move c code to biginteger
authorLuke Kenneth Casson Leighton <lkcl@lkcl.net>
Tue, 19 Apr 2022 16:13:27 +0000 (17:13 +0100)
committerLuke Kenneth Casson Leighton <lkcl@lkcl.net>
Tue, 19 Apr 2022 16:13:27 +0000 (17:13 +0100)
openpower/sv/biginteger.mdwn
openpower/sv/biginteger/divmnu64.c [new file with mode: 0644]
openpower/sv/biginteger/mulmnu.c [new file with mode: 0644]
openpower/sv/bitmanip/divmnu64.c
openpower/sv/bitmanip/mulmnu.c

index 4cdc5ca7829bf16a1bfccf00c9ab61ee92afbffd..670c8dc24d3fefd8e6e225854e5ff60bb2d7f104 100644 (file)
@@ -1,3 +1,5 @@
+[[!tag standards]]
+
 # Big Integer Arithmetic
 
 **DRAFT STATUS** 19apr2021
diff --git a/openpower/sv/biginteger/divmnu64.c b/openpower/sv/biginteger/divmnu64.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7ab938e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,376 @@
+/* original source code from Hackers-Delight
+   https://github.com/hcs0/Hackers-Delight
+*/
+/* This divides an n-word dividend by an m-word divisor, giving an
+n-m+1-word quotient and m-word remainder. The bignums are in arrays of
+words. Here a "word" is 32 bits. This routine is designed for a 64-bit
+machine which has a 64/64 division instruction. */
+
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>     //To define "exit", req'd by XLC.
+#include <stdbool.h>
+#include <stdint.h>
+
+#define max(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
+
+int nlz(unsigned x) {
+   int n;
+
+   if (x == 0) return(32);
+   n = 0;
+   if (x <= 0x0000FFFF) {n = n +16; x = x <<16;}
+   if (x <= 0x00FFFFFF) {n = n + 8; x = x << 8;}
+   if (x <= 0x0FFFFFFF) {n = n + 4; x = x << 4;}
+   if (x <= 0x3FFFFFFF) {n = n + 2; x = x << 2;}
+   if (x <= 0x7FFFFFFF) {n = n + 1;}
+   return n;
+}
+
+void dumpit(char *msg, int n, unsigned v[]) {
+   int i;
+   printf("%s", msg);
+   for (i = n-1; i >= 0; i--) printf(" %08x", v[i]);
+   printf("\n");
+}
+
+/* q[0], r[0], u[0], and v[0] contain the LEAST significant words.
+(The sequence is in little-endian order).
+
+This is a fairly precise implementation of Knuth's Algorithm D, for a
+binary computer with base b = 2**32. The caller supplies:
+   1. Space q for the quotient, m - n + 1 words (at least one).
+   2. Space r for the remainder (optional), n words.
+   3. The dividend u, m words, m >= 1.
+   4. The divisor v, n words, n >= 2.
+The most significant digit of the divisor, v[n-1], must be nonzero.  The
+dividend u may have leading zeros; this just makes the algorithm take
+longer and makes the quotient contain more leading zeros.  A value of
+NULL may be given for the address of the remainder to signify that the
+caller does not want the remainder.
+   The program does not alter the input parameters u and v.
+   The quotient and remainder returned may have leading zeros.  The
+function itself returns a value of 0 for success and 1 for invalid
+parameters (e.g., division by 0).
+   For now, we must have m >= n.  Knuth's Algorithm D also requires
+that the dividend be at least as long as the divisor.  (In his terms,
+m >= 0 (unstated).  Therefore m+n >= n.) */
+
+int divmnu(unsigned q[], unsigned r[],
+     const unsigned u[], const unsigned v[],
+     int m, int n) {
+
+   const unsigned long long b = 4294967296LL; // Number base (2**32).
+   unsigned *un, *vn;                         // Normalized form of u, v.
+   unsigned long long qhat;                   // Estimated quotient digit.
