source: src/ResolvExpr/ResolveAssertions.cc @ bab2917

Last change on this file since bab2917 was 8f06277, checked in by Andrew Beach <ajbeach@…>, 21 months ago

Some clean-up in Common/utility.h. Deleted some unused declarations and moved others to one of two new headers.

  • Property mode set to 100644
File size: 18.3 KB
Line 
1//
2// Cforall Version 1.0.0 Copyright (C) 2015 University of Waterloo
3//
4// The contents of this file are covered under the licence agreement in the
5// file "LICENCE" distributed with Cforall.
6//
7// ResolveAssertions.cc --
8//
9// Author           : Aaron B. Moss
10// Created On       : Fri Oct 05 13:46:00 2018
11// Last Modified By : Andrew Beach
12// Last Modified On : Thu Aug  8 16:47:00 2019
13// Update Count     : 3
14//
15
16#include "ResolveAssertions.h"
17
18#include <algorithm>                // for sort
19#include <cassert>                  // for assertf
20#include <list>                     // for list
21#include <memory>                   // for unique_ptr
22#include <sstream>                  // for ostringstream
23#include <string>                   // for string
24#include <unordered_map>            // for unordered_map, unordered_multimap
25#include <utility>                  // for move
26#include <vector>                   // for vector
27
28#include "AdjustExprType.hpp"       // for adjustExprType
29#include "Alternative.h"            // for Alternative, AssertionItem, AssertionList
30#include "Common/FilterCombos.h"    // for filterCombos
31#include "Common/Indenter.h"        // for Indenter
32#include "GenPoly/GenPoly.h"        // for getFunctionType
33#include "ResolvExpr/AlternativeFinder.h"  // for computeConversionCost
34#include "ResolvExpr/RenameVars.h"  // for renameTyVars
35#include "SpecCost.hpp"             // for specCost
36#include "SymTab/Indexer.h"         // for Indexer
37#include "SymTab/Mangler.h"         // for Mangler
38#include "SynTree/Expression.h"     // for InferredParams
39#include "TypeEnvironment.h"        // for TypeEnvironment, etc.
40#include "Unify.h"                  // for unify
41
42namespace ResolvExpr {
43        /// Unified assertion candidate
44        struct AssnCandidate {
45                SymTab::Indexer::IdData cdata;  ///< Satisfying declaration
46                Type* adjType;                  ///< Satisfying type
47                TypeEnvironment env;            ///< Post-unification environment
48                AssertionSet have;              ///< Post-unification have-set
49                AssertionSet need;              ///< Post-unification need-set
50                OpenVarSet openVars;            ///< Post-unification open-var set
51                UniqueId resnSlot;              ///< Slot for any recursive assertion IDs
52
53                AssnCandidate( const SymTab::Indexer::IdData& cdata, Type* adjType, TypeEnvironment&& env,
54                        AssertionSet&& have, AssertionSet&& need, OpenVarSet&& openVars, UniqueId resnSlot )
55                : cdata(cdata), adjType(adjType), env(std::move(env)), have(std::move(have)),
56                        need(std::move(need)), openVars(std::move(openVars)), resnSlot(resnSlot) {}
57        };
58
59        /// List of candidate assertion resolutions
60        using CandidateList = std::vector<AssnCandidate>;
61
62        /// Reference to single deferred item
63        struct DeferRef {
64                const DeclarationWithType* decl;
65                const AssertionSetValue& info;
66                const AssnCandidate& match;
67        };
68
69        /// Wrapper for the deferred items from a single assertion resolution.
70        /// Acts like indexed list of DeferRef
71        struct DeferItem {
72                const DeclarationWithType* decl;
73                const AssertionSetValue& info;
74                CandidateList matches;
75
76                DeferItem( const DeclarationWithType* decl, const AssertionSetValue& info, CandidateList&& matches )
77                : decl(decl), info(info), matches(std::move(matches)) {}
78
79                bool empty() const { return matches.empty(); }
80
81                CandidateList::size_type size() const { return matches.size(); }
82
83                DeferRef operator[] ( unsigned i ) const { return { decl, info, matches[i] }; }
84        };
85
86        /// List of deferred resolution items
87        using DeferList = std::vector<DeferItem>;
88
89        /// Combo iterator that combines candidates into an output list, merging their environments.
90        /// Rejects an appended candidate if the environments cannot be merged.
