd', a, ('fmul', c, ('fadd', b, ('fneg', a)))), ('flrp', a, b, c), '!options->lower_flrp'),
+   (('~fadd', ('fmul', a, ('fadd', 1.0, ('fneg', ('b2f', c)))), ('fmul', b, ('b2f', c))), ('bcsel', c, b, a), 'options->lower_flrp'),
+   (('~fadd', ('fmul', a, ('fadd', 1.0, ('fneg',         c ))), ('fmul', b,         c )), ('flrp', a, b, c), '!options->lower_flrp'),
+   (('~fadd', a, ('fmul', ('b2f', c), ('fadd', b, ('fneg', a)))), ('bcsel', c, b, a), 'options->lower_flrp'),
+   (('~fadd', a, ('fmul',         c , ('fadd', b, ('fneg', a)))), ('flrp', a, b, c), '!options->lower_flrp'),
    (('ffma', a, b, c), ('fadd', ('fmul', a, b), c), 'options->lower_ffma'),
-   (('fadd', ('fmul', a, b), c), ('ffma', a, b, c), '!options->lower_ffma'),
+   (('~fadd', ('fmul', a, b), c), ('ffma', a, b, c), '!options->lower_ffma'),
    # Comparison simplifications
-   (('inot', ('flt', a, b)), ('fge', a, b)),
-   (('inot', ('fge', a, b)), ('flt', a, b)),
-   (('inot', ('feq', a, b)), ('fne', a, b)),
-   (('inot', ('fne', a, b)), ('feq', a, b)),
+   (('~inot', ('flt', a, b)), ('fge', a, b)),
+   (('~inot', ('fge', a, b)), ('flt', a, b)),
+   (('~inot', ('feq', a, b)), ('fne', a, b)),
+   (('~inot', ('fne', a, b)), ('feq', a, b)),
    (('inot', ('ilt', a, b)), ('ige', a, b)),
    (('inot', ('ige', a, b)), ('ilt', a, b)),
    (('inot', ('ieq', a, b)), ('ine', a, b)),
    (('inot', ('ine', a, b)), ('ieq', a, b)),
+
+   # 0.0 >= b2f(a)
+   # b2f(a) <= 0.0
+   # b2f(a) == 0.0 because b2f(a) can only be 0 or 1
+   # inot(a)
+   (('fge', 0.0, ('b2f', a)), ('inot', a)),
+
+   # 0.0 < fabs(a)
+   # fabs(a) > 0.0
+   # fabs(a) != 0.0 because fabs(a) must be >= 0
+   # a != 0.0
+   (('flt', 0.0, ('fabs', a)), ('fne', a, 0.0)),
+
    (('fge', ('fneg', ('fabs', a)), 0.0), ('feq', a, 0.0)),
-   (('bcsel', ('flt', a, b), a, b), ('fmin', a, b)),
+   (('bcsel', ('flt', b, a), b, a), ('fmin', a, b)),
    (('bcsel', ('flt', a, b), b, a), ('fmax', a, b)),
    (('bcsel', ('inot', 'a@bool'), b, c), ('bcsel', a, c, b)),
    (('bcsel', a, ('bcsel', a, b, c), d), ('bcsel', a, b, d)),
+   (('bcsel', a, True, 'b@bool'), ('ior', a, b)),
    (('fmin', a, a), a),
    (('fmax', a, a), a),
    (('imin', a, a), a),
    (('imax', a, a), a),
    (('umin', a, a), a),
    (('umax', a, a), a),
-   (('fmin', ('fmax', a, 0.0), 1.0), ('fsat', a), '!options->lower_fsat'),
-   (('fmax', ('fmin', a, 1.0), 0.0), ('fsat', a), '!options->lower_fsat'),
+   (('~fmin', ('fmax', a, 0.0), 1.0), ('fsat', a), '!options->lower_fsat'),
+   (('~fmax', ('fmin', a, 1.0), 0.0), ('fsat', a), '!options->lower_fsat'),
    (('fsat', a), ('fmin', ('fmax', a, 0.0), 1.0), 'options->lower_fsat'),
    (('fsat', ('fsat', a)), ('fsat', a)),
-   (('fmin', ('fmax', ('fmin', ('fmax', a, 0.0), 1.0), 0.0), 1.0), ('fmin', ('fmax', a, 0.0), 1.0)),
-   (('ior', ('flt', a, b), ('flt', a, c)), ('flt', a, ('fmax', b, c))),