+   unsigned long long rhat;                   // A remainder.
+   unsigned long long p;                      // Product of two digits.
+   long long t, k;
+   int s, i, j;
+
+   if (m < n || n <= 0 || v[n-1] == 0)
+      return 1;                         // Return if invalid param.
+
+   if (n == 1) {                        // Take care of
+      k = 0;                            // the case of a
+      for (j = m - 1; j >= 0; j--) {    // single-digit
+         q[j] = (k*b + u[j])/v[0];      // divisor here.
+         k = (k*b + u[j]) - q[j]*v[0];
+      }
+      if (r != NULL) r[0] = k;
+      return 0;
+   }
+
+   /* Normalize by shifting v left just enough so that its high-order
+   bit is on, and shift u left the same amount. We may have to append a
+   high-order digit on the dividend; we do that unconditionally. */
+
+   s = nlz(v[n-1]);             // 0 <= s <= 31.
+   vn = (unsigned *)alloca(4*n);
+   for (i = n - 1; i > 0; i--)
+      vn[i] = (v[i] << s) | ((unsigned long long)v[i-1] >> (32-s));
+   vn[0] = v[0] << s;
+
+   un = (unsigned *)alloca(4*(m + 1));
+   un[m] = (unsigned long long)u[m-1] >> (32-s);
+   for (i = m - 1; i > 0; i--)
+      un[i] = (u[i] << s) | ((unsigned long long)u[i-1] >> (32-s));
+   un[0] = u[0] << s;
+
+   for (j = m - n; j >= 0; j--) {       // Main loop.
+      // Compute estimate qhat of q[j].
+      qhat = (un[j+n]*b + un[j+n-1])/vn[n-1];
+      rhat = (un[j+n]*b + un[j+n-1]) - qhat*vn[n-1];
+again:
+      if (qhat >= b || qhat*vn[n-2] > b*rhat + un[j+n-2])
+      { qhat = qhat - 1;
+        rhat = rhat + vn[n-1];
+        if (rhat < b) goto again;
+      }
+#define MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE2
+#ifdef ORIGINAL
+      // Multiply and subtract.
+      k = 0;
+      for (i = 0; i < n; i++) {
+         p = qhat*vn[i];
+         t = un[i+j] - k - (p & 0xFFFFFFFFLL);
+         un[i+j] = t;
+         k = (p >> 32) - (t >> 32);
+      }
+      t = un[j+n] - k;
+      un[j+n] = t;
+      bool need_fixup = t < 0;
+#elif defined(SUB_MUL_BORROW)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t borrow = 0;
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t value = un[i + j] - (uint64_t)qhat * vn_i - borrow;
+         borrow = -(uint32_t)(value >> 32);
+         un[i + j] = (uint32_t)value;
+      }
+      bool need_fixup = borrow != 0;
+#elif defined(MUL_RSUB_CARRY)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t carry = 1;
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t result = un[i + j] + ~((uint64_t)qhat * vn_i) + carry;
+         uint32_t result_high = result >> 32;
+         if(carry <= 1)
+            result_high++;
+         carry = result_high;
+         un[i + j] = (uint32_t)result;
+      }
+      bool need_fixup = carry != 1;
+#elif defined(SUB_MUL_BORROW_2_STAGE)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t borrow = 0;
+      uint32_t phi[2000]; // plenty space
+      uint32_t plo[2000]; // plenty space
+      // first, perform mul-and-sub and store in split hi-lo
+      // this shows the vectorised sv.msubx which stores 128-bit in
+      // two 64-bit registers
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t value = un[i + j] - (uint64_t)qhat * vn_i;
+         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
+         phi[i] = value >> 32;
+      }
+      // second, reconstruct the 64-bit result, subtract borrow,
+      // store top-half (-ve) in new borrow and store low-half as answer
+      // this is the new (odd) instruction
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint64_t value = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) - borrow;
+         borrow = ~(value >> 32)+1; // -(uint32_t)(value >> 32);
+         un[i + j] = (uint32_t)value;
+      }
+      bool need_fixup = borrow != 0;
+#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t carry = 1;
+      uint32_t phi[2000]; // plenty space
+      uint32_t plo[2000]; // plenty space
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t value = un[i + j] + ~((uint64_t)qhat * vn_i);
+         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
