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