1 /*
2  * Copyright 2008-2009 Katholieke Universiteit Leuven
3  * Copyright 2010      INRIA Saclay
4  * Copyright 2014      Ecole Normale Superieure
5  * Copyright 2017      Sven Verdoolaege
6  *
7  * Use of this software is governed by the MIT license
8  *
9  * Written by Sven Verdoolaege, K.U.Leuven, Departement
10  * Computerwetenschappen, Celestijnenlaan 200A, B-3001 Leuven, Belgium
11  * and INRIA Saclay - Ile-de-France, Parc Club Orsay Universite,
12  * ZAC des vignes, 4 rue Jacques Monod, 91893 Orsay, France
13  * and Ecole Normale Superieure, 45 rue d'Ulm, 75230 Paris, France
14  */
15 
16 #include <isl_ctx_private.h>
17 #include <isl_map_private.h>
18 #include <isl/space.h>
19 #include <isl_seq.h>
20 #include <isl_mat_private.h>
21 #include <isl_vec_private.h>
22 #include <isl_space_private.h>
23 #include <isl_val_private.h>
24 
isl_mat_get_ctx(__isl_keep isl_mat * mat)25 isl_ctx *isl_mat_get_ctx(__isl_keep isl_mat *mat)
26 {
27 	return mat ? mat->ctx : NULL;
28 }
29 
30 /* Return a hash value that digests "mat".
31  */
isl_mat_get_hash(__isl_keep isl_mat * mat)32 uint32_t isl_mat_get_hash(__isl_keep isl_mat *mat)
33 {
34 	int i;
35 	uint32_t hash;
36 
37 	if (!mat)
38 		return 0;
39 
40 	hash = isl_hash_init();
41 	isl_hash_byte(hash, mat->n_row & 0xFF);
42 	isl_hash_byte(hash, mat->n_col & 0xFF);
43 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
44 		uint32_t row_hash;
45 
46 		row_hash = isl_seq_get_hash(mat->row[i], mat->n_col);
47 		isl_hash_hash(hash, row_hash);
48 	}
49 
50 	return hash;
51 }
52 
isl_mat_alloc(isl_ctx * ctx,unsigned n_row,unsigned n_col)53 __isl_give isl_mat *isl_mat_alloc(isl_ctx *ctx,
54 	unsigned n_row, unsigned n_col)
55 {
56 	int i;
57 	struct isl_mat *mat;
58 
59 	mat = isl_alloc_type(ctx, struct isl_mat);
60 	if (!mat)
61 		return NULL;
62 
63 	mat->row = NULL;
64 	mat->block = isl_blk_alloc(ctx, n_row * n_col);
65 	if (isl_blk_is_error(mat->block))
66 		goto error;
67 	mat->row = isl_alloc_array(ctx, isl_int *, n_row);
68 	if (n_row && !mat->row)
69 		goto error;
70 
71 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
72 		mat->row[i] = mat->block.data + i * n_col;
73 
74 	mat->ctx = ctx;
75 	isl_ctx_ref(ctx);
76 	mat->ref = 1;
77 	mat->n_row = n_row;
78 	mat->n_col = n_col;
79 	mat->max_col = n_col;
80 	mat->flags = 0;
81 
82 	return mat;
83 error:
84 	isl_blk_free(ctx, mat->block);
85 	free(mat);
86 	return NULL;
87 }
88 
isl_mat_extend(__isl_take isl_mat * mat,unsigned n_row,unsigned n_col)89 __isl_give isl_mat *isl_mat_extend(__isl_take isl_mat *mat,
90 	unsigned n_row, unsigned n_col)
91 {
92 	int i;
93 	isl_int *old;
94 	isl_int **row;
95 
96 	if (!mat)
97 		return NULL;
98 
99 	if (mat->max_col >= n_col && mat->n_row >= n_row) {
100 		if (mat->n_col < n_col)
101 			mat->n_col = n_col;
102 		return mat;
103 	}
104 
105 	if (mat->max_col < n_col) {
106 		struct isl_mat *new_mat;
107 
108 		if (n_row < mat->n_row)
109 			n_row = mat->n_row;
110 		new_mat = isl_mat_alloc(mat->ctx, n_row, n_col);
111 		if (!new_mat)
112 			goto error;
113 		for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
114 			isl_seq_cpy(new_mat->row[i], mat->row[i], mat->n_col);
115 		isl_mat_free(mat);
116 		return new_mat;
117 	}
118 
119 	mat = isl_mat_cow(mat);
120 	if (!mat)
121 		goto error;
122 
123 	old = mat->block.data;
124 	mat->block = isl_blk_extend(mat->ctx, mat->block, n_row * mat->max_col);
125 	if (isl_blk_is_error(mat->block))
126 		goto error;
127 	row = isl_realloc_array(mat->ctx, mat->row, isl_int *, n_row);
128 	if (n_row && !row)
129 		goto error;
130 	mat->row = row;
131 
132 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
133 		mat->row[i] = mat->block.data + (mat->row[i] - old);
134 	for (i = mat->n_row; i < n_row; ++i)
135 		mat->row[i] = mat->block.data + i * mat->max_col;
136 	mat->n_row = n_row;
137 	if (mat->n_col < n_col)
138 		mat->n_col = n_col;
139 
140 	return mat;
141 error:
142 	isl_mat_free(mat);
143 	return NULL;
144 }
145 
isl_mat_sub_alloc6(isl_ctx * ctx,isl_int ** row,unsigned first_row,unsigned n_row,unsigned first_col,unsigned n_col)146 __isl_give isl_mat *isl_mat_sub_alloc6(isl_ctx *ctx, isl_int **row,
147 	unsigned first_row, unsigned n_row, unsigned first_col, unsigned n_col)
148 {
149 	int i;
150 	struct isl_mat *mat;
151 
152 	mat = isl_alloc_type(ctx, struct isl_mat);
153 	if (!mat)
154 		return NULL;
155 	mat->row = isl_alloc_array(ctx, isl_int *, n_row);
156 	if (n_row && !mat->row)
157 		goto error;
158 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
159 		mat->row[i] = row[first_row+i] + first_col;
160 	mat->ctx = ctx;
161 	isl_ctx_ref(ctx);
162 	mat->ref = 1;
163 	mat->n_row = n_row;
164 	mat->n_col = n_col;
165 	mat->block = isl_blk_empty();
166 	mat->flags = ISL_MAT_BORROWED;
167 	return mat;
168 error:
169 	free(mat);
170 	return NULL;
171 }
172 
isl_mat_sub_alloc(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned first_row,unsigned n_row,unsigned first_col,unsigned n_col)173 __isl_give isl_mat *isl_mat_sub_alloc(__isl_keep isl_mat *mat,
174 	unsigned first_row, unsigned n_row, unsigned first_col, unsigned n_col)
175 {
176 	if (!mat)
177 		return NULL;
178 	return isl_mat_sub_alloc6(mat->ctx, mat->row, first_row, n_row,
179 				  first_col, n_col);
180 }
181 
isl_mat_sub_copy(struct isl_ctx * ctx,isl_int ** dst,isl_int ** src,unsigned n_row,unsigned dst_col,unsigned src_col,unsigned n_col)182 void isl_mat_sub_copy(struct isl_ctx *ctx, isl_int **dst, isl_int **src,
183 	unsigned n_row, unsigned dst_col, unsigned src_col, unsigned n_col)
184 {
185 	int i;
186 
187 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
188 		isl_seq_cpy(dst[i]+dst_col, src[i]+src_col, n_col);
189 }
190 
isl_mat_sub_neg(struct isl_ctx * ctx,isl_int ** dst,isl_int ** src,unsigned n_row,unsigned dst_col,unsigned src_col,unsigned n_col)191 void isl_mat_sub_neg(struct isl_ctx *ctx, isl_int **dst, isl_int **src,
192 	unsigned n_row, unsigned dst_col, unsigned src_col, unsigned n_col)
193 {
194 	int i;
195 
196 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
197 		isl_seq_neg(dst[i]+dst_col, src[i]+src_col, n_col);
198 }
199 
isl_mat_copy(__isl_keep isl_mat * mat)200 __isl_give isl_mat *isl_mat_copy(__isl_keep isl_mat *mat)
201 {
202 	if (!mat)
203 		return NULL;
204 
205 	mat->ref++;
206 	return mat;
207 }
208 
isl_mat_dup(__isl_keep isl_mat * mat)209 __isl_give isl_mat *isl_mat_dup(__isl_keep isl_mat *mat)
210 {
211 	int i;
212 	struct isl_mat *mat2;
213 
214 	if (!mat)
215 		return NULL;
216 	mat2 = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_row, mat->n_col);
217 	if (!mat2)
218 		return NULL;
219 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
220 		isl_seq_cpy(mat2->row[i], mat->row[i], mat->n_col);
221 	return mat2;
222 }
223 
isl_mat_cow(__isl_take isl_mat * mat)224 __isl_give isl_mat *isl_mat_cow(__isl_take isl_mat *mat)
225 {
226 	struct isl_mat *mat2;
227 	if (!mat)
228 		return NULL;
229 
230 	if (mat->ref == 1 && !ISL_F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
231 		return mat;
232 
233 	mat2 = isl_mat_dup(mat);
234 	isl_mat_free(mat);
235 	return mat2;
236 }
237 
isl_mat_free(__isl_take isl_mat * mat)238 __isl_null isl_mat *isl_mat_free(__isl_take isl_mat *mat)
239 {
240 	if (!mat)
241 		return NULL;
242 
243 	if (--mat->ref > 0)
244 		return NULL;
245 
246 	if (!ISL_F_ISSET(mat, ISL_MAT_BORROWED))
247 		isl_blk_free(mat->ctx, mat->block);
248 	isl_ctx_deref(mat->ctx);
249 	free(mat->row);
250 	free(mat);
251 
252 	return NULL;
253 }
254 
isl_mat_rows(__isl_keep isl_mat * mat)255 isl_size isl_mat_rows(__isl_keep isl_mat *mat)
256 {
257 	return mat ? mat->n_row : isl_size_error;
258 }
259 
isl_mat_cols(__isl_keep isl_mat * mat)260 isl_size isl_mat_cols(__isl_keep isl_mat *mat)
261 {
262 	return mat ? mat->n_col : isl_size_error;
263 }
264 
265 /* Check that "col" is a valid column position for "mat".
266  */
check_col(__isl_keep isl_mat * mat,int col)267 static isl_stat check_col(__isl_keep isl_mat *mat, int col)
268 {
269 	if (!mat)
270 		return isl_stat_error;
271 	if (col < 0 || col >= mat->n_col)
272 		isl_die(isl_mat_get_ctx(mat), isl_error_invalid,
273 			"column out of range", return isl_stat_error);
274 	return isl_stat_ok;
275 }
276 
277 /* Check that "row" is a valid row position for "mat".