-   (('ior', ('flt', a, c), ('flt', b, c)), ('flt', ('fmin', a, b), c)),
-   (('ior', ('fge', a, b), ('fge', a, c)), ('fge', a, ('fmin', b, c))),
-   (('ior', ('fge', a, c), ('fge', b, c)), ('fge', ('fmax', a, b), c)),
+   (('fmin', ('fmax', ('fmin', ('fmax', a, b), c), b), c), ('fmin', ('fmax', a, b), c)),
+   (('imin', ('imax', ('imin', ('imax', a, b), c), b), c), ('imin', ('imax', a, b), c)),
+   (('umin', ('umax', ('umin', ('umax', a, b), c), b), c), ('umin', ('umax', a, b), c)),
+   (('extract_u8', ('imin', ('imax', a, 0), 0xff), 0), ('imin', ('imax', a, 0), 0xff)),
+   (('~ior', ('flt', a, b), ('flt', a, c)), ('flt', a, ('fmax', b, c))),
+   (('~ior', ('flt', a, c), ('flt', b, c)), ('flt', ('fmin', a, b), c)),
+   (('~ior', ('fge', a, b), ('fge', a, c)), ('fge', a, ('fmin', b, c))),
+   (('~ior', ('fge', a, c), ('fge', b, c)), ('fge', ('fmax', a, b), c)),
+   (('fabs', ('slt', a, b)), ('slt', a, b)),
+   (('fabs', ('sge', a, b)), ('sge', a, b)),
+   (('fabs', ('seq', a, b)), ('seq', a, b)),
+   (('fabs', ('sne', a, b)), ('sne', a, b)),
    (('slt', a, b), ('b2f', ('flt', a, b)), 'options->lower_scmp'),
    (('sge', a, b), ('b2f', ('fge', a, b)), 'options->lower_scmp'),
    (('seq', a, b), ('b2f', ('feq', a, b)), 'options->lower_scmp'),
@@ -149,6 +180,7 @@ optimizations = [
    (('ior', a, 0), a),
    (('fxor', a, a), 0.0),
    (('ixor', a, a), 0),
+   (('ixor', a, 0), a),
    (('inot', ('inot', a)), a),
    # DeMorgan's Laws
    (('iand', ('inot', a), ('inot', b)), ('inot', ('ior',  a, b))),
@@ -160,34 +192,38 @@ optimizations = [
    (('ishr', a, 0), a),
    (('ushr', 0, a), 0),
    (('ushr', a, 0), a),
+   (('iand', 0xff, ('ushr', a, 24)), ('ushr', a, 24)),
+   (('iand', 0xffff, ('ushr', a, 16)), ('ushr', a, 16)),
    # Exponential/logarithmic identities
-   (('fexp2', ('flog2', a)), a), # 2^lg2(a) = a
-   (('flog2', ('fexp2', a)), a), # lg2(2^a) = a
+   (('~fexp2', ('flog2', a)), a), # 2^lg2(a) = a
+   (('~flog2', ('fexp2', a)), a), # lg2(2^a) = a
    (('fpow', a, b), ('fexp2', ('fmul', ('flog2', a), b)), 'options->lower_fpow'), # a^b = 2^(lg2(a)*b)
-   (('fexp2', ('fmul', ('flog2', a), b)), ('fpow', a, b), '!options->lower_fpow'), # 2^(lg2(a)*b) = a^b
-   (('fpow', a, 1.0), a),
-   (('fpow', a, 2.0), ('fmul', a, a)),
-   (('fpow', a, 4.0), ('fmul', ('fmul', a, a), ('fmul', a, a))),
-   (('fpow', 2.0, a), ('fexp2', a)),
-   (('fpow', ('fpow', a, 2.2), 0.454545), a),
-   (('fpow', ('fabs', ('fpow', a, 2.2)), 0.454545), ('fabs', a)),
-   (('fsqrt', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fmul', 0.5, a))),
-   (('frcp', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fneg', a))),
-   (('frsq', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fmul', -0.5, a))),
-   (('flog2', ('fsqrt', a)), ('fmul', 0.5, ('flog2', a))),
-   (('flog2', ('frcp', a)), ('fneg', ('flog2', a))),
-   (('flog2', ('frsq', a)), ('fmul', -0.5, ('flog2', a))),