+         phi[i] = value >> 32;
+      }
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry;
+         uint32_t result_high = result >> 32;
+         if(carry <= 1)
+            result_high++;
+         carry = result_high;
+         un[i + j] = (uint32_t)result;
+      }
+      bool need_fixup = carry != 1;
+#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE1)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t carry = 1;
+      uint32_t phi[2000]; // plenty space
+      uint32_t plo[2000]; // plenty space
+      // same mul-and-sub as SUB_MUL_BORROW but not the same
+      // mul-and-sub-minus-one as MUL_RSUB_CARRY
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t value = un[i + j] - ((uint64_t)qhat * vn_i);
+         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
+         phi[i] = value >> 32;
+      }
+      // compensate for the +1 that was added by mul-and-sub by subtracting
+      // it here (as ~(0))
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry+
+                           ~(0); // a way to express "-1"
+         uint32_t result_high = result >> 32;
+         if(carry <= 1)
+            result_high++;
+         carry = result_high;
+         un[i + j] = (uint32_t)result;
+      }
+      bool need_fixup = carry != 1;
+#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE2)
+      (void)p; // shut up unused variable warning
+
+      // Multiply and subtract.
+      uint32_t carry = 0;
+      uint32_t phi[2000]; // plenty space
+      uint32_t plo[2000]; // plenty space
+      // same mul-and-sub as SUB_MUL_BORROW but not the same
+      // mul-and-sub-minus-one as MUL_RSUB_CARRY
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
+         uint64_t value = un[i + j] - ((uint64_t)qhat * vn_i);
+         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
+         phi[i] = value >> 32;
+      }
+      // NOW it starts to make sense. when no carry this time, next
+      // carry as-is. rlse next carry reduces by one.
+      // it here (as ~(0))
+      for(int i = 0; i <= n; i++) {
+         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry;
+         uint32_t result_high = result >> 32;
+         if(carry == 0)
+            carry = result_high;
+         else
+            carry = result_high-1;
+         un[i + j] = (uint32_t)result;
+      }
+      bool need_fixup = carry != 0;
+#else
+#error need to choose one of the algorithm options; e.g. -DORIGINAL
+#endif
+
+      q[j] = qhat;              // Store quotient digit.
+      if (need_fixup) {         // If we subtracted too
+         q[j] = q[j] - 1;       // much, add back.
+         k = 0;
+         for (i = 0; i < n; i++) {
+            t = (unsigned long long)un[i+j] + vn[i] + k;
+            un[i+j] = t;
+            k = t >> 32;
+         }
+         un[j+n] = un[j+n] + k;
+      }
+   } // End j.
+   // If the caller wants the remainder, unnormalize
+   // it and pass it back.
+   if (r != NULL) {
+      for (i = 0; i < n-1; i++)
+         r[i] = (un[i] >> s) | ((unsigned long long)un[i+1] << (32-s));
+      r[n-1] = un[n-1] >> s;
+   }
+   return 0;
+}
+
+int errors;
+
+void check(unsigned q[], unsigned r[],
+           unsigned u[], unsigned v[],
+           int m, int n,
+           unsigned cq[], unsigned cr[]) {
+   int i, szq;
+
+   szq = max(m - n + 1, 1);
+   for (i = 0; i < szq; i++) {
+      if (q[i] != cq[i]) {
+         errors = errors + 1;
+         dumpit("Error, dividend u =", m, u);
+         dumpit("       divisor  v =", n, v);
+         dumpit("For quotient,  got:", m-n+1, q);
+         dumpit("        Should get:", m-n+1, cq);
+         return;
+      }
+   }
+   for (i = 0; i < n; i++) {
+      if (r[i] != cr[i]) {
+         errors = errors + 1;
+         dumpit("Error, dividend u =", m, u);
+         dumpit("       divisor  v =", n, v);
+         dumpit("For remainder, got:", n, r);
+         dumpit("        Should get:", n, cr);
+         return;
+      }
+   }
+   return;
+}
+
+int main() {
+   static unsigned test[] = {
+   // m, n, u...,          v...,          cq...,  cr....