91        class CandidateEnvMerger {
92                /// Current list of merged candidates
93                std::vector<DeferRef> crnt;
94                /// Stack of environments to support backtracking
95                std::vector<TypeEnvironment> envs;
96                /// Stack of open variables to support backtracking
97                std::vector<OpenVarSet> varSets;
98                /// Indexer to use for merges
99                const SymTab::Indexer& indexer;
100
101        public:
102                /// The merged environment/open variables and the list of candidates
103                struct OutType {
104                        TypeEnvironment env;
105                        OpenVarSet openVars;
106                        std::vector<DeferRef> assns;
107                        Cost cost;
108
109                        OutType( const TypeEnvironment& env, const OpenVarSet& openVars,
110                                const std::vector<DeferRef>& assns )
111                        : env(env), openVars(openVars), assns(assns), cost(Cost::infinity) {}
112                };
113
114                CandidateEnvMerger( const TypeEnvironment& env, const OpenVarSet& openVars,
115                        const SymTab::Indexer& indexer )
116                : crnt(), envs{ env }, varSets{ openVars }, indexer(indexer) {}
117
118                bool append( DeferRef i ) {
119                        TypeEnvironment env = envs.back();
120                        OpenVarSet openVars = varSets.back();
121                        mergeOpenVars( openVars, i.match.openVars );
122
123                        if ( ! env.combine( i.match.env, openVars, indexer ) ) return false;
124
125                        crnt.emplace_back( i );
126                        envs.emplace_back( env );
127                        varSets.emplace_back( openVars );
128                        return true;
129                }
130
131                void backtrack() {
132                        crnt.pop_back();
133                        envs.pop_back();
134                        varSets.pop_back();
135                }
136
137                OutType finalize() { return { envs.back(), varSets.back(), crnt }; }
138        };
139
140        /// Comparator for CandidateEnvMerger outputs that sums their costs and caches the stored
141        /// sums
142        struct CandidateCost {
143                using Element = CandidateEnvMerger::OutType;
144        private:
145                const SymTab::Indexer& indexer;  ///< Indexer for costing
146
147        public:
148                CandidateCost( const SymTab::Indexer& indexer ) : indexer(indexer) {}
149
150                /// reports the cost of an element
151                Cost get( Element& x ) const {
152                        // check cached cost
153                        if ( x.cost != Cost::infinity ) return x.cost;
154
155                        // generate cost
156                        Cost k = Cost::zero;
157                        for ( const auto& assn : x.assns ) {
158                                // compute conversion cost from satisfying decl to assertion
159                                k += computeConversionCost(
160                                        assn.match.adjType, assn.decl->get_type(), false, indexer, x.env );
161
162                                // mark vars+specialization cost on function-type assertions
163                                FunctionType* func = GenPoly::getFunctionType( assn.match.cdata.id->get_type() );
164                                if ( ! func ) continue;
165
166                                for ( DeclarationWithType* formal : func->parameters ) {
167                                        k.decSpec( specCost( formal->get_type() ) );
168                                }
169                                k.incVar( func->forall.size() );
170                                for ( TypeDecl* td : func->forall ) {
171                                        k.decSpec( td->assertions.size() );
172                                }
173                        }
174
175                        // cache and return
176                        x.cost = k;
177                        return k;
178                }
179
180                /// compares elements by cost
181                bool operator() ( Element& a, Element& b ) const {
182                        return get( a ) < get( b );
183                }
184        };
185
186        /// Set of assertion resolutions, grouped by resolution ID
187        using InferCache = std::unordered_map< UniqueId, InferredParams >;
188
189        /// Lexicographically-ordered vector of costs
190        using CostVec = std::vector< Cost >;
191
192        int compare( const CostVec & a, const CostVec & b ) {
193                unsigned i = 0;
194                do {
195                        // lex-compare where shorter one is less
196                        if ( i == a.size() ) {
197                                return i == b.size() ? 0 : -1;
198                        }
199                        if ( i == b.size() /* && i < a.size() */ ) return 1;
200
201                        int c = a[i].compare( b[i] );
202                        if ( c != 0 ) return c;
203                } while ( ++i );
204                assert(!"unreachable");
205        }
206
207        bool operator< ( const CostVec & a, const CostVec & b ) { return compare( a, b ) < 0; }
208
209        /// Flag for state iteration
210        enum IterateFlag { IterateState };
211
212        /// State needed to resolve a set of assertions