-   (('flog2', ('fpow', a, b)), ('fmul', b, ('flog2', a))),
-   (('fadd', ('flog2', a), ('flog2', b)), ('flog2', ('fmul', a, b))),
-   (('fadd', ('flog2', a), ('fneg', ('flog2', b))), ('flog2', ('fdiv', a, b))),
-   (('fmul', ('fexp2', a), ('fexp2', b)), ('fexp2', ('fadd', a, b))),
+   (('~fexp2', ('fmul', ('flog2', a), b)), ('fpow', a, b), '!options->lower_fpow'), # 2^(lg2(a)*b) = a^b
+   (('~fexp2', ('fadd', ('fmul', ('flog2', a), b), ('fmul', ('flog2', c), d))),
+    ('~fmul', ('fpow', a, b), ('fpow', c, d)), '!options->lower_fpow'), # 2^(lg2(a) * b + lg2(c) + d) = a^b * c^d
+   (('~fpow', a, 1.0), a),
+   (('~fpow', a, 2.0), ('fmul', a, a)),
+   (('~fpow', a, 4.0), ('fmul', ('fmul', a, a), ('fmul', a, a))),
+   (('~fpow', 2.0, a), ('fexp2', a)),
+   (('~fpow', ('fpow', a, 2.2), 0.454545), a),
+   (('~fpow', ('fabs', ('fpow', a, 2.2)), 0.454545), ('fabs', a)),
+   (('~fsqrt', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fmul', 0.5, a))),
+   (('~frcp', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fneg', a))),
+   (('~frsq', ('fexp2', a)), ('fexp2', ('fmul', -0.5, a))),
+   (('~flog2', ('fsqrt', a)), ('fmul', 0.5, ('flog2', a))),
+   (('~flog2', ('frcp', a)), ('fneg', ('flog2', a))),
+   (('~flog2', ('frsq', a)), ('fmul', -0.5, ('flog2', a))),
+   (('~flog2', ('fpow', a, b)), ('fmul', b, ('flog2', a))),
+   (('~fadd', ('flog2', a), ('flog2', b)), ('flog2', ('fmul', a, b))),
+   (('~fadd', ('flog2', a), ('fneg', ('flog2', b))), ('flog2', ('fdiv', a, b))),
+   (('~fmul', ('fexp2', a), ('fexp2', b)), ('fexp2', ('fadd', a, b))),
    # Division and reciprocal
-   (('fdiv', 1.0, a), ('frcp', a)),
+   (('~fdiv', 1.0, a), ('frcp', a)),
    (('fdiv', a, b), ('fmul', a, ('frcp', b)), 'options->lower_fdiv'),
-   (('frcp', ('frcp', a)), a),
-   (('frcp', ('fsqrt', a)), ('frsq', a)),
+   (('~frcp', ('frcp', a)), a),
+   (('~frcp', ('fsqrt', a)), ('frsq', a)),
    (('fsqrt', a), ('frcp', ('frsq', a)), 'options->lower_fsqrt'),
-   (('frcp', ('frsq', a)), ('fsqrt', a), '!options->lower_fsqrt'),
+   (('~frcp', ('frsq', a)), ('fsqrt', a), '!options->lower_fsqrt'),
    # Boolean simplifications
    (('ieq', 'a@bool', True), a),
    (('ine', 'a@bool', True), ('inot', a)),
@@ -208,9 +244,23 @@ optimizations = [
    (('i2b', ('b2i', a)), a),
    (('f2i', ('ftrunc', a)), ('f2i', a)),
    (('f2u', ('ftrunc', a)), ('f2u', a)),
+   (('i2b', ('ineg', a)), ('i2b', a)),
+   (('i2b', ('iabs', a)), ('i2b', a)),
+   (('fabs', ('b2f', a)), ('b2f', a)),
+   (('iabs', ('b2i', a)), ('b2i', a)),
+
+   # Byte extraction
+   (('ushr', a, 24), ('extract_u8', a, 3), '!options->lower_extract_byte'),
+   (('iand', 0xff, ('ushr', a, 16)), ('extract_u8', a, 2), '!options->lower_extract_byte'),
+   (('iand', 0xff, ('ushr', a,  8)), ('extract_u8', a, 1), '!options->lower_extract_byte'),
+   (('iand', 0xff, a), ('extract_u8', a, 0), '!options->lower_extract_byte'),
+