+      1, 1, 3,             0,             1,      1,            // Error, divide by 0.
+      1, 2, 7,             1,3,           0,      7,0,          // Error, n > m.
+      2, 2, 0,0,           1,0,           0,      0,0,          // Error, incorrect remainder cr.
+      1, 1, 3,             2,             1,      1,
+      1, 1, 3,             3,             1,      0,
+      1, 1, 3,             4,             0,      3,
+      1, 1, 0,             0xffffffff,    0,      0,
+      1, 1, 0xffffffff,    1,             0xffffffff, 0,
+      1, 1, 0xffffffff,    0xffffffff,    1,      0,
+      1, 1, 0xffffffff,    3,             0x55555555, 0,
+      2, 1, 0xffffffff,0xffffffff, 1,     0xffffffff,0xffffffff, 0,
+      2, 1, 0xffffffff,0xffffffff, 0xffffffff,        1,1,    0,
+      2, 1, 0xffffffff,0xfffffffe, 0xffffffff,        0xffffffff,0, 0xfffffffe,
+      2, 1, 0x00005678,0x00001234, 0x00009abc,        0x1e1dba76,0, 0x6bd0,
+      2, 2, 0,0,           0,1,           0,      0,0,
+      2, 2, 0,7,           0,3,           2,      0,1,
+      2, 2, 5,7,           0,3,           2,      5,1,
+      2, 2, 0,6,           0,2,           3,      0,0,
+      1, 1, 0x80000000,  0x40000001, 0x00000001, 0x3fffffff,
+      2, 1, 0x00000000,0x80000000, 0x40000001, 0xfffffff8,0x00000001, 0x00000008,
+      2, 2, 0x00000000,0x80000000, 0x00000001,0x40000000, 0x00000001, 0xffffffff,0x3fffffff,
+      2, 2, 0x0000789a,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          1,          0,0,
+      2, 2, 0x0000789b,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          1,          1,0,
+      2, 2, 0x00007899,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          0, 0x00007899,0x0000bcde,
+      2, 2, 0x0000ffff,0x0000ffff, 0x0000ffff,0x0000ffff,          1,          0,0,
+      2, 2, 0x0000ffff,0x0000ffff, 0x00000000,0x00000001, 0x0000ffff, 0x0000ffff,0,
+      3, 2, 0x000089ab,0x00004567,0x00000123, 0x00000000,0x00000001,   0x00004567,0x00000123, 0x000089ab,0,
+      3, 2, 0x00000000,0x0000fffe,0x00008000, 0x0000ffff,0x00008000,   0xffffffff,0x00000000, 0x0000ffff,0x00007fff, // Shows that first qhat can = b + 1.
+      3, 3, 0x00000003,0x00000000,0x80000000, 0x00000001,0x00000000,0x20000000,   0x00000003, 0,0,0x20000000, // Adding back step req'd.
+      3, 3, 0x00000003,0x00000000,0x00008000, 0x00000001,0x00000000,0x00002000,   0x00000003, 0,0,0x00002000, // Adding back step req'd.
+      4, 3, 0,0,0x00008000,0x00007fff, 1,0,0x00008000,   0xfffe0000,0, 0x00020000,0xffffffff,0x00007fff,  // Add back req'd.