278  */
check_row(__isl_keep isl_mat * mat,int row)279 static isl_stat check_row(__isl_keep isl_mat *mat, int row)
280 {
281 	if (!mat)
282 		return isl_stat_error;
283 	if (row < 0 || row >= mat->n_row)
284 		isl_die(isl_mat_get_ctx(mat), isl_error_invalid,
285 			"row out of range", return isl_stat_error);
286 	return isl_stat_ok;
287 }
288 
289 /* Check that there are "n" columns starting at position "first" in "mat".
290  */
check_col_range(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned first,unsigned n)291 static isl_stat check_col_range(__isl_keep isl_mat *mat, unsigned first,
292 	unsigned n)
293 {
294 	if (!mat)
295 		return isl_stat_error;
296 	if (first + n > mat->n_col || first + n < first)
297 		isl_die(isl_mat_get_ctx(mat), isl_error_invalid,
298 			"column position or range out of bounds",
299 			return isl_stat_error);
300 	return isl_stat_ok;
301 }
302 
303 /* Check that there are "n" rows starting at position "first" in "mat".
304  */
check_row_range(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned first,unsigned n)305 static isl_stat check_row_range(__isl_keep isl_mat *mat, unsigned first,
306 	unsigned n)
307 {
308 	if (!mat)
309 		return isl_stat_error;
310 	if (first + n > mat->n_row || first + n < first)
311 		isl_die(isl_mat_get_ctx(mat), isl_error_invalid,
312 			"row position or range out of bounds",
313 			return isl_stat_error);
314 	return isl_stat_ok;
315 }
316 
isl_mat_get_element(__isl_keep isl_mat * mat,int row,int col,isl_int * v)317 int isl_mat_get_element(__isl_keep isl_mat *mat, int row, int col, isl_int *v)
318 {
319 	if (check_row(mat, row) < 0)
320 		return -1;
321 	if (check_col(mat, col) < 0)
322 		return -1;
323 	isl_int_set(*v, mat->row[row][col]);
324 	return 0;
325 }
326 
327 /* Extract the element at row "row", oolumn "col" of "mat".
328  */
isl_mat_get_element_val(__isl_keep isl_mat * mat,int row,int col)329 __isl_give isl_val *isl_mat_get_element_val(__isl_keep isl_mat *mat,
330 	int row, int col)
331 {
332 	isl_ctx *ctx;
333 
334 	if (check_row(mat, row) < 0)
335 		return NULL;
336 	if (check_col(mat, col) < 0)
337 		return NULL;
338 	ctx = isl_mat_get_ctx(mat);
339 	return isl_val_int_from_isl_int(ctx, mat->row[row][col]);
340 }
341 
isl_mat_set_element(__isl_take isl_mat * mat,int row,int col,isl_int v)342 __isl_give isl_mat *isl_mat_set_element(__isl_take isl_mat *mat,
343 	int row, int col, isl_int v)
344 {
345 	mat = isl_mat_cow(mat);
346 	if (check_row(mat, row) < 0)
347 		return isl_mat_free(mat);
348 	if (check_col(mat, col) < 0)
349 		return isl_mat_free(mat);
350 	isl_int_set(mat->row[row][col], v);
351 	return mat;
352 }
353 
isl_mat_set_element_si(__isl_take isl_mat * mat,int row,int col,int v)354 __isl_give isl_mat *isl_mat_set_element_si(__isl_take isl_mat *mat,
355 	int row, int col, int v)
356 {
357 	mat = isl_mat_cow(mat);
358 	if (check_row(mat, row) < 0)
359 		return isl_mat_free(mat);
360 	if (check_col(mat, col) < 0)
361 		return isl_mat_free(mat);
362 	isl_int_set_si(mat->row[row][col], v);
363 	return mat;
364 }
365 
366 /* Replace the element at row "row", column "col" of "mat" by "v".
367  */
isl_mat_set_element_val(__isl_take isl_mat * mat,int row,int col,__isl_take isl_val * v)368 __isl_give isl_mat *isl_mat_set_element_val(__isl_take isl_mat *mat,
369 	int row, int col, __isl_take isl_val *v)
370 {
371 	if (!v)
372 		return isl_mat_free(mat);
373 	if (!isl_val_is_int(v))
374 		isl_die(isl_val_get_ctx(v), isl_error_invalid,
375 			"expecting integer value", goto error);
376 	mat = isl_mat_set_element(mat, row, col, v->n);
377 	isl_val_free(v);
378 	return mat;
379 error:
380 	isl_val_free(v);
381 	return isl_mat_free(mat);
382 }
383 
isl_mat_diag(isl_ctx * ctx,unsigned n_row,isl_int d)384 __isl_give isl_mat *isl_mat_diag(isl_ctx *ctx, unsigned n_row, isl_int d)
385 {
386 	int i;
387 	struct isl_mat *mat;
388 
389 	mat = isl_mat_alloc(ctx, n_row, n_row);
390 	if (!mat)
391 		return NULL;
392 	for (i = 0; i < n_row; ++i) {
393 		isl_seq_clr(mat->row[i], i);
394 		isl_int_set(mat->row[i][i], d);
395 		isl_seq_clr(mat->row[i]+i+1, n_row-(i+1));
396 	}
397 
398 	return mat;
399 }
400 
401 /* Create an "n_row" by "n_col" matrix with zero elements.
402  */
isl_mat_zero(isl_ctx * ctx,unsigned n_row,unsigned n_col)403 __isl_give isl_mat *isl_mat_zero(isl_ctx *ctx, unsigned n_row, unsigned n_col)
404 {
405 	int i;
406 	isl_mat *mat;
407 
408 	mat = isl_mat_alloc(ctx, n_row, n_col);
409 	if (!mat)
410 		return NULL;
411 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
412 		isl_seq_clr(mat->row[i], n_col);
413 
414 	return mat;
415 }
416 
isl_mat_identity(isl_ctx * ctx,unsigned n_row)417 __isl_give isl_mat *isl_mat_identity(isl_ctx *ctx, unsigned n_row)
418 {
419 	if (!ctx)
420 		return NULL;
421 	return isl_mat_diag(ctx, n_row, ctx->one);
422 }
423 
424 /* Is "mat" a (possibly scaled) identity matrix?
425  */
isl_mat_is_scaled_identity(__isl_keep isl_mat * mat)426 isl_bool isl_mat_is_scaled_identity(__isl_keep isl_mat *mat)
427 {
428 	int i;
429 
430 	if (!mat)
431 		return isl_bool_error;
432 	if (mat->n_row != mat->n_col)
433 		return isl_bool_false;
434 
435 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
436 		if (isl_seq_first_non_zero(mat->row[i], i) != -1)
437 			return isl_bool_false;
438 		if (isl_int_ne(mat->row[0][0], mat->row[i][i]))
439 			return isl_bool_false;
440 		if (isl_seq_first_non_zero(mat->row[i] + i + 1,
441 					    mat->n_col - (i + 1)) != -1)
442 			return isl_bool_false;
443 	}
444 
445 	return isl_bool_true;
446 }
447 
isl_mat_vec_product(__isl_take isl_mat * mat,__isl_take isl_vec * vec)448 __isl_give isl_vec *isl_mat_vec_product(__isl_take isl_mat *mat,
449 	__isl_take isl_vec *vec)
450 {
451 	int i;
452 	struct isl_vec *prod;
453 
454 	if (!mat || !vec)
455 		goto error;
456 
457 	isl_assert(mat->ctx, mat->n_col == vec->size, goto error);
458 
459 	prod = isl_vec_alloc(mat->ctx, mat->n_row);
460 	if (!prod)
461 		goto error;
462 
463 	for (i = 0; i < prod->size; ++i)
464 		isl_seq_inner_product(mat->row[i], vec->el, vec->size,
465 					&prod->block.data[i]);
466 	isl_mat_free(mat);
467 	isl_vec_free(vec);
468 	return prod;
469 error:
470 	isl_mat_free(mat);
471 	isl_vec_free(vec);
472 	return NULL;
473 }
474 
isl_mat_vec_inverse_product(__isl_take isl_mat * mat,__isl_take isl_vec * vec)475 __isl_give isl_vec *isl_mat_vec_inverse_product(__isl_take isl_mat *mat,
476 	__isl_take isl_vec *vec)
477 {
478 	struct isl_mat *vec_mat;
479 	int i;
480 
481 	if (!mat || !vec)
482 		goto error;
483 	vec_mat = isl_mat_alloc(vec->ctx, vec->size, 1);
484 	if (!vec_mat)
485 		goto error;
486 	for (i = 0; i < vec->size; ++i)
487 		isl_int_set(vec_mat->row[i][0], vec->el[i]);
488 	vec_mat = isl_mat_inverse_product(mat, vec_mat);
489 	isl_vec_free(vec);
490 	if (!vec_mat)
491 		return NULL;
492 	vec = isl_vec_alloc(vec_mat->ctx, vec_mat->n_row);
493 	if (vec)
494 		for (i = 0; i < vec->size; ++i)
495 			isl_int_set(vec->el[i], vec_mat->row[i][0]);
496 	isl_mat_free(vec_mat);
497 	return vec;
498 error:
499 	isl_mat_free(mat);
500 	isl_vec_free(vec);
501 	return NULL;
502 }
503 
isl_vec_mat_product(__isl_take isl_vec * vec,__isl_take isl_mat * mat)504 __isl_give isl_vec *isl_vec_mat_product(__isl_take isl_vec *vec,
505 	__isl_take isl_mat *mat)
506 {
507 	int i, j;
508 	struct isl_vec *prod;
509 
510 	if (!mat || !vec)
511 		goto error;
512 
513 	isl_assert(mat->ctx, mat->n_row == vec->size, goto error);
514 
515 	prod = isl_vec_alloc(mat->ctx, mat->n_col);
516 	if (!prod)
517 		goto error;
518 
519 	for (i = 0; i < prod->size; ++i) {
520 		isl_int_set_si(prod->el[i], 0);
521 		for (j = 0; j < vec->size; ++j)
522 			isl_int_addmul(prod->el[i], vec->el[j], mat->row[j][i]);
523 	}
524 	isl_mat_free(mat);
525 	isl_vec_free(vec);
526 	return prod;
527 error:
528 	isl_mat_free(mat);
529 	isl_vec_free(vec);
530 	return NULL;
531 }
532 
isl_mat_aff_direct_sum(__isl_take isl_mat * left,__isl_take isl_mat * right)533 __isl_give isl_mat *isl_mat_aff_direct_sum(__isl_take isl_mat *left,
534 	__isl_take isl_mat *right)
535 {
536 	int i;
537 	struct isl_mat *sum;
538 