213        struct ResnState {
214                Alternative alt;           ///< Alternative assertion is rooted on
215                AssertionList need;        ///< Assertions to find
216                AssertionSet newNeed;      ///< New assertions for current resolutions
217                DeferList deferred;        ///< Deferred matches
218                InferCache inferred;       ///< Cache of already-inferred parameters
219                CostVec costs;             ///< Costs of recursive assertion satisfaction for disambiguation
220                SymTab::Indexer& indexer;  ///< Name lookup (depends on previous assertions)
221
222                /// Initial resolution state for an alternative
223                ResnState( Alternative & a, SymTab::Indexer & indexer )
224                : alt(a), need(), newNeed(), deferred(), inferred(), costs{ Cost::zero }, indexer(indexer) {
225                        need.swap( a.need );
226                }
227
228                /// Updated resolution state with new need-list
229                ResnState( ResnState && o, IterateFlag )
230                : alt(std::move(o.alt)), need(o.newNeed.begin(), o.newNeed.end()), newNeed(), deferred(),
231                  inferred(std::move(o.inferred)), costs(o.costs), indexer(o.indexer) {
232                        costs.emplace_back( Cost::zero );
233                }
234        };
235
236        /// Binds a single assertion, updating resolution state
237        void bindAssertion( const DeclarationWithType * decl, AssertionSetValue info, Alternative & alt,
238                        AssnCandidate & match, InferCache & inferred ) {
239
240                const DeclarationWithType * candidate = match.cdata.id;
241                assertf( candidate->uniqueId, "Assertion candidate does not have a unique ID: %s", toString( candidate ).c_str() );
242
243                Expression * varExpr = match.cdata.combine( alt.cvtCost );
244                delete varExpr->result;
245                varExpr->result = match.adjType->clone();
246                if ( match.resnSlot ) { varExpr->resnSlots.push_back( match.resnSlot ); }
247
248                // place newly-inferred assertion in proper place in cache
249                inferred[ info.resnSlot ][ decl->get_uniqueId() ] = ParamEntry{
250                                candidate->uniqueId, candidate->clone(), match.adjType->clone(), decl->get_type()->clone(),
251                                varExpr };
252        }
253
254        /// Adds a captured assertion to the symbol table
255        void addToIndexer( AssertionSet & assertSet, SymTab::Indexer & indexer ) {
256                for ( auto&  i : assertSet ) {
257                        if ( i.second.isUsed ) {
258                                indexer.addId( i.first );
259                        }
260                }
261        }
262
263        // in AlternativeFinder.cc; unique ID for assertion resolutions
264        extern UniqueId globalResnSlot;
265
266        /// Resolve a single assertion, in context
267        bool resolveAssertion( AssertionItem & assn, ResnState & resn ) {
268                // skip unused assertions
269                if ( ! assn.info.isUsed ) return true;
270
271                // lookup candidates for this assertion
272                std::list< SymTab::Indexer::IdData > candidates;
273                resn.indexer.lookupId( assn.decl->name, candidates );
274
275                // find the candidates that unify with the desired type
276                CandidateList matches;
277                for ( const auto & cdata : candidates ) {
278                        const DeclarationWithType * candidate = cdata.id;
279
280                        // ignore deleted candidates.
281                        // NOTE: this behavior is different from main resolver.
282                        // further investigations might be needed to determine
283                        // if we should implement the same rule here
284                        // (i.e. error if unique best match is deleted)
285                        if (candidate->isDeleted) continue;
286
287                        // build independent unification context. for candidate
288                        AssertionSet have, newNeed;
289                        TypeEnvironment newEnv{ resn.alt.env };
290                        OpenVarSet newOpenVars{ resn.alt.openVars };
291                        Type * adjType = candidate->get_type()->clone();
292                        adjustExprType( adjType, newEnv, resn.indexer );
293                        renameTyVars( adjType );
294
295                        // keep unifying candidates
296                        if ( unify( assn.decl->get_type(), adjType, newEnv, newNeed, have, newOpenVars,
297                                        resn.indexer ) ) {
298                                // set up binding slot for recursive assertions
299                                UniqueId crntResnSlot = 0;
300                                if ( ! newNeed.empty() ) {
301                                        crntResnSlot = ++globalResnSlot;
302                                        for ( auto& a : newNeed ) {
303                                                a.second.resnSlot = crntResnSlot;
304                                        }
305                                }
306
307                                matches.emplace_back( cdata, adjType, std::move(newEnv), std::move(have),
308                                        std::move(newNeed), std::move(newOpenVars), crntResnSlot );