+    # Word extraction
+   (('ushr', a, 16), ('extract_u16', a, 1), '!options->lower_extract_word'),
+   (('iand', 0xffff, a), ('extract_u16', a, 0), '!options->lower_extract_word'),
 
    # Subtracts
-   (('fsub', a, ('fsub', 0.0, b)), ('fadd', a, b)),
+   (('~fsub', a, ('fsub', 0.0, b)), ('fadd', a, b)),
    (('isub', a, ('isub', 0, b)), ('iadd', a, b)),
    (('ussub_4x8', a, 0), a),
    (('ussub_4x8', a, ~0), 0),
@@ -218,11 +268,23 @@ optimizations = [
    (('isub', a, b), ('iadd', a, ('ineg', b)), 'options->lower_sub'),
    (('fneg', a), ('fsub', 0.0, a), 'options->lower_negate'),
    (('ineg', a), ('isub', 0, a), 'options->lower_negate'),
-   (('fadd', a, ('fsub', 0.0, b)), ('fsub', a, b)),
+   (('~fadd', a, ('fsub', 0.0, b)), ('fsub', a, b)),
    (('iadd', a, ('isub', 0, b)), ('isub', a, b)),
    (('fabs', ('fsub', 0.0, a)), ('fabs', a)),
    (('iabs', ('isub', 0, a)), ('iabs', a)),
 
+   # Propagate negation up multiplication chains
+   (('fmul', ('fneg', a), b), ('fneg', ('fmul', a, b))),
+   (('imul', ('ineg', a), b), ('ineg', ('imul', a, b))),
+
+   # Reassociate constants in add/mul chains so they can be folded together.
+   # For now, we only handle cases where the constants are separated by
+   # a single non-constant.  We could do better eventually.
+   (('~fmul', '#a', ('fmul', b, '#c')), ('fmul', ('fmul', a, c), b)),
+   (('imul', '#a', ('imul', b, '#c')), ('imul', ('imul', a, c), b)),
+   (('~fadd', '#a', ('fadd', b, '#c')), ('fadd', ('fadd', a, c), b)),
+   (('iadd', '#a', ('iadd', b, '#c')), ('iadd', ('iadd', a, c), b)),
+
    # Misc. lowering
    (('fmod', a, b), ('fsub', a, ('fmul', b, ('ffloor', ('fdiv', a, b)))), 'options->lower_fmod'),
    (('uadd_carry', a, b), ('b2i', ('ult', ('iadd', a, b), a)), 'options->lower_uadd_carry'),
@@ -258,8 +320,69 @@ optimizations = [
    (('extract_u16', a, b),
     ('iand', ('ushr', a, ('imul', b, 16)), 0xffff),
     'options->lower_extract_word'),
+
+    (('pack_unorm_2x16', 'v'),
+     ('pack_uvec2_to_uint',
+        ('f2u', ('fround_even', ('fmul', ('fsat', 'v'), 65535.0)))),
+     'options->lower_pack_unorm_2x16'),
+
+    (('pack_unorm_4x8', 'v'),
+     ('pack_uvec4_to_uint',
+        ('f2u', ('fround_even', ('fmul', ('fsat', 'v'), 255.0)))),
+     'options->lower_pack_unorm_4x8'),
+
+    (('pack_snorm_2x16', 'v'),
+     ('pack_uvec2_to_uint',
+        ('f2i', ('fround_even', ('fmul', ('fmin', 1.0, ('fmax', -1.0, 'v')), 32767.0)))),
+     'options->lower_pack_snorm_2x16'),
+
+    (('pack_snorm_4x8', 'v'),
+     ('pack_uvec4_to_uint',
+        ('f2i', ('fround_even', ('fmul', ('fmin', 1.0, ('fmax', -1.0, 'v')), 127.0)))),
+     'options->lower_pack_snorm_4x8'),
+
+    (('unpack_unorm_2x16', 'v'),
+     ('fdiv', ('u2f', ('vec2', ('extract_u16', 'v', 0),
+                               ('extract_u16', 'v', 1))),
+              65535.0),
+     'options->lower_unpack_unorm_2x16'),
+
