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         if (div.IsZero())
 118         {
 119                 result = *this;
 120                 return;
 121         }
 122         for (int i = 8*sizeof(digit_t)*m_digits.size(); i >= 0; --i)
 123         {
 124                 remainder <<= 1;
 125                 if (GetBit(i))
 126                         remainder.BitSet(0);
 127                 else
 128                         remainder.BitClear(0);
 129                 if (remainder >= div)
 130                 {
 131                         remainder -= div;
 132                         result.BitSet(i);
 133                 }
 134         }
 135         result.m_sign = !(m_sign == div.m_sign);
 136 }
 137
 138 Arbint & Arbint::operator+=(const Arbint & add)
 139 {
 140         if (m_sign == add.m_sign)
 141         {
 142                 // -a + -b == -(a + b)
 143                 return AddBasic(add);
 144         }
 145
 146         if (m_sign)
 147         {
 148                 // -a + b == -(a - b)
 149                 m_sign = false;
 150                 SubBasic(add);
 151                 m_sign = !m_sign;
 152         }
 153         else
 154         {
 155                 // a + -b == a - b
 156                 SubBasic(add);
 157         }
 158         return *this;
 159 }
 160
 161 Arbint & Arbint::operator-=(const Arbint & sub)
 162 {
 163         if (m_sign == sub.m_sign)
 164                 return SubBasic(sub);
 165         return AddBasic(sub);
 166 }
 167
 168 Arbint & Arbint::AddBasic(const Arbint & add)
 169 {
 170         if (add.m_digits.size() >= m_digits.size())
 171         {
 172                 m_digits.resize(add.m_digits.size()+1,0L);
 173         }
 174
 175         digit_t carry = add_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 176                         (digit_t*)add.m_digits.data(), add.m_digits.size());
 177         if (carry != 0L)
 178                 m_digits[m_digits.size()-1] = carry;
 179         else if (m_digits.back() == 0L)
 180                 m_digits.resize(m_digits.size()-1);
 181         return *this;
 182 }
 183
 184 Arbint & Arbint::SubBasic(const Arbint & sub)
 185 {
 186         if (sub.m_digits.size() >= m_digits.size())
 187         {
 188                 m_digits.resize(sub.m_digits.size(),0L);
 189         }
 190         digit_t borrow = sub_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 191                         (digit_t*)sub.m_digits.data(), sub.m_digits.size());
 192
 193
 194         //TODO: Write ASM to do this bit?
 195         if (borrow != 0L)
 196         {
 197                 m_sign = !m_sign;
 198                 for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 199                         m_digits[i] = -m_digits[i];
 200         }
 201         return *this;
 202 }
 203
 204
 205 string Arbint::Str(const string & base) const
 206 {
 207         string s("");
 208         Arbint cpy(*this);
 209
 210         reverse(s.begin(), s.end());
 211         return s;
 212 }
 213
 214 bool Arbint::IsZero() const
 215 {
 216         for (unsigned i = m_digits.size()-1; i > 0; --i)
 217         {
 218                 if (m_digits[i] != 0L) return false;
 219         }
 220         return (m_digits[0] == 0L);
 221 }
 222
 223 bool Arbint::operator==(const Arbint & equ) const
 224 {
 225         if (m_sign != equ.m_sign)
 226                 return false;
 227         unsigned min_size = m_digits.size();
 228         const Arbint * larger = &equ;
 229         if (m_digits.size() > equ.m_digits.size())
 230         {
 231                 min_size = equ.m_digits.size();
 232                 larger = this;
 233         }
 234
 235         if (memcmp(m_digits.data(), equ.m_digits.data(), sizeof(digit_t)*min_size) != 0)
 236                 return false;
 237
 238         for (unsigned i = min_size; i < larger->m_digits.size(); ++i)
 239         {
 240                 if (larger->m_digits[i] != 0L)
 241                         return false;
 242         }
 243         return true;
 244 }
 245
 246 bool Arbint::operator<(const Arbint & less) const
 247 {
 248         Arbint cpy(*this);
 249         cpy -= less;
 250         return (cpy.m_sign && !cpy.IsZero());
 251 }
 252