539 	if (!left || !right)
540 		goto error;
541 
542 	isl_assert(left->ctx, left->n_row == right->n_row, goto error);
543 	isl_assert(left->ctx, left->n_row >= 1, goto error);
544 	isl_assert(left->ctx, left->n_col >= 1, goto error);
545 	isl_assert(left->ctx, right->n_col >= 1, goto error);
546 	isl_assert(left->ctx,
547 	    isl_seq_first_non_zero(left->row[0]+1, left->n_col-1) == -1,
548 	    goto error);
549 	isl_assert(left->ctx,
550 	    isl_seq_first_non_zero(right->row[0]+1, right->n_col-1) == -1,
551 	    goto error);
552 
553 	sum = isl_mat_alloc(left->ctx, left->n_row, left->n_col + right->n_col - 1);
554 	if (!sum)
555 		goto error;
556 	isl_int_lcm(sum->row[0][0], left->row[0][0], right->row[0][0]);
557 	isl_int_divexact(left->row[0][0], sum->row[0][0], left->row[0][0]);
558 	isl_int_divexact(right->row[0][0], sum->row[0][0], right->row[0][0]);
559 
560 	isl_seq_clr(sum->row[0]+1, sum->n_col-1);
561 	for (i = 1; i < sum->n_row; ++i) {
562 		isl_int_mul(sum->row[i][0], left->row[0][0], left->row[i][0]);
563 		isl_int_addmul(sum->row[i][0],
564 				right->row[0][0], right->row[i][0]);
565 		isl_seq_scale(sum->row[i]+1, left->row[i]+1, left->row[0][0],
566 				left->n_col-1);
567 		isl_seq_scale(sum->row[i]+left->n_col,
568 				right->row[i]+1, right->row[0][0],
569 				right->n_col-1);
570 	}
571 
572 	isl_int_divexact(left->row[0][0], sum->row[0][0], left->row[0][0]);
573 	isl_int_divexact(right->row[0][0], sum->row[0][0], right->row[0][0]);
574 	isl_mat_free(left);
575 	isl_mat_free(right);
576 	return sum;
577 error:
578 	isl_mat_free(left);
579 	isl_mat_free(right);
580 	return NULL;
581 }
582 
exchange(__isl_keep isl_mat * M,__isl_keep isl_mat ** U,__isl_keep isl_mat ** Q,unsigned row,unsigned i,unsigned j)583 static void exchange(__isl_keep isl_mat *M, __isl_keep isl_mat **U,
584 	__isl_keep isl_mat **Q, unsigned row, unsigned i, unsigned j)
585 {
586 	int r;
587 	for (r = row; r < M->n_row; ++r)
588 		isl_int_swap(M->row[r][i], M->row[r][j]);
589 	if (U) {
590 		for (r = 0; r < (*U)->n_row; ++r)
591 			isl_int_swap((*U)->row[r][i], (*U)->row[r][j]);
592 	}
593 	if (Q)
594 		isl_mat_swap_rows(*Q, i, j);
595 }
596 
subtract(__isl_keep isl_mat * M,__isl_keep isl_mat ** U,__isl_keep isl_mat ** Q,unsigned row,unsigned i,unsigned j,isl_int m)597 static void subtract(__isl_keep isl_mat *M, __isl_keep isl_mat **U,
598 	__isl_keep isl_mat **Q, unsigned row, unsigned i, unsigned j, isl_int m)
599 {
600 	int r;
601 	for (r = row; r < M->n_row; ++r)
602 		isl_int_submul(M->row[r][j], m, M->row[r][i]);
603 	if (U) {
604 		for (r = 0; r < (*U)->n_row; ++r)
605 			isl_int_submul((*U)->row[r][j], m, (*U)->row[r][i]);
606 	}
607 	if (Q) {
608 		for (r = 0; r < (*Q)->n_col; ++r)
609 			isl_int_addmul((*Q)->row[i][r], m, (*Q)->row[j][r]);
610 	}
611 }
612 
oppose(__isl_keep isl_mat * M,__isl_keep isl_mat ** U,__isl_keep isl_mat ** Q,unsigned row,unsigned col)613 static void oppose(__isl_keep isl_mat *M, __isl_keep isl_mat **U,
614 	__isl_keep isl_mat **Q, unsigned row, unsigned col)
615 {
616 	int r;
617 	for (r = row; r < M->n_row; ++r)
618 		isl_int_neg(M->row[r][col], M->row[r][col]);
619 	if (U) {
620 		for (r = 0; r < (*U)->n_row; ++r)
621 			isl_int_neg((*U)->row[r][col], (*U)->row[r][col]);
622 	}
623 	if (Q)
624 		isl_seq_neg((*Q)->row[col], (*Q)->row[col], (*Q)->n_col);
625 }
626 
627 /* Given matrix M, compute
628  *
629  *		M U = H
630  *		M   = H Q
631  *
632  * with U and Q unimodular matrices and H a matrix in column echelon form
633  * such that on each echelon row the entries in the non-echelon column
634  * are non-negative (if neg == 0) or non-positive (if neg == 1)
635  * and strictly smaller (in absolute value) than the entries in the echelon
636  * column.
637  * If U or Q are NULL, then these matrices are not computed.
638  */
isl_mat_left_hermite(__isl_take isl_mat * M,int neg,__isl_give isl_mat ** U,__isl_give isl_mat ** Q)639 __isl_give isl_mat *isl_mat_left_hermite(__isl_take isl_mat *M, int neg,
640 	__isl_give isl_mat **U, __isl_give isl_mat **Q)
641 {
642 	isl_int c;
643 	int row, col;
644 
645 	if (U)
646 		*U = NULL;
647 	if (Q)
648 		*Q = NULL;
649 	if (!M)
650 		goto error;
651 	M = isl_mat_cow(M);
652 	if (!M)
653 		goto error;
654 	if (U) {
655 		*U = isl_mat_identity(M->ctx, M->n_col);
656 		if (!*U)
657 			goto error;
658 	}
659 	if (Q) {
660 		*Q = isl_mat_identity(M->ctx, M->n_col);
661 		if (!*Q)
662 			goto error;
663 	}
664 
665 	col = 0;
666 	isl_int_init(c);
667 	for (row = 0; row < M->n_row; ++row) {
668 		int first, i, off;
669 		first = isl_seq_abs_min_non_zero(M->row[row]+col, M->n_col-col);
670 		if (first == -1)
671 			continue;
672 		first += col;
673 		if (first != col)
674 			exchange(M, U, Q, row, first, col);
675 		if (isl_int_is_neg(M->row[row][col]))
676 			oppose(M, U, Q, row, col);
677 		first = col+1;
678 		while ((off = isl_seq_first_non_zero(M->row[row]+first,
679 						       M->n_col-first)) != -1) {
680 			first += off;
681 			isl_int_fdiv_q(c, M->row[row][first], M->row[row][col]);
682 			subtract(M, U, Q, row, col, first, c);
683 			if (!isl_int_is_zero(M->row[row][first]))
684 				exchange(M, U, Q, row, first, col);
685 			else
686 				++first;
687 		}
688 		for (i = 0; i < col; ++i) {
689 			if (isl_int_is_zero(M->row[row][i]))
690 				continue;
691 			if (neg)
692 				isl_int_cdiv_q(c, M->row[row][i], M->row[row][col]);
693 			else
694 				isl_int_fdiv_q(c, M->row[row][i], M->row[row][col]);
695 			if (isl_int_is_zero(c))
696 				continue;
697 			subtract(M, U, Q, row, col, i, c);
698 		}
699 		++col;
700 	}
701 	isl_int_clear(c);
702 
703 	return M;
704 error:
705 	if (Q) {
706 		isl_mat_free(*Q);
707 		*Q = NULL;
708 	}
709 	if (U) {
710 		isl_mat_free(*U);
711 		*U = NULL;
712 	}
713 	isl_mat_free(M);
714 	return NULL;
715 }
716 
717 /* Use row "row" of "mat" to eliminate column "col" from all other rows.
718  */
eliminate(__isl_take isl_mat * mat,int row,int col)719 static __isl_give isl_mat *eliminate(__isl_take isl_mat *mat, int row, int col)
720 {
721 	int k;
722 	isl_size nr, nc;
723 	isl_ctx *ctx;
724 
725 	nr = isl_mat_rows(mat);
726 	nc = isl_mat_cols(mat);
727 	if (nr < 0 || nc < 0)
728 		return isl_mat_free(mat);
729 
730 	ctx = isl_mat_get_ctx(mat);
731 
732 	for (k = 0; k < nr; ++k) {
733 		if (k == row)
734 			continue;
735 		if (isl_int_is_zero(mat->row[k][col]))
736 			continue;
737 		mat = isl_mat_cow(mat);
738 		if (!mat)
739 			return NULL;
740 		isl_seq_elim(mat->row[k], mat->row[row], col, nc, NULL);
741 		isl_seq_normalize(ctx, mat->row[k], nc);
742 	}
743 
744 	return mat;
745 }
746 
747 /* Perform Gaussian elimination on the rows of "mat", but start
748  * from the final row and the final column.
749  * Any zero rows that result from the elimination are removed.
750  *
751  * In particular, for each column from last to first,
752  * look for the last row with a non-zero coefficient in that column,
753  * move it last (but before other rows moved last in previous steps) and
754  * use it to eliminate the column from the other rows.
755  */
isl_mat_reverse_gauss(__isl_take isl_mat * mat)756 __isl_give isl_mat *isl_mat_reverse_gauss(__isl_take isl_mat *mat)
757 {
758 	int k, row, last;
759 	isl_size nr, nc;
760 
761 	nr = isl_mat_rows(mat);
762 	nc = isl_mat_cols(mat);
763 	if (nr < 0 || nc < 0)
764 		return isl_mat_free(mat);
765 
766 	last = nc - 1;
767 	for (row = nr - 1; row >= 0; --row) {
768 		for (; last >= 0; --last) {
769 			for (k = row; k >= 0; --k)
770 				if (!isl_int_is_zero(mat->row[k][last]))
771 					break;
772 			if (k >= 0)
773 				break;
774 		}
775 		if (last < 0)
776 			break;
777 		if (k != row)
778 			mat = isl_mat_swap_rows(mat, k, row);
779 		if (!mat)
780 			return NULL;
781 		if (isl_int_is_neg(mat->row[row][last]))
782 			mat = isl_mat_row_neg(mat, row);
783 		mat = eliminate(mat, row, last);
784 		if (!mat)
785 			return NULL;
786 	}
787 	mat = isl_mat_drop_rows(mat, 0, row + 1);
788 
789 	return mat;
790 }
791 
792 /* Negate the lexicographically negative rows of "mat" such that
793  * all rows in the result are lexicographically non-negative.
