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
  78         if (m_digits.size() <= 1)
  79                 return 0;
  80
  81         unsigned shrunk = 0;
  82         while (m_digits.size() > 1 && m_digits[m_digits.size()-1] == 0L)
  83         {
  84                 //Debug("Shrink 1");
  85                 m_digits.pop_back();
  86                 shrunk++;
  87         }
  88         return shrunk;
  89 }
  90
  91 void Arbint::GrowDigit(digit_t new_msd)
  92 {
  93         static unsigned total_grows = 0;
  94         static unsigned biggest_arbint = 1;
  95         m_digits.push_back(new_msd);
  96         total_grows++;
  97         if (m_digits.size() > biggest_arbint)
  98         {
  99                 biggest_arbint = m_digits.size();
 100                 Warn("New biggest Arbint of size %u", m_digits.size());
 101         }
 102         //Warn("Arbint grows digit (%.16lx), this->m_digits.size() = %u, total grown = %u", new_msd, m_digits.size(), ++total_grows);
 103         //if (total_grows++ > 10000)
 104         //{
 105         //      Fatal("Too many GrowDigit calls!");
 106         //}
 107 }
 108
 109 Arbint & Arbint::operator*=(const Arbint & mul)
 110 {
 111         vector<digit_t> new_digits(m_digits.size(), 0L);
 112         new_digits.reserve(new_digits.size()+mul.m_digits.size());
 113         for (unsigned i = 0; i < mul.m_digits.size(); ++i)
 114         {
 115                 vector<digit_t> step(m_digits.size()+i, 0L);
 116                 memcpy(step.data()+i, m_digits.data(), sizeof(digit_t)*m_digits.size());
 117
 118                 digit_t overflow = mul_digits((digit_t*)step.data()+i, mul.m_digits[i], m_digits.size());
 119                 if (overflow != 0L)
 120                 {
 121                         step.push_back(overflow);
 122                 }
 123                 new_digits.resize(max(new_digits.size(), step.size()), 0L);
 124                 digit_t carry = add_digits((digit_t*)new_digits.data(), step.data(), step.size());
 125                 if (carry != 0L)
 126                 {
 127                         Debug("Add carry");
 128                         GrowDigit(carry);
 129                 }
 130         }
 131
 132         m_digits.swap(new_digits);
 133         m_sign = !(m_sign == mul.m_sign);
 134         Shrink();
 135         return *this;
 136 }
 137
 138 void Arbint::Division(const Arbint & div, Arbint & result, Arbint & remainder) const
 139 {
 140         remainder = 0;
 141         result = 0;
 142         if (div.IsZero())
 143         {
 144                 result = *this;
 145                 return;
 146         }
 147         /* may break things (even more that is)
 148         else if (div.m_digits.size() == 1)
 149         {
 150                 result.m_digits.resize(m_digits.size(), 0L);
 151                 remainder = Arbint(div_digits((digit_t*)&m_digits[0], div.m_digits[0], m_digits.size(), result.m_digits.data()));
 152                 result.m_sign = !(m_sign == div.m_sign);
 153                 return;
 154         } */
 155
 156         for (int i = 8*sizeof(digit_t)*m_digits.size(); i >= 0; --i)
 157         {
 158                 remainder <<= 1;
 159                 if (GetBit(i))
 160                         remainder.BitSet(0);
 161                 else
 162                         remainder.BitClear(0);
 163                 if (remainder >= div)
 164                 {
 165                         remainder -= div;
 166                         result.BitSet(i);
 167                 }
 168         }
 169         result.m_sign = !(m_sign == div.m_sign);
 170         result.Shrink();
 171 }
 172
 173 Arbint & Arbint::operator+=(const Arbint & add)
 174 {
 175         if (m_sign == add.m_sign)
 176         {
 177                 // -a + -b == -(a + b)
 178                 return AddBasic(add);
 179         }
 180
 181         if (m_sign)
 182         {
 183                 // -a + b == -(a - b)
 184                 m_sign = false;
 185                 SubBasic(add);
 186                 m_sign = !m_sign;
 187         }
 188         else
 189         {
 190                 // a + -b == a - b
 191                 SubBasic(add);
 192         }
 193         Shrink();
 194         return *this;
 195 }
 196
 197 Arbint & Arbint::operator-=(const Arbint & sub)
 198 {
