src/arbint.cpp

   1 /**
   2  * @file arbint.cpp
   3  * @brief Arbitrary sized integer definitions
   4  * @see arbint.h
   5  * @see add_digits_asm.s
   6  * @see sub_digits_asm.s
   7  * @see mul_digits_asm.s
   8  */
   9
  10 #include "arbint.h"
  11 #include <algorithm>
  12 #include <cstring>
  13
  14
  15 #include <string>
  16 #include <iomanip>
  17 #include <sstream>
  18 #include <cstdarg>
  19
  20 #include "rational.h"
  21
  22 using namespace std;
  23
  24 namespace IPDF
  25 {
  26
  27 /** Absolute value hackery **/
  28 template <> Arbint Tabs(const Arbint & a)
  29 {
  30         //Debug("Called");
  31         return a.Abs();
  32 }
  33
  34
  35 Arbint::Arbint(int64_t i) : m_digits(1), m_sign(i < 0)
  36 {
  37         m_digits[0] = llabs(i);
  38 }
  39
  40 Arbint::Arbint(unsigned n, digit_t d0, ...) : m_digits(n), m_sign(false)
  41 {
  42         va_list ap;
  43         va_start(ap, d0);
  44         if (n >= 1)
  45                 m_digits[0] = d0;
  46         for (unsigned i = 1; i < n; ++i)
  47         {
  48                 m_digits[i] = va_arg(ap, digit_t);
  49         }
  50         va_end(ap);
  51 }
  52
  53 Arbint::Arbint(const Arbint & cpy) : m_digits(cpy.m_digits), m_sign(cpy.m_sign)
  54 {
  55
  56 }
  57
  58 Arbint::Arbint(const vector<digit_t> & digits) : m_digits(digits), m_sign(false)
  59 {
  60
  61 }
  62
  63 Arbint & Arbint::operator=(const Arbint & cpy)
  64 {
  65         m_digits = cpy.m_digits;
  66         m_sign = cpy.m_sign;
  67         return *this;
  68 }
  69
  70 void Arbint::Zero()
  71 {
  72         m_digits.resize(1, 0L);
  73 }
  74
  75 unsigned Arbint::Shrink()
  76 {
  77         if (m_digits.size() <= 1)
  78                 return 0;
  79         unsigned i;
  80         for (i = m_digits.size()-1; (i > 0 && m_digits[i] != 0L); --i);
  81         unsigned result = m_digits.size() - i;
  82         m_digits.resize(i);
  83         return result;
  84 }
  85
  86 Arbint & Arbint::operator*=(const Arbint & mul)
  87 {
  88         vector<digit_t> new_digits(m_digits.size(), 0L);
  89         new_digits.reserve(new_digits.size()+mul.m_digits.size());
  90         for (unsigned i = 0; i < mul.m_digits.size(); ++i)
  91         {
  92                 vector<digit_t> step(m_digits.size()+i, 0L);
  93                 memcpy(step.data()+i, m_digits.data(), sizeof(digit_t)*m_digits.size());
  94
  95                 digit_t overflow = mul_digits((digit_t*)step.data()+i, mul.m_digits[i], m_digits.size());
  96                 if (overflow != 0L)
  97                 {
  98                         step.push_back(overflow);
  99                 }
 100                 new_digits.resize(max(new_digits.size(), step.size()), 0L);
 101                 digit_t carry = add_digits((digit_t*)new_digits.data(), step.data(), step.size());
 102                 if (carry != 0L)
 103                 {
 104                         new_digits.push_back(carry);
 105                 }
 106         }
 107
 108         m_digits.swap(new_digits);
 109         m_sign = !(m_sign == mul.m_sign);
 110         return *this;
 111 }
 112
 113 void Arbint::Division(const Arbint & div, Arbint & result, Arbint & remainder) const
 114 {
 115         remainder = 0;
 116         result = 0;
 117         for (int i = 8*sizeof(digit_t)*m_digits.size(); i >= 0; --i)
 118         {
 119                 remainder <<= 1;
 120                 if (GetBit(i))
 121                         remainder.BitSet(0);
 122                 else
 123                         remainder.BitClear(0);
 124                 if (remainder >= div)
 125                 {
 126                         remainder -= div;
 127                         result.BitSet(i);
 128                 }
 129         }
 130 }
 131
 132 Arbint & Arbint::operator+=(const Arbint & add)
 133 {
 134         if (m_sign == add.m_sign)
 135         {
 136                 // -a + -b == -(a + b)
 137                 return AddBasic(add);
 138         }
 139
 140         if (m_sign)
 141         {
 142                 // -a + b == -(a - b)
 143                 m_sign = false;
 144                 SubBasic(add);
 145                 m_sign = !m_sign;
 146         }
 147         else
 148         {
 149                 // a + -b == a - b
 150                 SubBasic(add);
 151         }
 152         return *this;
 153 }
 154
 155 Arbint & Arbint::operator-=(const Arbint & sub)
 156 {
 157         if (m_sign == sub.m_sign)
 158                 return SubBasic(sub);
 159         return AddBasic(sub);
 160 }
 161
 162 Arbint & Arbint::AddBasic(const Arbint & add)
 163 {
 164         if (add.m_digits.size() >= m_digits.size())
 165         {
 166                 m_digits.resize(add.m_digits.size()+1,0L);
 167         }
 168
 169         digit_t carry = add_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 170                         (digit_t*)add.m_digits.data(), add.m_digits.size());
 171         if (carry != 0L)
 172                 m_digits[m_digits.size()-1] = carry;
 173         else if (m_digits.back() == 0L)
 174                 m_digits.resize(m_digits.size()-1);
 175         return *this;
 176 }
 177
 178 Arbint & Arbint::SubBasic(const Arbint & sub)
 179 {
 180         if (sub.m_digits.size() >= m_digits.size())
 181         {
 182                 m_digits.resize(sub.m_digits.size(),0L);
 183         }
 184         digit_t borrow = sub_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 185                         (digit_t*)sub.m_digits.data(), sub.m_digits.size());
 186
 187
 188         //TODO: Write ASM to do this bit?