+      4, 3, 0,0x0000fffe,0,0x00008000, 0x0000ffff,0,0x00008000, 0xffffffff,0, 0x0000ffff,0xffffffff,0x00007fff,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
+      4, 3, 0,0xfffffffe,0,0x80000000, 0x0000ffff,0,0x80000000, 0x00000000,1, 0x00000000,0xfffeffff,0x00000000,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
+      4, 3, 0,0xfffffffe,0,0x80000000, 0xffffffff,0,0x80000000, 0xffffffff,0, 0xffffffff,0xffffffff,0x7fffffff,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
+   };
+   int i, n, m, ncases, f;
+   unsigned q[10], r[10];
+   unsigned *u, *v, *cq, *cr;
+
+   printf("divmnu:\n");
+   i = 0;
+   ncases = 0;
+   while (i < sizeof(test)/4) {
+      m = test[i];
+      n = test[i+1];
+      u = &test[i+2];
+      v = &test[i+2+m];
+      cq = &test[i+2+m+n];
+      cr = &test[i+2+m+n+max(m-n+1, 1)];
+
+      f = divmnu(q, r, u, v, m, n);
+      if (f) {
+         dumpit("Error return code for dividend u =", m, u);
+         dumpit("                      divisor  v =", n, v);
+         errors = errors + 1;
+      }
+      else
+         check(q, r, u, v, m, n, cq, cr);
+      i = i + 2 + m + n + max(m-n+1, 1) + n;
+      ncases = ncases + 1;
+   }
+
+   printf("%d errors out of %d cases; there should be 3.\n", errors, ncases);
+   return 0;
+}
diff --git a/openpower/sv/biginteger/mulmnu.c b/openpower/sv/biginteger/mulmnu.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..a38afc4
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,103 @@
+/* from hacker's delight, originsl by hannah suarez (hcs0) */
+// Computes the m+n-halfword product of n halfwords x m halfwords, unsigned.
+// Max line length is 57, to fit in hacker.book.
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>     //To define "exit", req'd by XLC.
+
+// w[0], u[0], and v[0] contain the LEAST significant halfwords.
+// (The halfwords are in little-endian order).
+// This is Knuth's Algorithm M from [Knuth Vol. 2 Third edition (1998)]
+// section 4.3.1.  Picture is:
+//                   u[m-1] ... u[1] u[0]
+//                 x v[n-1] ... v[1] v[0]
+//                   --------------------
+//        w[m+n-1] ............ w[1] w[0]
+
+void mulmnu(unsigned short w[], unsigned short u[],
+   unsigned short v[], int m, int n) {
+
+   unsigned int k, t;
+   int i, j;
+
+   for (i = 0; i < m; i++)
+      w[i] = 0;
+
+   for (j = 0; j < n; j++) {
+      k = 0;
+      unsigned short phi[2000];
+      unsigned short plo[2000];
+      for (i = 0; i < m; i++) {
+         unsigned product = u[i]*v[j] + w[i + j];
+         phi[i] = product>>16;
+         plo[i] = product;
+      }
+      for (i = 0; i < m; i++) {
+         t = (phi[i]<<16) | plo[i]  + k;
+         w[i + j] = t;          // (I.e., t & 0xFFFF).
+         k = t >> 16;
+      }
+      w[j + m] = k;
+   }
+   return;
+}
+
+int errors;
+
+void check(unsigned short result[], unsigned short u[],
+   unsigned short v[], int m, int n, unsigned short correct[]) {
+   int i, j;
+
+   for (i = 0; i < m + n; i++) {
+      if (correct[i] != result[i]) {
+         errors = errors + 1;
+         printf("Error, m = %d, n = %d, u = ", m, n);
+         for (j = 0; j < m; j++) printf(" %04x", u[j]);
+         printf(" v =");
+         for (j = 0; j < n; j++) printf(" %04x", v[j]);
+         printf("\nShould get:");
+         for (j = 0; j < n+m; j++) printf(" %04x", correct[j]);
+         printf("\n       Got:");
+         for (j = 0; j < n+m; j++) printf(" %04x", result[j]);
+         printf("\n");
+         break;
+      }
+   }
+}
+
+int main() {
+   static unsigned short test[] = {
+   //  m, n, u ..., v ..., result.