309                        } else {
310                                delete adjType;
311                        }
312                }
313
314                // break if no suitable assertion
315                if ( matches.empty() ) return false;
316
317                // defer if too many suitable assertions
318                if ( matches.size() > 1 ) {
319                        resn.deferred.emplace_back( assn.decl, assn.info, std::move(matches) );
320                        return true;
321                }
322
323                // otherwise bind current match in ongoing scope
324                AssnCandidate& match = matches.front();
325                addToIndexer( match.have, resn.indexer );
326                resn.newNeed.insert( match.need.begin(), match.need.end() );
327                resn.alt.env = std::move(match.env);
328                resn.alt.openVars = std::move(match.openVars);
329
330                bindAssertion( assn.decl, assn.info, resn.alt, match, resn.inferred );
331                return true;
332        }
333
334        /// Associates inferred parameters with an expression
335        struct InferMatcher {
336                InferCache& inferred;
337
338                InferMatcher( InferCache& inferred ) : inferred( inferred ) {}
339
340                Expression* postmutate( Expression* expr ) {
341                        // defer missing inferred parameters until they are hopefully found later
342                        std::vector<UniqueId> missingSlots;
343                        // place inferred parameters into resolution slots
344                        for ( UniqueId slot : expr->resnSlots ) {
345                                // fail if no matching parameters found
346                                auto it = inferred.find( slot );
347                                if ( it == inferred.end() ) {
348                                        missingSlots.push_back( slot );
349                                        continue;
350                                }
351                                InferredParams& inferParams = it->second;
352
353                                // place inferred parameters into proper place in expression
354                                for ( auto& entry : inferParams ) {
355                                        // recurse on inferParams of resolved expressions
356                                        entry.second.expr = postmutate( entry.second.expr );
357                                        // xxx - look at entry.second.inferParams?
358                                        auto res = expr->inferParams.emplace( entry.first, entry.second );
359                                        assert(res.second);
360                                }
361                        }
362
363                        // clear resolution slots and return
364                        expr->resnSlots.swap( missingSlots );
365                        return expr;
366                }
367        };
368
369        /// Map of alternative return types to recursive assertion satisfaction costs
370        using PruneMap = std::unordered_map<std::string, CostVec>;
371
372        /// Gets the pruning key for an alternative
373        std::string pruneKey( const Alternative & alt ) {
374                Type* resType = alt.expr->result->clone();
375                alt.env.apply( resType );
376                std::string resKey = SymTab::Mangler::mangleType( resType );
377                delete resType;
378                return resKey;
379        }
380
381        /// Replace resnSlots with inferParams and add alternative to output list, if meets pruning
382        /// threshold.
383        void finalizeAssertions( ResnState& resn, PruneMap & pruneThresholds, AltList& out ) {
384                // prune if cheaper alternative for same key has already been generated
385                std::string resKey = pruneKey( resn.alt );
386                auto it = pruneThresholds.find( resKey );
387                if ( it != pruneThresholds.end() ) {
388                        if ( it->second < resn.costs ) return;
389                } else {
390                        pruneThresholds.emplace_hint( it, resKey, resn.costs );
391                }
392
393                // replace resolution slots with inferred params, add to output
394                PassVisitor<InferMatcher> matcher{ resn.inferred };
395                resn.alt.expr = resn.alt.expr->acceptMutator( matcher );
396                out.emplace_back( resn.alt );
397        }
398
399        /// Limit to depth of recursion of assertion satisfaction
400        static const int recursionLimit = 7;
401        /// Maximum number of simultaneously-deferred assertions to attempt concurrent satisfaction of
402        static const int deferLimit = 10;
403
404        void resolveAssertions( Alternative& alt, const SymTab::Indexer& indexer, AltList& out, std::list<std::string>& errors ) {
405                // finish early if no assertions to resolve
406                if ( alt.need.empty() ) {
407                        out.emplace_back( alt );
408                        return;
409                }
410
411                // build list of possible resolutions
412                using ResnList = std::vector<ResnState>;
413                SymTab::Indexer root_indexer{ indexer };
414                ResnList resns{ ResnState{ alt, root_indexer } };
415                ResnList new_resns{};
416
417                // Pruning thresholds by result type of the output alternatives.