 189         if (borrow != 0L)
 190         {
 191                 m_sign = !m_sign;
 192                 for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 193                         m_digits[i] = -m_digits[i];
 194         }
 195         return *this;
 196 }
 197
 198
 199 string Arbint::Str(const string & base) const
 200 {
 201         string s("");
 202         Arbint cpy(*this);
 203
 204         reverse(s.begin(), s.end());
 205         return s;
 206 }
 207
 208 bool Arbint::IsZero() const
 209 {
 210         for (unsigned i = m_digits.size()-1; i > 0; --i)
 211         {
 212                 if (m_digits[i] != 0L) return false;
 213         }
 214         return (m_digits[0] == 0L);
 215 }
 216
 217 bool Arbint::operator==(const Arbint & equ) const
 218 {
 219         if (m_sign != equ.m_sign)
 220                 return false;
 221         unsigned min_size = m_digits.size();
 222         const Arbint * larger = &equ;
 223         if (m_digits.size() > equ.m_digits.size())
 224         {
 225                 min_size = equ.m_digits.size();
 226                 larger = this;
 227         }
 228
 229         if (memcmp(m_digits.data(), equ.m_digits.data(), sizeof(digit_t)*min_size) != 0)
 230                 return false;
 231
 232         for (unsigned i = min_size; i < larger->m_digits.size(); ++i)
 233         {
 234                 if (larger->m_digits[i] != 0L)
 235                         return false;
 236         }
 237         return true;
 238 }
 239
 240 bool Arbint::operator<(const Arbint & less) const
 241 {
 242         Arbint cpy(*this);
 243         cpy -= less;
 244         return (cpy.m_sign && !cpy.IsZero());
 245 }
 246
 247 string Arbint::DigitStr() const
 248 {
 249         stringstream ss("");
 250         //ss << std::hex << std::setfill('0');
 251         for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 252         {
 253                 if (i != 0) ss << ',';
 254                 //ss << std::setw(2*sizeof(digit_t)) << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 255                 ss << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 256         }
 257         return ss.str();
 258 }
 259
 260 Arbint & Arbint::operator>>=(unsigned amount)
 261 {
 262         // Shift by whole number of digits
 263         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 264         unsigned old_size = m_digits.size();
 265
 266         if (whole >= old_size)
 267         {
 268                 m_digits.resize(1);
 269                 m_digits[0] = 0L;
 270                 return *this;
 271         }
 272         memmove(m_digits.data(), m_digits.data()+whole, sizeof(digit_t)*(old_size-whole));
 273         m_digits.resize(old_size-whole, 0L);
 274
 275         // Shift by partial amount
 276         amount = amount %(8*sizeof(digit_t));
 277         if (amount == 0)
 278                 return *this;
 279
 280         digit_t underflow = 0L;
 281         for (int i = (int)(m_digits.size()-1); i >= 0; --i)
 282         {
 283                 unsigned shl = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 284                 digit_t next_underflow = (m_digits[i] << shl);
 285                 //digit_t mask_upper = ~(0L >> amount);
 286                 m_digits[i] = (m_digits[i] >> amount);// & mask_upper;
 287                 m_digits[i] |= underflow;
 288                 underflow = next_underflow;
 289         }
 290         return *this;
 291 }
 292
 293 Arbint & Arbint::operator<<=(unsigned amount)
 294 {
 295         // Shift by whole number of digits
 296         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 297         unsigned old_size = m_digits.size();
 298         m_digits.resize(m_digits.size() + whole);
 299         memmove(m_digits.data()+whole, m_digits.data(), sizeof(digit_t)*old_size);
 300         memset(m_digits.data(), 0L, whole*sizeof(digit_t));
 301
 302
 303
 304         // Partial shifting
 305         amount = amount % (8*sizeof(digit_t));
 306         if (amount == 0)
 307                 return *this;
 308
 309         //Debug("Shift by %u from %u", amount, whole);
 310         digit_t overflow = 0L;
 311         for (unsigned i = whole; i < m_digits.size(); ++i)
 312         {
 313                 //Debug("Digit is %.16lx", m_digits[i]);
 314                 unsigned shr = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 315                 //Debug("shr is %u", shr);
 316                 digit_t next_overflow = (m_digits[i] >> shr);
 317                 //Debug("Next overflow %.16lx", next_overflow);
 318                 m_digits[i] <<= amount;
 319                 //Debug("Before overflow %.16lx", m_digits[i]);
 320                 m_digits[i] |= overflow;
 321                 overflow = next_overflow;
 322         }
 323         if (overflow != 0L)
 324                 m_digits.push_back(overflow);
 325
 326         return *this;
 327 }
 328
 329 bool Arbint::GetBit(unsigned i) const
 330 {
 331         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 332         if (digit >= m_digits.size())
 333                 return false;
 334
 335         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 336
 337         return (m_digits[digit] & (1L << i));
 338
 339 }
 340
 341 void Arbint::BitClear(unsigned i)
 342 {
 343         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 344         if (digit >= m_digits.size())
 345                 return;
 346         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 347         m_digits[digit] &= ~(1L << i);
 348 }
 349
 350 void Arbint::BitSet(unsigned i)
 351 {
 352         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 353         if (digit >= m_digits.size())
 354         {
 355                 m_digits.resize(digit+1, 0L);
 356         }
 357         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 358         m_digits[digit] |= (1L << i);
 359 }
 360
 361 }