+      1, 1, 7, 3,                  21,0,
+      1, 1,      2, 0xFFFF,        0xFFFE,0x0001, // 2*FFFF = 0001_FFFE.
+      1, 1, 0xFFFF, 0xFFFF,        1,0xFFFE,
+      1, 2, 7, 5, 6,               35,42,0,
+      1, 2, 65000, 63000, 64000,   0xBDC0,0x8414,0xF7F5,
+      1, 3, 65535, 31000, 32000, 33000, 0x86E8,0xFC17,0xFC17,0x80E7,
+      2, 3, 400, 300, 500, 100, 200, 0x0D40,0xE633,0xADB2,0xEA61,0,
+      2, 3, 400, 65535, 500, 100, 65534, 0x0D40,0x9A4F,0xFE70,0x01F5,0xFFFD,
+      4, 4, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535,
+                1,     0,     0,     0, 65534, 65535, 65535, 65535,
+   };
+   int i, n, m, ncases;
+   unsigned short result[10];
+   unsigned short *u, *v;
+
+   printf("mulmnu:\n");
+   i = 0;
+   ncases = 0;
+   while (i < sizeof(test)/2) {
+      m = test[i];
+      n = test[i+1];
+      u = &test[i+2];
+      v = &test[i+2+m];
+      mulmnu(result, u, v, m, n);
+      check (result, u, v, m, n, &test[i+2+m+n]);
+      mulmnu(result, v, u, n, m);       // Interchange operands.
+      check (result, v, u, n, m, &test[i+2+m+n]);
+      i = i + 2 + 2*(m + n);
+      ncases = ncases + 1;
+   }
+
+   if (errors == 0)
+      printf("Passed all %d cases.\n", ncases);
+}
index 7ab938ea78fb4bd47e6b646bb7de41df7eb49240..203b21b26954ff96c39e9cb4f5c3f70a8f3ec04d 100644 (file)
@@ -1,376 +1 @@
-/* original source code from Hackers-Delight
-   https://github.com/hcs0/Hackers-Delight
-*/
-/* This divides an n-word dividend by an m-word divisor, giving an
-n-m+1-word quotient and m-word remainder. The bignums are in arrays of
-words. Here a "word" is 32 bits. This routine is designed for a 64-bit
-machine which has a 64/64 division instruction. */
-
-#include <stdio.h>
-#include <stdlib.h>     //To define "exit", req'd by XLC.
-#include <stdbool.h>
-#include <stdint.h>
-
-#define max(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
-
-int nlz(unsigned x) {
-   int n;
-
-   if (x == 0) return(32);
-   n = 0;
-   if (x <= 0x0000FFFF) {n = n +16; x = x <<16;}
-   if (x <= 0x00FFFFFF) {n = n + 8; x = x << 8;}
-   if (x <= 0x0FFFFFFF) {n = n + 4; x = x << 4;}
-   if (x <= 0x3FFFFFFF) {n = n + 2; x = x << 2;}
-   if (x <= 0x7FFFFFFF) {n = n + 1;}
-   return n;
-}
-
-void dumpit(char *msg, int n, unsigned v[]) {
-   int i;
-   printf("%s", msg);
-   for (i = n-1; i >= 0; i--) printf(" %08x", v[i]);
-   printf("\n");
-}
-
-/* q[0], r[0], u[0], and v[0] contain the LEAST significant words.
-(The sequence is in little-endian order).
-
-This is a fairly precise implementation of Knuth's Algorithm D, for a
-binary computer with base b = 2**32. The caller supplies:
-   1. Space q for the quotient, m - n + 1 words (at least one).
-   2. Space r for the remainder (optional), n words.
-   3. The dividend u, m words, m >= 1.
-   4. The divisor v, n words, n >= 2.