794  */
isl_mat_lexnonneg_rows(__isl_take isl_mat * mat)795 __isl_give isl_mat *isl_mat_lexnonneg_rows(__isl_take isl_mat *mat)
796 {
797 	int i;
798 	isl_size nr, nc;
799 
800 	nr = isl_mat_rows(mat);
801 	nc = isl_mat_cols(mat);
802 	if (nr < 0 || nc < 0)
803 		return isl_mat_free(mat);
804 
805 	for (i = 0; i < nr; ++i) {
806 		int pos;
807 
808 		pos = isl_seq_first_non_zero(mat->row[i], nc);
809 		if (pos < 0)
810 			continue;
811 		if (isl_int_is_nonneg(mat->row[i][pos]))
812 			continue;
813 		mat = isl_mat_row_neg(mat, i);
814 		if (!mat)
815 			return NULL;
816 	}
817 
818 	return mat;
819 }
820 
821 /* Given a matrix "H" is column echelon form, what is the first
822  * zero column?  That is how many initial columns are non-zero?
823  * Start looking at column "first_col" and only consider
824  * the columns to be of size "n_row".
825  * "H" is assumed to be non-NULL.
826  *
827  * Since "H" is in column echelon form, the first non-zero entry
828  * in a column is always in a later position compared to the previous column.
829  */
hermite_first_zero_col(__isl_keep isl_mat * H,int first_col,int n_row)830 static int hermite_first_zero_col(__isl_keep isl_mat *H, int first_col,
831 	int n_row)
832 {
833 	int row, col;
834 
835 	for (col = first_col, row = 0; col < H->n_col; ++col) {
836 		for (; row < n_row; ++row)
837 			if (!isl_int_is_zero(H->row[row][col]))
838 				break;
839 		if (row == n_row)
840 			return col;
841 	}
842 
843 	return H->n_col;
844 }
845 
846 /* Return the rank of "mat", or isl_size_error in case of error.
847  */
isl_mat_rank(__isl_keep isl_mat * mat)848 isl_size isl_mat_rank(__isl_keep isl_mat *mat)
849 {
850 	int rank;
851 	isl_mat *H;
852 
853 	H = isl_mat_left_hermite(isl_mat_copy(mat), 0, NULL, NULL);
854 	if (!H)
855 		return isl_size_error;
856 
857 	rank = hermite_first_zero_col(H, 0, H->n_row);
858 	isl_mat_free(H);
859 
860 	return rank;
861 }
862 
isl_mat_right_kernel(__isl_take isl_mat * mat)863 __isl_give isl_mat *isl_mat_right_kernel(__isl_take isl_mat *mat)
864 {
865 	int rank;
866 	struct isl_mat *U = NULL;
867 	struct isl_mat *K;
868 
869 	mat = isl_mat_left_hermite(mat, 0, &U, NULL);
870 	if (!mat || !U)
871 		goto error;
872 
873 	rank = hermite_first_zero_col(mat, 0, mat->n_row);
874 	K = isl_mat_alloc(U->ctx, U->n_row, U->n_col - rank);
875 	if (!K)
876 		goto error;
877 	isl_mat_sub_copy(K->ctx, K->row, U->row, U->n_row, 0, rank, U->n_col-rank);
878 	isl_mat_free(mat);
879 	isl_mat_free(U);
880 	return K;
881 error:
882 	isl_mat_free(mat);
883 	isl_mat_free(U);
884 	return NULL;
885 }
886 
isl_mat_lin_to_aff(__isl_take isl_mat * mat)887 __isl_give isl_mat *isl_mat_lin_to_aff(__isl_take isl_mat *mat)
888 {
889 	int i;
890 	struct isl_mat *mat2;
891 
892 	if (!mat)
893 		return NULL;
894 	mat2 = isl_mat_alloc(mat->ctx, 1+mat->n_row, 1+mat->n_col);
895 	if (!mat2)
896 		goto error;
897 	isl_int_set_si(mat2->row[0][0], 1);
898 	isl_seq_clr(mat2->row[0]+1, mat->n_col);
899 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
900 		isl_int_set_si(mat2->row[1+i][0], 0);
901 		isl_seq_cpy(mat2->row[1+i]+1, mat->row[i], mat->n_col);
902 	}
903 	isl_mat_free(mat);
904 	return mat2;
905 error:
906 	isl_mat_free(mat);
907 	return NULL;
908 }
909 
910 /* Given two matrices M1 and M2, return the block matrix
911  *
912  *	[ M1  0  ]
913  *	[ 0   M2 ]
914  */
isl_mat_diagonal(__isl_take isl_mat * mat1,__isl_take isl_mat * mat2)915 __isl_give isl_mat *isl_mat_diagonal(__isl_take isl_mat *mat1,
916 	__isl_take isl_mat *mat2)
917 {
918 	int i;
919 	isl_mat *mat;
920 
921 	if (!mat1 || !mat2)
922 		goto error;
923 
924 	mat = isl_mat_alloc(mat1->ctx, mat1->n_row + mat2->n_row,
925 				       mat1->n_col + mat2->n_col);
926 	if (!mat)
927 		goto error;
928 	for (i = 0; i < mat1->n_row; ++i) {
929 		isl_seq_cpy(mat->row[i], mat1->row[i], mat1->n_col);
930 		isl_seq_clr(mat->row[i] + mat1->n_col, mat2->n_col);
931 	}
932 	for (i = 0; i < mat2->n_row; ++i) {
933 		isl_seq_clr(mat->row[mat1->n_row + i], mat1->n_col);
934 		isl_seq_cpy(mat->row[mat1->n_row + i] + mat1->n_col,
935 						    mat2->row[i], mat2->n_col);
936 	}
937 	isl_mat_free(mat1);
938 	isl_mat_free(mat2);
939 	return mat;
940 error:
941 	isl_mat_free(mat1);
942 	isl_mat_free(mat2);
943 	return NULL;
944 }
945 
row_first_non_zero(isl_int ** row,unsigned n_row,unsigned col)946 static int row_first_non_zero(isl_int **row, unsigned n_row, unsigned col)
947 {
948 	int i;
949 
950 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
951 		if (!isl_int_is_zero(row[i][col]))
952 			return i;
953 	return -1;
954 }
955 
row_abs_min_non_zero(isl_int ** row,unsigned n_row,unsigned col)956 static int row_abs_min_non_zero(isl_int **row, unsigned n_row, unsigned col)
957 {
958 	int i, min = row_first_non_zero(row, n_row, col);
959 	if (min < 0)
960 		return -1;
961 	for (i = min + 1; i < n_row; ++i) {
962 		if (isl_int_is_zero(row[i][col]))
963 			continue;
964 		if (isl_int_abs_lt(row[i][col], row[min][col]))
965 			min = i;
966 	}
967 	return min;
968 }
969 
inv_exchange(__isl_keep isl_mat ** left,__isl_keep isl_mat ** right,unsigned i,unsigned j)970 static isl_stat inv_exchange(__isl_keep isl_mat **left,
971 	__isl_keep isl_mat **right, unsigned i, unsigned j)
972 {
973 	*left = isl_mat_swap_rows(*left, i, j);
974 	*right = isl_mat_swap_rows(*right, i, j);
975 
976 	if (!*left || !*right)
977 		return isl_stat_error;
978 	return isl_stat_ok;
979 }
980 
inv_oppose(__isl_keep isl_mat * left,__isl_keep isl_mat * right,unsigned row)981 static void inv_oppose(
982 	__isl_keep isl_mat *left, __isl_keep isl_mat *right, unsigned row)
983 {
984 	isl_seq_neg(left->row[row]+row, left->row[row]+row, left->n_col-row);
985 	isl_seq_neg(right->row[row], right->row[row], right->n_col);
986 }
987 
inv_subtract(__isl_keep isl_mat * left,__isl_keep isl_mat * right,unsigned row,unsigned i,isl_int m)988 static void inv_subtract(__isl_keep isl_mat *left, __isl_keep isl_mat *right,
989 	unsigned row, unsigned i, isl_int m)
990 {
991 	isl_int_neg(m, m);
992 	isl_seq_combine(left->row[i]+row,
993 			left->ctx->one, left->row[i]+row,
994 			m, left->row[row]+row,
995 			left->n_col-row);
996 	isl_seq_combine(right->row[i], right->ctx->one, right->row[i],
997 			m, right->row[row], right->n_col);
998 }
999 
1000 /* Compute inv(left)*right
1001  */
isl_mat_inverse_product(__isl_take isl_mat * left,__isl_take isl_mat * right)1002 __isl_give isl_mat *isl_mat_inverse_product(__isl_take isl_mat *left,
1003 	__isl_take isl_mat *right)
1004 {
1005 	int row;
1006 	isl_int a, b;
1007 
1008 	if (!left || !right)
1009 		goto error;
1010 
1011 	isl_assert(left->ctx, left->n_row == left->n_col, goto error);
1012 	isl_assert(left->ctx, left->n_row == right->n_row, goto error);
1013 
1014 	if (left->n_row == 0) {
1015 		isl_mat_free(left);
1016 		return right;
1017 	}
1018 
1019 	left = isl_mat_cow(left);
1020 	right = isl_mat_cow(right);
1021 	if (!left || !right)
1022 		goto error;
1023 
1024 	isl_int_init(a);
1025 	isl_int_init(b);
1026 	for (row = 0; row < left->n_row; ++row) {
1027 		int pivot, first, i, off;
1028 		pivot = row_abs_min_non_zero(left->row+row, left->n_row-row, row);
1029 		if (pivot < 0) {
1030 			isl_int_clear(a);
1031 			isl_int_clear(b);
1032 			isl_assert(left->ctx, pivot >= 0, goto error);
1033 		}
1034 		pivot += row;
1035 		if (pivot != row)
1036 			if (inv_exchange(&left, &right, pivot, row) < 0)
1037 				goto error;
1038 		if (isl_int_is_neg(left->row[row][row]))
1039 			inv_oppose(left, right, row);
1040 		first = row+1;
1041 		while ((off = row_first_non_zero(left->row+first,
1042 					left->n_row-first, row)) != -1) {
1043 			first += off;
1044 			isl_int_fdiv_q(a, left->row[first][row],
1045 					left->row[row][row]);
1046 			inv_subtract(left, right, row, first, a);
1047 			if (!isl_int_is_zero(left->row[first][row])) {
1048 				if (inv_exchange(&left, &right, row, first) < 0)
1049 					goto error;
1050 			} else {
1051 				++first;
1052 			}
1053 		}
1054 		for (i = 0; i < row; ++i) {
1055 			if (isl_int_is_zero(left->row[i][row]))
1056 				continue;
1057 			isl_int_gcd(a, left->row[row][row], left->row[i][row]);
1058 			isl_int_divexact(b, left->row[i][row], a);