 253 string Arbint::DigitStr() const
 254 {
 255         stringstream ss("");
 256         //ss << std::hex << std::setfill('0');
 257         for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 258         {
 259                 if (i != 0) ss << ',';
 260                 //ss << std::setw(2*sizeof(digit_t)) << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 261                 ss << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 262         }
 263         return ss.str();
 264 }
 265
 266 Arbint & Arbint::operator>>=(unsigned amount)
 267 {
 268         // Shift by whole number of digits
 269         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 270         unsigned old_size = m_digits.size();
 271
 272         if (whole >= old_size)
 273         {
 274                 m_digits.resize(1,0L);
 275                 m_digits[0] = 0L;
 276                 return *this;
 277         }
 278         memmove(m_digits.data(), m_digits.data()+whole, sizeof(digit_t)*(old_size-whole));
 279         m_digits.resize(old_size-whole, 0L);
 280
 281         // Shift by partial amount
 282         amount = amount %(8*sizeof(digit_t));
 283         if (amount == 0)
 284                 return *this;
 285
 286         digit_t underflow = 0L;
 287         for (int i = (int)(m_digits.size()-1); i >= 0; --i)
 288         {
 289                 unsigned shl = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 290                 digit_t next_underflow = (m_digits[i] << shl);
 291                 //digit_t mask_upper = ~(0L >> amount);
 292                 m_digits[i] = (m_digits[i] >> amount);// & mask_upper;
 293                 m_digits[i] |= underflow;
 294                 underflow = next_underflow;
 295         }
 296         return *this;
 297 }
 298
 299 Arbint & Arbint::operator<<=(unsigned amount)
 300 {
 301         // Shift by whole number of digits
 302         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 303         unsigned old_size = m_digits.size();
 304         m_digits.resize(m_digits.size() + whole);
 305         memmove(m_digits.data()+whole, m_digits.data(), sizeof(digit_t)*old_size);
 306         memset(m_digits.data(), 0L, whole*sizeof(digit_t));
 307
 308
 309
 310         // Partial shifting
 311         amount = amount % (8*sizeof(digit_t));
 312         if (amount == 0)
 313                 return *this;
 314
 315         //Debug("Shift by %u from %u", amount, whole);
 316         digit_t overflow = 0L;
 317         for (unsigned i = whole; i < m_digits.size(); ++i)
 318         {
 319                 //Debug("Digit is %.16lx", m_digits[i]);
 320                 unsigned shr = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 321                 //Debug("shr is %u", shr);
 322                 digit_t next_overflow = (m_digits[i] >> shr);
 323                 //Debug("Next overflow %.16lx", next_overflow);
 324                 m_digits[i] <<= amount;
 325                 //Debug("Before overflow %.16lx", m_digits[i]);
 326                 m_digits[i] |= overflow;
 327                 overflow = next_overflow;
 328         }
 329         if (overflow != 0L)
 330                 m_digits.push_back(overflow);
 331
 332         return *this;
 333 }
 334
 335 bool Arbint::GetBit(unsigned i) const
 336 {
 337         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 338         if (digit >= m_digits.size())
 339                 return false;
 340
 341         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 342
 343         return (m_digits[digit] & (1L << i));
 344
 345 }
 346
 347 void Arbint::BitClear(unsigned i)
 348 {
 349         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 350         if (digit >= m_digits.size())
 351                 return;
 352         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 353         m_digits[digit] &= ~(1L << i);
 354 }
 355
 356 void Arbint::BitSet(unsigned i)
 357 {
 358         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 359         if (digit >= m_digits.size())
 360         {
 361                 m_digits.resize(digit+1, 0L);
 362         }
 363         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 364         m_digits[digit] |= (1L << i);
 365 }
 366
 367 }