-The most significant digit of the divisor, v[n-1], must be nonzero.  The
-dividend u may have leading zeros; this just makes the algorithm take
-longer and makes the quotient contain more leading zeros.  A value of
-NULL may be given for the address of the remainder to signify that the
-caller does not want the remainder.
-   The program does not alter the input parameters u and v.
-   The quotient and remainder returned may have leading zeros.  The
-function itself returns a value of 0 for success and 1 for invalid
-parameters (e.g., division by 0).
-   For now, we must have m >= n.  Knuth's Algorithm D also requires
-that the dividend be at least as long as the divisor.  (In his terms,
-m >= 0 (unstated).  Therefore m+n >= n.) */
-
-int divmnu(unsigned q[], unsigned r[],
-     const unsigned u[], const unsigned v[],
-     int m, int n) {
-
-   const unsigned long long b = 4294967296LL; // Number base (2**32).
-   unsigned *un, *vn;                         // Normalized form of u, v.
-   unsigned long long qhat;                   // Estimated quotient digit.
-   unsigned long long rhat;                   // A remainder.
-   unsigned long long p;                      // Product of two digits.
-   long long t, k;
-   int s, i, j;
-
-   if (m < n || n <= 0 || v[n-1] == 0)
-      return 1;                         // Return if invalid param.
-
-   if (n == 1) {                        // Take care of
-      k = 0;                            // the case of a
-      for (j = m - 1; j >= 0; j--) {    // single-digit
-         q[j] = (k*b + u[j])/v[0];      // divisor here.
-         k = (k*b + u[j]) - q[j]*v[0];
-      }
-      if (r != NULL) r[0] = k;
-      return 0;
-   }
-
-   /* Normalize by shifting v left just enough so that its high-order
-   bit is on, and shift u left the same amount. We may have to append a
-   high-order digit on the dividend; we do that unconditionally. */
-
-   s = nlz(v[n-1]);             // 0 <= s <= 31.
-   vn = (unsigned *)alloca(4*n);
-   for (i = n - 1; i > 0; i--)
-      vn[i] = (v[i] << s) | ((unsigned long long)v[i-1] >> (32-s));
-   vn[0] = v[0] << s;
-
-   un = (unsigned *)alloca(4*(m + 1));
-   un[m] = (unsigned long long)u[m-1] >> (32-s);
-   for (i = m - 1; i > 0; i--)
-      un[i] = (u[i] << s) | ((unsigned long long)u[i-1] >> (32-s));
-   un[0] = u[0] << s;
-
-   for (j = m - n; j >= 0; j--) {       // Main loop.
-      // Compute estimate qhat of q[j].
-      qhat = (un[j+n]*b + un[j+n-1])/vn[n-1];
-      rhat = (un[j+n]*b + un[j+n-1]) - qhat*vn[n-1];
-again:
-      if (qhat >= b || qhat*vn[n-2] > b*rhat + un[j+n-2])
-      { qhat = qhat - 1;
-        rhat = rhat + vn[n-1];
-        if (rhat < b) goto again;
-      }
-#define MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE2
-#ifdef ORIGINAL
-      // Multiply and subtract.