1059 			isl_int_divexact(a, left->row[row][row], a);
1060 			isl_int_neg(b, b);
1061 			isl_seq_combine(left->row[i] + i,
1062 					a, left->row[i] + i,
1063 					b, left->row[row] + i,
1064 					left->n_col - i);
1065 			isl_seq_combine(right->row[i], a, right->row[i],
1066 					b, right->row[row], right->n_col);
1067 		}
1068 	}
1069 	isl_int_clear(b);
1070 
1071 	isl_int_set(a, left->row[0][0]);
1072 	for (row = 1; row < left->n_row; ++row)
1073 		isl_int_lcm(a, a, left->row[row][row]);
1074 	if (isl_int_is_zero(a)){
1075 		isl_int_clear(a);
1076 		isl_assert(left->ctx, 0, goto error);
1077 	}
1078 	for (row = 0; row < left->n_row; ++row) {
1079 		isl_int_divexact(left->row[row][row], a, left->row[row][row]);
1080 		if (isl_int_is_one(left->row[row][row]))
1081 			continue;
1082 		isl_seq_scale(right->row[row], right->row[row],
1083 				left->row[row][row], right->n_col);
1084 	}
1085 	isl_int_clear(a);
1086 
1087 	isl_mat_free(left);
1088 	return right;
1089 error:
1090 	isl_mat_free(left);
1091 	isl_mat_free(right);
1092 	return NULL;
1093 }
1094 
isl_mat_col_scale(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned col,isl_int m)1095 void isl_mat_col_scale(__isl_keep isl_mat *mat, unsigned col, isl_int m)
1096 {
1097 	int i;
1098 
1099 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1100 		isl_int_mul(mat->row[i][col], mat->row[i][col], m);
1101 }
1102 
isl_mat_col_combine(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned dst,isl_int m1,unsigned src1,isl_int m2,unsigned src2)1103 void isl_mat_col_combine(__isl_keep isl_mat *mat, unsigned dst,
1104 	isl_int m1, unsigned src1, isl_int m2, unsigned src2)
1105 {
1106 	int i;
1107 	isl_int tmp;
1108 
1109 	isl_int_init(tmp);
1110 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
1111 		isl_int_mul(tmp, m1, mat->row[i][src1]);
1112 		isl_int_addmul(tmp, m2, mat->row[i][src2]);
1113 		isl_int_set(mat->row[i][dst], tmp);
1114 	}
1115 	isl_int_clear(tmp);
1116 }
1117 
isl_mat_right_inverse(__isl_take isl_mat * mat)1118 __isl_give isl_mat *isl_mat_right_inverse(__isl_take isl_mat *mat)
1119 {
1120 	struct isl_mat *inv;
1121 	int row;
1122 	isl_int a, b;
1123 
1124 	mat = isl_mat_cow(mat);
1125 	if (!mat)
1126 		return NULL;
1127 
1128 	inv = isl_mat_identity(mat->ctx, mat->n_col);
1129 	inv = isl_mat_cow(inv);
1130 	if (!inv)
1131 		goto error;
1132 
1133 	isl_int_init(a);
1134 	isl_int_init(b);
1135 	for (row = 0; row < mat->n_row; ++row) {
1136 		int pivot, first, i, off;
1137 		pivot = isl_seq_abs_min_non_zero(mat->row[row]+row, mat->n_col-row);
1138 		if (pivot < 0) {
1139 			isl_int_clear(a);
1140 			isl_int_clear(b);
1141 			isl_assert(mat->ctx, pivot >= 0, goto error);
1142 		}
1143 		pivot += row;
1144 		if (pivot != row)
1145 			exchange(mat, &inv, NULL, row, pivot, row);
1146 		if (isl_int_is_neg(mat->row[row][row]))
1147 			oppose(mat, &inv, NULL, row, row);
1148 		first = row+1;
1149 		while ((off = isl_seq_first_non_zero(mat->row[row]+first,
1150 						    mat->n_col-first)) != -1) {
1151 			first += off;
1152 			isl_int_fdiv_q(a, mat->row[row][first],
1153 						    mat->row[row][row]);
1154 			subtract(mat, &inv, NULL, row, row, first, a);
1155 			if (!isl_int_is_zero(mat->row[row][first]))
1156 				exchange(mat, &inv, NULL, row, row, first);
1157 			else
1158 				++first;
1159 		}
1160 		for (i = 0; i < row; ++i) {
1161 			if (isl_int_is_zero(mat->row[row][i]))
1162 				continue;
1163 			isl_int_gcd(a, mat->row[row][row], mat->row[row][i]);
1164 			isl_int_divexact(b, mat->row[row][i], a);
1165 			isl_int_divexact(a, mat->row[row][row], a);
1166 			isl_int_neg(a, a);
1167 			isl_mat_col_combine(mat, i, a, i, b, row);
1168 			isl_mat_col_combine(inv, i, a, i, b, row);
1169 		}
1170 	}
1171 	isl_int_clear(b);
1172 
1173 	isl_int_set(a, mat->row[0][0]);
1174 	for (row = 1; row < mat->n_row; ++row)
1175 		isl_int_lcm(a, a, mat->row[row][row]);
1176 	if (isl_int_is_zero(a)){
1177 		isl_int_clear(a);
1178 		goto error;
1179 	}
1180 	for (row = 0; row < mat->n_row; ++row) {
1181 		isl_int_divexact(mat->row[row][row], a, mat->row[row][row]);
1182 		if (isl_int_is_one(mat->row[row][row]))
1183 			continue;
1184 		isl_mat_col_scale(inv, row, mat->row[row][row]);
1185 	}
1186 	isl_int_clear(a);
1187 
1188 	isl_mat_free(mat);
1189 
1190 	return inv;
1191 error:
1192 	isl_mat_free(mat);
1193 	isl_mat_free(inv);
1194 	return NULL;
1195 }
1196 
isl_mat_transpose(__isl_take isl_mat * mat)1197 __isl_give isl_mat *isl_mat_transpose(__isl_take isl_mat *mat)
1198 {
1199 	struct isl_mat *transpose = NULL;
1200 	int i, j;
1201 
1202 	if (!mat)
1203 		return NULL;
1204 
1205 	if (mat->n_col == mat->n_row) {
1206 		mat = isl_mat_cow(mat);
1207 		if (!mat)
1208 			return NULL;
1209 		for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1210 			for (j = i + 1; j < mat->n_col; ++j)
1211 				isl_int_swap(mat->row[i][j], mat->row[j][i]);
1212 		return mat;
1213 	}
1214 	transpose = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_col, mat->n_row);
1215 	if (!transpose)
1216 		goto error;
1217 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1218 		for (j = 0; j < mat->n_col; ++j)
1219 			isl_int_set(transpose->row[j][i], mat->row[i][j]);
1220 	isl_mat_free(mat);
1221 	return transpose;
1222 error:
1223 	isl_mat_free(mat);
1224 	return NULL;
1225 }
1226 
isl_mat_swap_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned i,unsigned j)1227 __isl_give isl_mat *isl_mat_swap_cols(__isl_take isl_mat *mat,
1228 	unsigned i, unsigned j)
1229 {
1230 	int r;
1231 
1232 	mat = isl_mat_cow(mat);
1233 	if (check_col_range(mat, i, 1) < 0 ||
1234 	    check_col_range(mat, j, 1) < 0)
1235 		return isl_mat_free(mat);
1236 
1237 	for (r = 0; r < mat->n_row; ++r)
1238 		isl_int_swap(mat->row[r][i], mat->row[r][j]);
1239 	return mat;
1240 }
1241 
isl_mat_swap_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned i,unsigned j)1242 __isl_give isl_mat *isl_mat_swap_rows(__isl_take isl_mat *mat,
1243 	unsigned i, unsigned j)
1244 {
1245 	isl_int *t;
1246 
1247 	if (!mat)
1248 		return NULL;
1249 	mat = isl_mat_cow(mat);
1250 	if (check_row_range(mat, i, 1) < 0 ||
1251 	    check_row_range(mat, j, 1) < 0)
1252 		return isl_mat_free(mat);
1253 
1254 	t = mat->row[i];
1255 	mat->row[i] = mat->row[j];
1256 	mat->row[j] = t;
1257 	return mat;
1258 }
1259 
1260 /* Calculate the product of two matrices.
1261  *
1262  * This function is optimized for operand matrices that contain many zeros and
1263  * skips multiplications where we know one of the operands is zero.
1264  */
isl_mat_product(__isl_take isl_mat * left,__isl_take isl_mat * right)1265 __isl_give isl_mat *isl_mat_product(__isl_take isl_mat *left,
1266 	__isl_take isl_mat *right)
1267 {
1268 	int i, j, k;
1269 	struct isl_mat *prod;
1270 
1271 	if (!left || !right)
1272 		goto error;
1273 	isl_assert(left->ctx, left->n_col == right->n_row, goto error);
1274 	prod = isl_mat_alloc(left->ctx, left->n_row, right->n_col);
1275 	if (!prod)
1276 		goto error;
1277 	if (left->n_col == 0) {
1278 		for (i = 0; i < prod->n_row; ++i)
1279 			isl_seq_clr(prod->row[i], prod->n_col);
1280 		isl_mat_free(left);
1281 		isl_mat_free(right);
1282 		return prod;
1283 	}
1284 	for (i = 0; i < prod->n_row; ++i) {
1285 		for (j = 0; j < prod->n_col; ++j)
1286 			isl_int_mul(prod->row[i][j],
1287 				    left->row[i][0], right->row[0][j]);
1288 		for (k = 1; k < left->n_col; ++k) {
1289 			if (isl_int_is_zero(left->row[i][k]))
1290 				continue;
1291 			for (j = 0; j < prod->n_col; ++j)
1292 				isl_int_addmul(prod->row[i][j],
1293 					    left->row[i][k], right->row[k][j]);
1294 		}
1295 	}
1296 	isl_mat_free(left);
1297 	isl_mat_free(right);
1298 	return prod;
1299 error:
1300 	isl_mat_free(left);
1301 	isl_mat_free(right);
1302 	return NULL;
1303 }
1304 
1305 /* Replace the variables x in the rows q by x' given by x = M x',
1306  * with M the matrix mat.
1307  *
1308  * If the number of new variables is greater than the original
1309  * number of variables, then the rows q have already been
1310  * preextended.  If the new number is smaller, then the coefficients
1311  * of the divs, which are not changed, need to be shifted down.