 199         if (m_sign == sub.m_sign)
 200                 return SubBasic(sub);
 201         return AddBasic(sub);
 202 }
 203
 204 Arbint & Arbint::AddBasic(const Arbint & add)
 205 {
 206         // Add any leading zeros to this number
 207         while (m_digits.size() < add.m_digits.size())
 208         {
 209                 GrowDigit(0L);
 210         }
 211         //m_digits.resize(add.m_digits.size()+1,0L);
 212
 213         digit_t carry = add_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 214                         (digit_t*)add.m_digits.data(), add.m_digits.size());
 215
 216         // This number had more digits but there is a carry left over
 217         if (carry != 0L && m_digits.size() > add.m_digits.size())
 218         {
 219                 vector<digit_t> carry_digits(m_digits.size() - add.m_digits.size(), 0L);
 220                 carry_digits[0] = carry;
 221                 carry = add_digits((digit_t*)m_digits.data()+add.m_digits.size(),
 222                         (digit_t*)carry_digits.data(), m_digits.size()-add.m_digits.size());
 223         }
 224
 225         // There is still a carry left over
 226         if (carry != 0L)
 227         {
 228                 GrowDigit(carry);
 229         }
 230         Shrink();
 231         return *this;
 232 }
 233
 234 Arbint & Arbint::SubBasic(const Arbint & sub)
 235 {
 236         // Add leading zeros
 237         while (sub.m_digits.size() > m_digits.size())
 238         {
 239                 GrowDigit(0L);
 240         }
 241
 242         // Do subtraction on digits
 243         digit_t borrow = sub_digits((digit_t*)m_digits.data(),
 244                         (digit_t*)sub.m_digits.data(), sub.m_digits.size());
 245
 246         // This number had more digits but there is a borrow left over
 247         if (borrow != 0L && m_digits.size() > sub.m_digits.size())
 248         {
 249                 vector<digit_t> borrow_digits(m_digits.size()-sub.m_digits.size(), 0L);
 250                 borrow_digits[0] = borrow;
 251                 borrow = sub_digits((digit_t*)m_digits.data()+sub.m_digits.size(),
 252                         (digit_t*)borrow_digits.data(), m_digits.size()-sub.m_digits.size());
 253         }
 254
 255         // borrow is still set => number is negative
 256         if (borrow != 0L)
 257         {
 258                 m_sign = !m_sign;
 259                 for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 260                         m_digits[i] = (~m_digits[i]);
 261                 vector<digit_t> one_digits(m_digits.size(), 0L);
 262                 one_digits[0] = 1L;
 263                 add_digits((digit_t*)m_digits.data(), (digit_t*)one_digits.data(), m_digits.size());
 264         }
 265         Shrink();
 266         return *this;
 267 }
 268
 269
 270 string Arbint::Str(const string & base) const
 271 {
 272         string s("");
 273         Arbint cpy(*this);
 274
 275         reverse(s.begin(), s.end());
 276         return s;
 277 }
 278
 279 bool Arbint::IsZero() const
 280 {
 281         for (unsigned i = m_digits.size()-1; i > 0; --i)
 282         {
 283                 if (m_digits[i] != 0L) return false;
 284         }
 285         return (m_digits[0] == 0L);
 286 }
 287
 288 bool Arbint::operator==(const Arbint & equ) const
 289 {
 290         if (m_sign != equ.m_sign)
 291                 return false;
 292         unsigned min_size = m_digits.size();
 293         const Arbint * larger = &equ;
 294         if (m_digits.size() > equ.m_digits.size())
 295         {
 296                 min_size = equ.m_digits.size();
 297                 larger = this;
 298         }
 299
 300         if (memcmp(m_digits.data(), equ.m_digits.data(), sizeof(digit_t)*min_size) != 0)
 301                 return false;
 302
 303         for (unsigned i = min_size; i < larger->m_digits.size(); ++i)
 304         {
 305                 if (larger->m_digits[i] != 0L)
 306                         return false;
 307         }
 308         return true;
 309 }
 310
 311 bool Arbint::operator<(const Arbint & less) const
 312 {
 313         Arbint cpy(*this);
 314         cpy -= less;
 315         return (cpy.m_sign && !cpy.IsZero());
 316 }
 317
 318 string Arbint::DigitStr() const
 319 {
 320         stringstream ss("");
 321         //ss << std::hex << std::setfill('0');