+    (('unpack_unorm_4x8', 'v'),
+     ('fdiv', ('u2f', ('vec4', ('extract_u8', 'v', 0),
+                               ('extract_u8', 'v', 1),
+                               ('extract_u8', 'v', 2),
+                               ('extract_u8', 'v', 3))),
+              255.0),
+     'options->lower_unpack_unorm_4x8'),
+
+    (('unpack_snorm_2x16', 'v'),
+     ('fmin', 1.0, ('fmax', -1.0, ('fdiv', ('i2f', ('vec2', ('extract_i16', 'v', 0),
+                                                            ('extract_i16', 'v', 1))),
+                                           32767.0))),
+     'options->lower_unpack_snorm_2x16'),
+
+    (('unpack_snorm_4x8', 'v'),
+     ('fmin', 1.0, ('fmax', -1.0, ('fdiv', ('i2f', ('vec4', ('extract_i8', 'v', 0),
+                                                            ('extract_i8', 'v', 1),
+                                                            ('extract_i8', 'v', 2),
+                                                            ('extract_i8', 'v', 3))),
+                                           127.0))),
+     'options->lower_unpack_snorm_4x8'),
 ]
 
+# Unreal Engine 4 demo applications open-codes bitfieldReverse()
+def bitfield_reverse(u):
+    step1 = ('ior', ('ishl', u, 16), ('ushr', u, 16))
+    step2 = ('ior', ('ishl', ('iand', step1, 0x00ff00ff), 8), ('ushr', ('iand', step1, 0xff00ff00), 8))
+    step3 = ('ior', ('ishl', ('iand', step2, 0x0f0f0f0f), 4), ('ushr', ('iand', step2, 0xf0f0f0f0), 4))
+    step4 = ('ior', ('ishl', ('iand', step3, 0x33333333), 2), ('ushr', ('iand', step3, 0xcccccccc), 2))
+    step5 = ('ior', ('ishl', ('iand', step4, 0x55555555), 1), ('ushr', ('iand', step4, 0xaaaaaaaa), 1))
+
+    return step5
+
+optimizations += [(bitfield_reverse('x'), ('bitfield_reverse', 'x'))]
+
+
 # Add optimizations to handle the case where the result of a ternary is
 # compared to a constant.  This way we can take things like
 #
@@ -286,10 +409,13 @@ for op in ['flt', 'fge', 'feq', 'fne',
 # they help code generation but do not necessarily produce code that is
 # more easily optimizable.
 late_optimizations = [
+   # Most of these optimizations aren't quite safe when you get infinity or
+   # Nan involved but the first one should be fine.
    (('flt', ('fadd', a, b), 0.0), ('flt', a, ('fneg', b))),
-   (('fge', ('fadd', a, b), 0.0), ('fge', a, ('fneg', b))),
-   (('feq', ('fadd', a, b), 0.0), ('feq', a, ('fneg', b))),
-   (('fne', ('fadd', a, b), 0.0), ('fne', a, ('fneg', b))),
+   (('~fge', ('fadd', a, b), 0.0), ('fge', a, ('fneg', b))),
+   (('~feq', ('fadd', a, b), 0.0), ('feq', a, ('fneg', b))),
+   (('~fne', ('fadd', a, b), 0.0), ('fne', a, ('fneg', b))),
+
    (('fdot2', a, b), ('fdot_replicated2', a, b), 'options->fdot_replicates'),
    (('fdot3', a, b), ('fdot_replicated3', a, b), 'options->fdot_replicates'),
    (('fdot4', a, b), ('fdot_replicated4', a, b), 'options->fdot_replicates'),