1312  * The row q may be the equalities, the inequalities or the
1313  * div expressions.  In the latter case, has_div is true and
1314  * we need to take into account the extra denominator column.
1315  */
preimage(struct isl_ctx * ctx,isl_int ** q,unsigned n,unsigned n_div,int has_div,struct isl_mat * mat)1316 static int preimage(struct isl_ctx *ctx, isl_int **q, unsigned n,
1317 	unsigned n_div, int has_div, struct isl_mat *mat)
1318 {
1319 	int i;
1320 	struct isl_mat *t;
1321 	int e;
1322 
1323 	if (mat->n_col >= mat->n_row)
1324 		e = 0;
1325 	else
1326 		e = mat->n_row - mat->n_col;
1327 	if (has_div)
1328 		for (i = 0; i < n; ++i)
1329 			isl_int_mul(q[i][0], q[i][0], mat->row[0][0]);
1330 	t = isl_mat_sub_alloc6(mat->ctx, q, 0, n, has_div, mat->n_row);
1331 	t = isl_mat_product(t, mat);
1332 	if (!t)
1333 		return -1;
1334 	for (i = 0; i < n; ++i) {
1335 		isl_seq_swp_or_cpy(q[i] + has_div, t->row[i], t->n_col);
1336 		isl_seq_cpy(q[i] + has_div + t->n_col,
1337 			    q[i] + has_div + t->n_col + e, n_div);
1338 		isl_seq_clr(q[i] + has_div + t->n_col + n_div, e);
1339 	}
1340 	isl_mat_free(t);
1341 	return 0;
1342 }
1343 
1344 /* Replace the variables x in bset by x' given by x = M x', with
1345  * M the matrix mat.
1346  *
1347  * If there are fewer variables x' then there are x, then we perform
1348  * the transformation in place, which means that, in principle,
1349  * this frees up some extra variables as the number
1350  * of columns remains constant, but we would have to extend
1351  * the div array too as the number of rows in this array is assumed
1352  * to be equal to extra.
1353  */
isl_basic_set_preimage(__isl_take isl_basic_set * bset,__isl_take isl_mat * mat)1354 __isl_give isl_basic_set *isl_basic_set_preimage(
1355 	__isl_take isl_basic_set *bset, __isl_take isl_mat *mat)
1356 {
1357 	struct isl_ctx *ctx;
1358 
1359 	if (!bset || !mat)
1360 		goto error;
1361 
1362 	ctx = bset->ctx;
1363 	bset = isl_basic_set_cow(bset);
1364 	if (isl_basic_set_check_no_params(bset) < 0)
1365 		goto error;
1366 
1367 	isl_assert(ctx, 1+bset->dim->n_out == mat->n_row, goto error);
1368 	isl_assert(ctx, mat->n_col > 0, goto error);
1369 
1370 	if (mat->n_col > mat->n_row) {
1371 		bset = isl_basic_set_add_dims(bset, isl_dim_set,
1372 						mat->n_col - mat->n_row);
1373 		if (!bset)
1374 			goto error;
1375 	} else if (mat->n_col < mat->n_row) {
1376 		bset->dim = isl_space_cow(bset->dim);
1377 		if (!bset->dim)
1378 			goto error;
1379 		bset->dim->n_out -= mat->n_row - mat->n_col;
1380 	}
1381 
1382 	if (preimage(ctx, bset->eq, bset->n_eq, bset->n_div, 0,
1383 			isl_mat_copy(mat)) < 0)
1384 		goto error;
1385 
1386 	if (preimage(ctx, bset->ineq, bset->n_ineq, bset->n_div, 0,
1387 			isl_mat_copy(mat)) < 0)
1388 		goto error;
1389 
1390 	if (preimage(ctx, bset->div, bset->n_div, bset->n_div, 1, mat) < 0)
1391 		goto error2;
1392 
1393 	ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NO_IMPLICIT);
1394 	ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NO_REDUNDANT);
1395 	ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_SORTED);
1396 	ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_NORMALIZED_DIVS);
1397 	ISL_F_CLR(bset, ISL_BASIC_SET_ALL_EQUALITIES);
1398 
1399 	bset = isl_basic_set_simplify(bset);
1400 	bset = isl_basic_set_finalize(bset);
1401 
1402 	return bset;
1403 error:
1404 	isl_mat_free(mat);
1405 error2:
1406 	isl_basic_set_free(bset);
1407 	return NULL;
1408 }
1409 
isl_set_preimage(__isl_take isl_set * set,__isl_take isl_mat * mat)1410 __isl_give isl_set *isl_set_preimage(
1411 	__isl_take isl_set *set, __isl_take isl_mat *mat)
1412 {
1413 	int i;
1414 
1415 	set = isl_set_cow(set);
1416 	if (!set)
1417 		goto error;
1418 
1419 	for (i = 0; i < set->n; ++i) {
1420 		set->p[i] = isl_basic_set_preimage(set->p[i],
1421 						    isl_mat_copy(mat));
1422 		if (!set->p[i])
1423 			goto error;
1424 	}
1425 	if (mat->n_col != mat->n_row) {
1426 		set->dim = isl_space_cow(set->dim);
1427 		if (!set->dim)
1428 			goto error;
1429 		set->dim->n_out += mat->n_col;
1430 		set->dim->n_out -= mat->n_row;
1431 	}
1432 	isl_mat_free(mat);
1433 	ISL_F_CLR(set, ISL_SET_NORMALIZED);
1434 	return set;
1435 error:
1436 	isl_set_free(set);
1437 	isl_mat_free(mat);
1438 	return NULL;
1439 }
1440 
1441 /* Replace the variables x starting at "first_col" in the rows "rows"
1442  * of some coefficient matrix by x' with x = M x' with M the matrix mat.
1443  * That is, replace the corresponding coefficients c by c M.
1444  */
isl_mat_sub_transform(isl_int ** row,unsigned n_row,unsigned first_col,__isl_take isl_mat * mat)1445 isl_stat isl_mat_sub_transform(isl_int **row, unsigned n_row,
1446 	unsigned first_col, __isl_take isl_mat *mat)
1447 {
1448 	int i;
1449 	isl_ctx *ctx;
1450 	isl_mat *t;
1451 
1452 	if (!mat)
1453 		return isl_stat_error;
1454 	ctx = isl_mat_get_ctx(mat);
1455 	t = isl_mat_sub_alloc6(ctx, row, 0, n_row, first_col, mat->n_row);
1456 	t = isl_mat_product(t, mat);
1457 	if (!t)
1458 		return isl_stat_error;
1459 	for (i = 0; i < n_row; ++i)
1460 		isl_seq_swp_or_cpy(row[i] + first_col, t->row[i], t->n_col);
1461 	isl_mat_free(t);
1462 	return isl_stat_ok;
1463 }
1464 
isl_mat_print_internal(__isl_keep isl_mat * mat,FILE * out,int indent)1465 void isl_mat_print_internal(__isl_keep isl_mat *mat, FILE *out, int indent)
1466 {
1467 	int i, j;
1468 
1469 	if (!mat) {
1470 		fprintf(out, "%*snull mat\n", indent, "");
1471 		return;
1472 	}
1473 
1474 	if (mat->n_row == 0)
1475 		fprintf(out, "%*s[]\n", indent, "");
1476 
1477 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
1478 		if (!i)
1479 			fprintf(out, "%*s[[", indent, "");
1480 		else
1481 			fprintf(out, "%*s[", indent+1, "");
1482 		for (j = 0; j < mat->n_col; ++j) {
1483 			if (j)
1484 			    fprintf(out, ",");
1485 			isl_int_print(out, mat->row[i][j], 0);
1486 		}
1487 		if (i == mat->n_row-1)
1488 			fprintf(out, "]]\n");
1489 		else
1490 			fprintf(out, "]\n");
1491 	}
1492 }
1493 
isl_mat_dump(__isl_keep isl_mat * mat)1494 void isl_mat_dump(__isl_keep isl_mat *mat)
1495 {
1496 	isl_mat_print_internal(mat, stderr, 0);
1497 }
1498 
isl_mat_drop_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned col,unsigned n)1499 __isl_give isl_mat *isl_mat_drop_cols(__isl_take isl_mat *mat,
1500 	unsigned col, unsigned n)
1501 {
1502 	int r;
1503 
1504 	if (n == 0)
1505 		return mat;
1506 
1507 	mat = isl_mat_cow(mat);
1508 	if (check_col_range(mat, col, n) < 0)
1509 		return isl_mat_free(mat);
1510 
1511 	if (col != mat->n_col-n) {
1512 		for (r = 0; r < mat->n_row; ++r)
1513 			isl_seq_cpy(mat->row[r]+col, mat->row[r]+col+n,
1514 					mat->n_col - col - n);
1515 	}
1516 	mat->n_col -= n;
1517 	return mat;
1518 }
1519 
isl_mat_drop_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned row,unsigned n)1520 __isl_give isl_mat *isl_mat_drop_rows(__isl_take isl_mat *mat,
1521 	unsigned row, unsigned n)
1522 {
1523 	int r;
1524 
1525 	mat = isl_mat_cow(mat);
1526 	if (check_row_range(mat, row, n) < 0)
1527 		return isl_mat_free(mat);
1528 
1529 	for (r = row; r+n < mat->n_row; ++r)
1530 		mat->row[r] = mat->row[r+n];
1531 
1532 	mat->n_row -= n;
1533 	return mat;
1534 }
1535 
isl_mat_insert_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned col,unsigned n)1536 __isl_give isl_mat *isl_mat_insert_cols(__isl_take isl_mat *mat,
1537 				unsigned col, unsigned n)
1538 {
1539 	isl_mat *ext;
1540 
1541 	if (check_col_range(mat, col, 0) < 0)
1542 		return isl_mat_free(mat);
1543 	if (n == 0)
1544 		return mat;
1545 
1546 	ext = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_row, mat->n_col + n);
1547 	if (!ext)
1548 		goto error;
1549 
1550 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, ext->row, mat->row, mat->n_row, 0, 0, col);
1551 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, ext->row, mat->row, mat->n_row,
1552 				col + n, col, mat->n_col - col);
1553 
1554 	isl_mat_free(mat);
1555 	return ext;
1556 error:
1557 	isl_mat_free(mat);
1558 	return NULL;
1559 }
1560 
isl_mat_insert_zero_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned first,unsigned n)1561 __isl_give isl_mat *isl_mat_insert_zero_cols(__isl_take isl_mat *mat,