 322         for (unsigned i = 0; i < m_digits.size(); ++i)
 323         {
 324                 if (i != 0) ss << ',';
 325                 //ss << std::setw(2*sizeof(digit_t)) << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 326                 ss << static_cast<digit_t>(m_digits[i]);
 327         }
 328         return ss.str();
 329 }
 330
 331 Arbint & Arbint::operator>>=(unsigned amount)
 332 {
 333         // Shift by whole number of digits
 334         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 335         unsigned old_size = m_digits.size();
 336
 337         if (whole >= old_size)
 338         {
 339                 m_digits.resize(1,0L);
 340                 m_digits[0] = 0L;
 341                 return *this;
 342         }
 343         memmove(m_digits.data(), m_digits.data()+whole, sizeof(digit_t)*(old_size-whole));
 344         m_digits.resize(old_size-whole, 0L);
 345
 346         // Shift by partial amount
 347         amount = amount %(8*sizeof(digit_t));
 348         if (amount == 0)
 349                 return *this;
 350
 351         digit_t underflow = 0L;
 352         for (int i = (int)(m_digits.size()-1); i >= 0; --i)
 353         {
 354                 unsigned shl = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 355                 digit_t next_underflow = (m_digits[i] << shl);
 356                 //digit_t mask_upper = ~(0L >> amount);
 357                 m_digits[i] = (m_digits[i] >> amount);// & mask_upper;
 358                 m_digits[i] |= underflow;
 359                 underflow = next_underflow;
 360         }
 361         Shrink();
 362         return *this;
 363 }
 364
 365 Arbint & Arbint::operator<<=(unsigned amount)
 366 {
 367         // Shift by whole number of digits
 368         unsigned whole = amount/(8*sizeof(digit_t));
 369         unsigned old_size = m_digits.size();
 370         for (unsigned i = 0; i < whole; ++i)
 371         {
 372                 //Debug("i = %u, whole = %u", i, whole);
 373                 GrowDigit(0L);//m_digits.resize(m_digits.size() + whole);
 374         }
 375         memmove(m_digits.data()+whole, m_digits.data(), sizeof(digit_t)*old_size);
 376         memset(m_digits.data(), 0L, whole*sizeof(digit_t));
 377
 378
 379
 380         // Partial shifting
 381         amount = amount % (8*sizeof(digit_t));
 382         if (amount == 0)
 383                 return *this;
 384
 385         //Debug("Shift by %u from %u", amount, whole);
 386         digit_t overflow = 0L;
 387         for (unsigned i = whole; i < m_digits.size(); ++i)
 388         {
 389                 //Debug("Digit is %.16lx", m_digits[i]);
 390                 unsigned shr = (8*sizeof(digit_t)-amount);
 391                 //Debug("shr is %u", shr);
 392                 digit_t next_overflow = (m_digits[i] >> shr);
 393                 //Debug("Next overflow %.16lx", next_overflow);
 394                 m_digits[i] <<= amount;
 395                 //Debug("Before overflow %.16lx", m_digits[i]);
 396                 m_digits[i] |= overflow;
 397                 overflow = next_overflow;
 398         }
 399         if (overflow != 0L)
 400                 m_digits.push_back(overflow);
 401         Shrink();
 402         return *this;
 403 }
 404
 405 bool Arbint::GetBit(unsigned i) const
 406 {
 407         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 408         if (digit >= m_digits.size())
 409                 return false;
 410
 411         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 412
 413         return (m_digits[digit] & (1L << i));
 414
 415 }
 416
 417 void Arbint::BitClear(unsigned i)
 418 {
 419         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 420         if (digit >= m_digits.size())
 421                 return;
 422         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 423         m_digits[digit] &= ~(1L << i);
 424 }
 425
 426 void Arbint::BitSet(unsigned i)
 427 {
 428         unsigned digit = i/(8*sizeof(digit_t));
 429         while (m_digits.size() < digit+1)
 430         {
 431                 //Debug("Grow BitSet Size %u, digit %u", m_digits.size(), digit);
 432                 GrowDigit(0L);
 433         }
 434
 435         i = i % (8*sizeof(digit_t));
 436         m_digits[digit] |= (1L << i);
 437 }
 438
 439 }