418                // Alternatives *should* be generated in sorted order, so no need to retroactively prune
419                PruneMap thresholds;
420
421                // resolve assertions in breadth-first-order up to a limited number of levels deep
422                for ( unsigned level = 0; level < recursionLimit; ++level ) {
423                        // scan over all mutually-compatible resolutions
424                        for ( auto& resn : resns ) {
425                                // stop this branch if already found a better option
426                                auto it = thresholds.find( pruneKey( resn.alt ) );
427                                if ( it != thresholds.end() && it->second < resn.costs ) goto nextResn;
428
429                                // make initial pass at matching assertions
430                                for ( auto& assn : resn.need ) {
431                                        // fail early if any assertion is not resolvable
432                                        if ( ! resolveAssertion( assn, resn ) ) {
433                                                Indenter tabs{ 3 };
434                                                std::ostringstream ss;
435                                                ss << tabs << "Unsatisfiable alternative:\n";
436                                                resn.alt.print( ss, ++tabs );
437                                                ss << (tabs-1) << "Could not satisfy assertion:\n";
438                                                assn.decl->print( ss, tabs );
439
440                                                errors.emplace_back( ss.str() );
441                                                goto nextResn;
442                                        }
443                                }
444
445                                if ( resn.deferred.empty() ) {
446                                        // either add successful match or push back next state
447                                        if ( resn.newNeed.empty() ) {
448                                                finalizeAssertions( resn, thresholds, out );
449                                        } else {
450                                                new_resns.emplace_back( std::move(resn), IterateState );
451                                        }
452                                } else if ( resn.deferred.size() > deferLimit ) {
453                                        // too many deferred assertions to attempt mutual compatibility
454                                        Indenter tabs{ 3 };
455                                        std::ostringstream ss;
456                                        ss << tabs << "Unsatisfiable alternative:\n";
457                                        resn.alt.print( ss, ++tabs );
458                                        ss << (tabs-1) << "Too many non-unique satisfying assignments for "
459                                                "assertions:\n";
460                                        for ( const auto& d : resn.deferred ) {
461                                                d.decl->print( ss, tabs );
462                                        }
463
464                                        errors.emplace_back( ss.str() );
465                                        goto nextResn;
466                                } else {
467                                        // resolve deferred assertions by mutual compatibility
468                                        std::vector<CandidateEnvMerger::OutType> compatible = filterCombos(
469                                                resn.deferred,
470                                                CandidateEnvMerger{ resn.alt.env, resn.alt.openVars, resn.indexer } );
471                                        // fail early if no mutually-compatible assertion satisfaction
472                                        if ( compatible.empty() ) {
473                                                Indenter tabs{ 3 };
474                                                std::ostringstream ss;
475                                                ss << tabs << "Unsatisfiable alternative:\n";
476                                                resn.alt.print( ss, ++tabs );
477                                                ss << (tabs-1) << "No mutually-compatible satisfaction for assertions:\n";
478                                                for ( const auto& d : resn.deferred ) {
479                                                        d.decl->print( ss, tabs );
480                                                }
481
482                                                errors.emplace_back( ss.str() );
483                                                goto nextResn;
484                                        }
485                                        // sort by cost for overall pruning
486                                        CandidateCost coster{ resn.indexer };
487                                        std::sort( compatible.begin(), compatible.end(), coster );
488
489                                        for ( auto& compat : compatible ) {
490                                                ResnState new_resn = resn;
491
492                                                // add compatible assertions to new resolution state
493                                                for ( DeferRef r : compat.assns ) {
494                                                        AssnCandidate match = r.match;
495                                                        addToIndexer( match.have, new_resn.indexer );
496                                                        new_resn.newNeed.insert( match.need.begin(), match.need.end() );
497
498                                                        bindAssertion( r.decl, r.info, new_resn.alt, match, new_resn.inferred );
499                                                }
500
501                                                // set mutual environment into resolution state
502                                                new_resn.alt.env = std::move(compat.env);
503                                                new_resn.alt.openVars = std::move(compat.openVars);
504
505                                                // mark cost of this path
506                                                new_resn.costs.back() += compat.cost;
507
508                                                // either add sucessful match or push back next state
509                                                if ( new_resn.newNeed.empty() ) {
510                                                        finalizeAssertions( new_resn, thresholds, out );
511                                                } else {
512                                                        new_resns.emplace_back( std::move(new_resn), IterateState );
513                                                }
514                                        }
515                                }
516                        nextResn:; }
517
518                        // finish or reset for next round
519                        if ( new_resns.empty() ) return;
520                        resns.swap( new_resns );
521                        new_resns.clear();
522                }
523
524                // exceeded recursion limit if reaches here
525                if ( out.empty() ) {
526                        SemanticError( alt.expr->location, "Too many recursive assertions" );
527                }
528        }
529} // namespace ResolvExpr
530
531// Local Variables: //
532// tab-width: 4 //
533// mode: c++ //
534// compile-command: "make install" //
535// End: //
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.