1562 	unsigned first, unsigned n)
1563 {
1564 	int i;
1565 
1566 	if (!mat)
1567 		return NULL;
1568 	mat = isl_mat_insert_cols(mat, first, n);
1569 	if (!mat)
1570 		return NULL;
1571 
1572 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1573 		isl_seq_clr(mat->row[i] + first, n);
1574 
1575 	return mat;
1576 }
1577 
isl_mat_add_zero_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned n)1578 __isl_give isl_mat *isl_mat_add_zero_cols(__isl_take isl_mat *mat, unsigned n)
1579 {
1580 	if (!mat)
1581 		return NULL;
1582 
1583 	return isl_mat_insert_zero_cols(mat, mat->n_col, n);
1584 }
1585 
isl_mat_insert_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned row,unsigned n)1586 __isl_give isl_mat *isl_mat_insert_rows(__isl_take isl_mat *mat,
1587 				unsigned row, unsigned n)
1588 {
1589 	isl_mat *ext;
1590 
1591 	if (check_row_range(mat, row, 0) < 0)
1592 		return isl_mat_free(mat);
1593 	if (n == 0)
1594 		return mat;
1595 
1596 	ext = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_row + n, mat->n_col);
1597 	if (!ext)
1598 		goto error;
1599 
1600 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, ext->row, mat->row, row, 0, 0, mat->n_col);
1601 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, ext->row + row + n, mat->row + row,
1602 				mat->n_row - row, 0, 0, mat->n_col);
1603 
1604 	isl_mat_free(mat);
1605 	return ext;
1606 error:
1607 	isl_mat_free(mat);
1608 	return NULL;
1609 }
1610 
isl_mat_add_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned n)1611 __isl_give isl_mat *isl_mat_add_rows(__isl_take isl_mat *mat, unsigned n)
1612 {
1613 	if (!mat)
1614 		return NULL;
1615 
1616 	return isl_mat_insert_rows(mat, mat->n_row, n);
1617 }
1618 
isl_mat_insert_zero_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned row,unsigned n)1619 __isl_give isl_mat *isl_mat_insert_zero_rows(__isl_take isl_mat *mat,
1620 	unsigned row, unsigned n)
1621 {
1622 	int i;
1623 
1624 	mat = isl_mat_insert_rows(mat, row, n);
1625 	if (!mat)
1626 		return NULL;
1627 
1628 	for (i = 0; i < n; ++i)
1629 		isl_seq_clr(mat->row[row + i], mat->n_col);
1630 
1631 	return mat;
1632 }
1633 
isl_mat_add_zero_rows(__isl_take isl_mat * mat,unsigned n)1634 __isl_give isl_mat *isl_mat_add_zero_rows(__isl_take isl_mat *mat, unsigned n)
1635 {
1636 	if (!mat)
1637 		return NULL;
1638 
1639 	return isl_mat_insert_zero_rows(mat, mat->n_row, n);
1640 }
1641 
isl_mat_col_submul(__isl_keep isl_mat * mat,int dst_col,isl_int f,int src_col)1642 void isl_mat_col_submul(__isl_keep isl_mat *mat,
1643 			int dst_col, isl_int f, int src_col)
1644 {
1645 	int i;
1646 
1647 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1648 		isl_int_submul(mat->row[i][dst_col], f, mat->row[i][src_col]);
1649 }
1650 
isl_mat_col_add(__isl_keep isl_mat * mat,int dst_col,int src_col)1651 void isl_mat_col_add(__isl_keep isl_mat *mat, int dst_col, int src_col)
1652 {
1653 	int i;
1654 
1655 	if (!mat)
1656 		return;
1657 
1658 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1659 		isl_int_add(mat->row[i][dst_col],
1660 			    mat->row[i][dst_col], mat->row[i][src_col]);
1661 }
1662 
isl_mat_col_mul(__isl_keep isl_mat * mat,int dst_col,isl_int f,int src_col)1663 void isl_mat_col_mul(__isl_keep isl_mat *mat, int dst_col, isl_int f,
1664 	int src_col)
1665 {
1666 	int i;
1667 
1668 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1669 		isl_int_mul(mat->row[i][dst_col], f, mat->row[i][src_col]);
1670 }
1671 
1672 /* Add "f" times column "src_col" to column "dst_col" of "mat" and
1673  * return the result.
1674  */
isl_mat_col_addmul(__isl_take isl_mat * mat,int dst_col,isl_int f,int src_col)1675 __isl_give isl_mat *isl_mat_col_addmul(__isl_take isl_mat *mat, int dst_col,
1676 	isl_int f, int src_col)
1677 {
1678 	int i;
1679 
1680 	if (check_col(mat, dst_col) < 0 || check_col(mat, src_col) < 0)
1681 		return isl_mat_free(mat);
1682 
1683 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
1684 		if (isl_int_is_zero(mat->row[i][src_col]))
1685 			continue;
1686 		mat = isl_mat_cow(mat);
1687 		if (!mat)
1688 			return NULL;
1689 		isl_int_addmul(mat->row[i][dst_col], f, mat->row[i][src_col]);
1690 	}
1691 
1692 	return mat;
1693 }
1694 
1695 /* Negate column "col" of "mat" and return the result.
1696  */
isl_mat_col_neg(__isl_take isl_mat * mat,int col)1697 __isl_give isl_mat *isl_mat_col_neg(__isl_take isl_mat *mat, int col)
1698 {
1699 	int i;
1700 
1701 	if (check_col(mat, col) < 0)
1702 		return isl_mat_free(mat);
1703 
1704 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
1705 		if (isl_int_is_zero(mat->row[i][col]))
1706 			continue;
1707 		mat = isl_mat_cow(mat);
1708 		if (!mat)
1709 			return NULL;
1710 		isl_int_neg(mat->row[i][col], mat->row[i][col]);
1711 	}
1712 
1713 	return mat;
1714 }
1715 
1716 /* Negate row "row" of "mat" and return the result.
1717  */
isl_mat_row_neg(__isl_take isl_mat * mat,int row)1718 __isl_give isl_mat *isl_mat_row_neg(__isl_take isl_mat *mat, int row)
1719 {
1720 	if (check_row(mat, row) < 0)
1721 		return isl_mat_free(mat);
1722 	if (isl_seq_first_non_zero(mat->row[row], mat->n_col) == -1)
1723 		return mat;
1724 	mat = isl_mat_cow(mat);
1725 	if (!mat)
1726 		return NULL;
1727 	isl_seq_neg(mat->row[row], mat->row[row], mat->n_col);
1728 	return mat;
1729 }
1730 
isl_mat_unimodular_complete(__isl_take isl_mat * M,int row)1731 __isl_give isl_mat *isl_mat_unimodular_complete(__isl_take isl_mat *M, int row)
1732 {
1733 	int r;
1734 	struct isl_mat *H = NULL, *Q = NULL;
1735 
1736 	if (!M)
1737 		return NULL;
1738 
1739 	isl_assert(M->ctx, M->n_row == M->n_col, goto error);
1740 	M->n_row = row;
1741 	H = isl_mat_left_hermite(isl_mat_copy(M), 0, NULL, &Q);
1742 	M->n_row = M->n_col;
1743 	if (!H)
1744 		goto error;
1745 	for (r = 0; r < row; ++r)
1746 		isl_assert(M->ctx, isl_int_is_one(H->row[r][r]), goto error);
1747 	for (r = row; r < M->n_row; ++r)
1748 		isl_seq_cpy(M->row[r], Q->row[r], M->n_col);
1749 	isl_mat_free(H);
1750 	isl_mat_free(Q);
1751 	return M;
1752 error:
1753 	isl_mat_free(H);
1754 	isl_mat_free(Q);
1755 	isl_mat_free(M);
1756 	return NULL;
1757 }
1758 
isl_mat_concat(__isl_take isl_mat * top,__isl_take isl_mat * bot)1759 __isl_give isl_mat *isl_mat_concat(__isl_take isl_mat *top,
1760 	__isl_take isl_mat *bot)
1761 {
1762 	struct isl_mat *mat;
1763 
1764 	if (!top || !bot)
1765 		goto error;
1766 
1767 	isl_assert(top->ctx, top->n_col == bot->n_col, goto error);
1768 	if (top->n_row == 0) {
1769 		isl_mat_free(top);
1770 		return bot;
1771 	}
1772 	if (bot->n_row == 0) {
1773 		isl_mat_free(bot);
1774 		return top;
1775 	}
1776 
1777 	mat = isl_mat_alloc(top->ctx, top->n_row + bot->n_row, top->n_col);
1778 	if (!mat)
1779 		goto error;
1780 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, mat->row, top->row, top->n_row,
1781 			 0, 0, mat->n_col);
1782 	isl_mat_sub_copy(mat->ctx, mat->row + top->n_row, bot->row, bot->n_row,
1783 			 0, 0, mat->n_col);
1784 	isl_mat_free(top);
1785 	isl_mat_free(bot);
1786 	return mat;
1787 error:
1788 	isl_mat_free(top);
1789 	isl_mat_free(bot);
1790 	return NULL;
1791 }
1792 
isl_mat_is_equal(__isl_keep isl_mat * mat1,__isl_keep isl_mat * mat2)1793 isl_bool isl_mat_is_equal(__isl_keep isl_mat *mat1, __isl_keep isl_mat *mat2)
1794 {
1795 	int i;
1796 
1797 	if (!mat1 || !mat2)
1798 		return isl_bool_error;
1799 
1800 	if (mat1->n_row != mat2->n_row)
1801 		return isl_bool_false;
1802 
1803 	if (mat1->n_col != mat2->n_col)
1804 		return isl_bool_false;
1805 
1806 	for (i = 0; i < mat1->n_row; ++i)
1807 		if (!isl_seq_eq(mat1->row[i], mat2->row[i], mat1->n_col))
1808 			return isl_bool_false;
1809 
1810 	return isl_bool_true;
1811 }
1812 
isl_mat_from_row_vec(__isl_take isl_vec * vec)1813 __isl_give isl_mat *isl_mat_from_row_vec(__isl_take isl_vec *vec)
1814 {
1815 	struct isl_mat *mat;
1816 
1817 	if (!vec)
1818 		return NULL;
1819 	mat = isl_mat_alloc(vec->ctx, 1, vec->size);
1820 	if (!mat)
1821 		goto error;
1822 
1823 	isl_seq_cpy(mat->row[0], vec->el, vec->size);
1824 
1825 	isl_vec_free(vec);
1826 	return mat;
1827 error:
1828 	isl_vec_free(vec);
1829 	return NULL;
1830 }
1831 
1832 /* Return a copy of row "row" of "mat" as an isl_vec.
1833  */
isl_mat_get_row(__isl_keep isl_mat * mat,unsigned row)1834 __isl_give isl_vec *isl_mat_get_row(__isl_keep isl_mat *mat, unsigned row)
1835 {
1836 	isl_vec *v;
1837 
1838 	if (!mat)
1839 		return NULL;
1840 	if (row >= mat->n_row)
1841 		isl_die(mat->ctx, isl_error_invalid, "row out of range",
1842 			return NULL);
1843 
1844 	v = isl_vec_alloc(isl_mat_get_ctx(mat), mat->n_col);
1845 	if (!v)
1846 		return NULL;
1847 	isl_seq_cpy(v->el, mat->row[row], mat->n_col);
1848 
1849 	return v;
1850 }
1851 
isl_mat_vec_concat(__isl_take isl_mat * top,__isl_take isl_vec * bot)1852 __isl_give isl_mat *isl_mat_vec_concat(__isl_take isl_mat *top,
1853 	__isl_take isl_vec *bot)
1854 {
1855 	return isl_mat_concat(top, isl_mat_from_row_vec(bot));
1856 }
1857 
isl_mat_move_cols(__isl_take isl_mat * mat,unsigned dst_col,unsigned src_col,unsigned n)1858 __isl_give isl_mat *isl_mat_move_cols(__isl_take isl_mat *mat,
1859 	unsigned dst_col, unsigned src_col, unsigned n)
1860 {
1861 	isl_mat *res;
1862 
1863 	if (!mat)
1864 		return NULL;
1865 	if (n == 0 || dst_col == src_col)
1866 		return mat;
1867 
1868 	res = isl_mat_alloc(mat->ctx, mat->n_row, mat->n_col);
1869 	if (!res)
1870 		goto error;
1871 
1872 	if (dst_col < src_col) {
1873 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1874 				 0, 0, dst_col);
1875 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1876 				 dst_col, src_col, n);
1877 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1878 				 dst_col + n, dst_col, src_col - dst_col);
1879 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1880 				 src_col + n, src_col + n,
1881 				 res->n_col - src_col - n);
1882 	} else {
1883 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1884 				 0, 0, src_col);
1885 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1886 				 src_col, src_col + n, dst_col - src_col);
1887 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1888 				 dst_col, src_col, n);
1889 		isl_mat_sub_copy(res->ctx, res->row, mat->row, mat->n_row,
1890 				 dst_col + n, dst_col + n,
1891 				 res->n_col - dst_col - n);
1892 	}
1893 	isl_mat_free(mat);
1894 
1895 	return res;
1896 error:
1897 	isl_mat_free(mat);
1898 	return NULL;
1899 }
1900 
1901 /* Return the gcd of the elements in row "row" of "mat" in *gcd.
1902  * Return isl_stat_ok on success and isl_stat_error on failure.
1903  */
isl_mat_row_gcd(__isl_keep isl_mat * mat,int row,isl_int * gcd)1904 isl_stat isl_mat_row_gcd(__isl_keep isl_mat *mat, int row, isl_int *gcd)
1905 {
1906 	if (check_row(mat, row) < 0)
1907 		return isl_stat_error;
1908 
1909 	isl_seq_gcd(mat->row[row], mat->n_col, gcd);
1910 
1911 	return isl_stat_ok;
1912 }
1913 
isl_mat_gcd(__isl_keep isl_mat * mat,isl_int * gcd)1914 void isl_mat_gcd(__isl_keep isl_mat *mat, isl_int *gcd)
1915 {
1916 	int i;
1917 	isl_int g;
1918 
1919 	isl_int_set_si(*gcd, 0);
1920 	if (!mat)
1921 		return;
1922 
1923 	isl_int_init(g);
1924 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i) {
1925 		isl_seq_gcd(mat->row[i], mat->n_col, &g);
1926 		isl_int_gcd(*gcd, *gcd, g);
1927 	}
1928 	isl_int_clear(g);
1929 }
1930 
1931 /* Return the result of scaling "mat" by a factor of "m".
1932  */
isl_mat_scale(__isl_take isl_mat * mat,isl_int m)1933 __isl_give isl_mat *isl_mat_scale(__isl_take isl_mat *mat, isl_int m)
1934 {
1935 	int i;
1936 
1937 	if (isl_int_is_one(m))
1938 		return mat;
1939 
1940 	mat = isl_mat_cow(mat);
1941 	if (!mat)
1942 		return NULL;
1943 
1944 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1945 		isl_seq_scale(mat->row[i], mat->row[i], m, mat->n_col);
1946 
1947 	return mat;
1948 }
1949 
isl_mat_scale_down(__isl_take isl_mat * mat,isl_int m)1950 __isl_give isl_mat *isl_mat_scale_down(__isl_take isl_mat *mat, isl_int m)
1951 {
1952 	int i;
1953 
1954 	if (isl_int_is_one(m))
1955 		return mat;
1956 
1957 	mat = isl_mat_cow(mat);
1958 	if (!mat)
1959 		return NULL;
1960 
1961 	for (i = 0; i < mat->n_row; ++i)
1962 		isl_seq_scale_down(mat->row[i], mat->row[i], m, mat->n_col);
1963 
1964 	return mat;
1965 }
1966 
isl_mat_scale_down_row(__isl_take isl_mat * mat,int row,isl_int m)1967 __isl_give isl_mat *isl_mat_scale_down_row(__isl_take isl_mat *mat, int row,
1968 	isl_int m)
1969 {
1970 	if (isl_int_is_one(m))
1971 		return mat;
1972 
1973 	mat = isl_mat_cow(mat);
1974 	if (!mat)
1975 		return NULL;
1976 
1977 	isl_seq_scale_down(mat->row[row], mat->row[row], m, mat->n_col);
1978 
1979 	return mat;
1980 }
1981 
isl_mat_normalize(__isl_take isl_mat * mat)1982 __isl_give isl_mat *isl_mat_normalize(__isl_take isl_mat *mat)
1983 {
1984 	isl_int gcd;
1985 
1986 	if (!mat)
1987 		return NULL;
1988 
1989 	isl_int_init(gcd);
1990 	isl_mat_gcd(mat, &gcd);
1991 	mat = isl_mat_scale_down(mat, gcd);
1992 	isl_int_clear(gcd);
1993 
1994 	return mat;
1995 }
1996 
isl_mat_normalize_row(__isl_take isl_mat * mat,int row)1997 __isl_give isl_mat *isl_mat_normalize_row(__isl_take isl_mat *mat, int row)
1998 {
1999 	mat = isl_mat_cow(mat);
2000 	if (!mat)
2001 		return NULL;
2002 
2003 	isl_seq_normalize(mat->ctx, mat->row[row], mat->n_col);
2004 
2005 	return mat;
2006 }
2007 
2008 /* Number of initial non-zero columns.
2009  */
isl_mat_initial_non_zero_cols(__isl_keep isl_mat * mat)2010 int isl_mat_initial_non_zero_cols(__isl_keep isl_mat *mat)
2011 {
2012 	int i;
2013 
2014 	if (!mat)
2015 		return -1;
2016 
2017 	for (i = 0; i < mat->n_col; ++i)
2018 		if (row_first_non_zero(mat->row, mat->n_row, i) < 0)
2019 			break;
2020 
2021 	return i;
2022 }
2023 
2024 /* Return a basis for the space spanned by the rows of "mat".
2025  * Any basis will do, so simply perform Gaussian elimination and
2026  * remove the empty rows.
2027  */
isl_mat_row_basis(__isl_take isl_mat * mat)2028 __isl_give isl_mat *isl_mat_row_basis(__isl_take isl_mat *mat)
2029 {
2030 	return isl_mat_reverse_gauss(mat);
2031 }
2032 
2033 /* Return rows that extend a basis of "mat1" to one
2034  * that covers both "mat1" and "mat2".
2035  * The Hermite normal form of the concatenation of the two matrices is
2036  *
2037  *	                     [ Q1 ]
2038  *	[ M1 ] = [ H1 0  0 ] [ Q2 ]
2039  *	[ M2 ] = [ H2 H3 0 ] [ Q3 ]
2040  *
2041  * The number of columns in H1 and H3 determine the number of rows
2042  * in Q1 and Q2.  Q1 is a basis for M1, while Q2 extends this basis
2043  * to also cover M2.
2044  */
isl_mat_row_basis_extension(__isl_take isl_mat * mat1,__isl_take isl_mat * mat2)2045 __isl_give isl_mat *isl_mat_row_basis_extension(
2046 	__isl_take isl_mat *mat1, __isl_take isl_mat *mat2)
2047 {
2048 	isl_size n_row;
2049 	int r1, r;
2050 	isl_size n1;
2051 	isl_mat *H, *Q;
2052 
2053 	n1 = isl_mat_rows(mat1);
2054 	H = isl_mat_concat(mat1, mat2);
2055 	H = isl_mat_left_hermite(H, 0, NULL, &Q);
2056 	if (n1 < 0 || !H || !Q)
2057 		goto error;
2058 
2059 	r1 = hermite_first_zero_col(H, 0, n1);
2060 	r = hermite_first_zero_col(H, r1, H->n_row);
2061 	n_row = isl_mat_rows(Q);
2062 	if (n_row < 0)
2063 		goto error;
2064 	Q = isl_mat_drop_rows(Q, r, n_row - r);
2065 	Q = isl_mat_drop_rows(Q, 0, r1);
2066 
2067 	isl_mat_free(H);
2068 	return Q;
2069 error:
2070 	isl_mat_free(H);
2071 	isl_mat_free(Q);
2072 	return NULL;
2073 }
2074 
2075 /* Are the rows of "mat1" linearly independent of those of "mat2"?
2076  * That is, is there no linear dependence among the combined rows
2077  * that is not already present in either "mat1" or "mat2"?
2078  * In other words, is the rank of "mat1" and "mat2" combined equal
2079  * to the sum of the ranks of "mat1" and "mat2"?
2080  */
isl_mat_has_linearly_independent_rows(__isl_keep isl_mat * mat1,__isl_keep isl_mat * mat2)2081 isl_bool isl_mat_has_linearly_independent_rows(__isl_keep isl_mat *mat1,
2082 	__isl_keep isl_mat *mat2)
2083 {
2084 	isl_size r1, r2, r;
2085 	isl_mat *mat;
2086 
2087 	r1 = isl_mat_rank(mat1);
2088 	if (r1 < 0)
2089 		return isl_bool_error;
2090 	if (r1 == 0)
2091 		return isl_bool_true;
2092 	r2 = isl_mat_rank(mat2);
2093 	if (r2 < 0)
2094 		return isl_bool_error;
2095 	if (r2 == 0)
2096 		return isl_bool_true;
2097 
2098 	mat = isl_mat_concat(isl_mat_copy(mat1), isl_mat_copy(mat2));
2099 	r = isl_mat_rank(mat);
2100 	isl_mat_free(mat);
2101 	if (r < 0)
2102 		return isl_bool_error;
2103 	return isl_bool_ok(r == r1 + r2);
2104 }
2105