-      k = 0;
-      for (i = 0; i < n; i++) {
-         p = qhat*vn[i];
-         t = un[i+j] - k - (p & 0xFFFFFFFFLL);
-         un[i+j] = t;
-         k = (p >> 32) - (t >> 32);
-      }
-      t = un[j+n] - k;
-      un[j+n] = t;
-      bool need_fixup = t < 0;
-#elif defined(SUB_MUL_BORROW)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t borrow = 0;
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t value = un[i + j] - (uint64_t)qhat * vn_i - borrow;
-         borrow = -(uint32_t)(value >> 32);
-         un[i + j] = (uint32_t)value;
-      }
-      bool need_fixup = borrow != 0;
-#elif defined(MUL_RSUB_CARRY)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t carry = 1;
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t result = un[i + j] + ~((uint64_t)qhat * vn_i) + carry;
-         uint32_t result_high = result >> 32;
-         if(carry <= 1)
-            result_high++;
-         carry = result_high;
-         un[i + j] = (uint32_t)result;
-      }
-      bool need_fixup = carry != 1;
-#elif defined(SUB_MUL_BORROW_2_STAGE)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t borrow = 0;
-      uint32_t phi[2000]; // plenty space
-      uint32_t plo[2000]; // plenty space
-      // first, perform mul-and-sub and store in split hi-lo
-      // this shows the vectorised sv.msubx which stores 128-bit in
-      // two 64-bit registers
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t value = un[i + j] - (uint64_t)qhat * vn_i;
-         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
-         phi[i] = value >> 32;
-      }
-      // second, reconstruct the 64-bit result, subtract borrow,
-      // store top-half (-ve) in new borrow and store low-half as answer
-      // this is the new (odd) instruction
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint64_t value = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) - borrow;
-         borrow = ~(value >> 32)+1; // -(uint32_t)(value >> 32);
-         un[i + j] = (uint32_t)value;
-      }
-      bool need_fixup = borrow != 0;
-#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t carry = 1;
-      uint32_t phi[2000]; // plenty space
-      uint32_t plo[2000]; // plenty space
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t value = un[i + j] + ~((uint64_t)qhat * vn_i);
-         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
-         phi[i] = value >> 32;
-      }
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry;
-         uint32_t result_high = result >> 32;
-         if(carry <= 1)
-            result_high++;
-         carry = result_high;
-         un[i + j] = (uint32_t)result;
-      }
-      bool need_fixup = carry != 1;
-#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE1)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t carry = 1;
-      uint32_t phi[2000]; // plenty space
-      uint32_t plo[2000]; // plenty space
-      // same mul-and-sub as SUB_MUL_BORROW but not the same
-      // mul-and-sub-minus-one as MUL_RSUB_CARRY
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t value = un[i + j] - ((uint64_t)qhat * vn_i);
-         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
-         phi[i] = value >> 32;
-      }
-      // compensate for the +1 that was added by mul-and-sub by subtracting
-      // it here (as ~(0))
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry+
-                           ~(0); // a way to express "-1"
-         uint32_t result_high = result >> 32;
-         if(carry <= 1)
-            result_high++;
-         carry = result_high;
-         un[i + j] = (uint32_t)result;
-      }
-      bool need_fixup = carry != 1;
-#elif defined(MUL_RSUB_CARRY_2_STAGE2)
-      (void)p; // shut up unused variable warning
-
-      // Multiply and subtract.
-      uint32_t carry = 0;
-      uint32_t phi[2000]; // plenty space
-      uint32_t plo[2000]; // plenty space
-      // same mul-and-sub as SUB_MUL_BORROW but not the same
-      // mul-and-sub-minus-one as MUL_RSUB_CARRY
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint32_t vn_i = i < n ? vn[i] : 0;
-         uint64_t value = un[i + j] - ((uint64_t)qhat * vn_i);
-         plo[i] = value & 0xffffffffLL;
-         phi[i] = value >> 32;
-      }
-      // NOW it starts to make sense. when no carry this time, next
-      // carry as-is. rlse next carry reduces by one.
-      // it here (as ~(0))
-      for(int i = 0; i <= n; i++) {
-         uint64_t result = (((uint64_t)phi[i]<<32) | plo[i]) + carry;
-         uint32_t result_high = result >> 32;
-         if(carry == 0)
-            carry = result_high;
-         else
-            carry = result_high-1;
-         un[i + j] = (uint32_t)result;
-      }
-      bool need_fixup = carry != 0;
-#else
-#error need to choose one of the algorithm options; e.g. -DORIGINAL
-#endif
-
-      q[j] = qhat;              // Store quotient digit.
-      if (need_fixup) {         // If we subtracted too
-         q[j] = q[j] - 1;       // much, add back.
-         k = 0;
-         for (i = 0; i < n; i++) {
-            t = (unsigned long long)un[i+j] + vn[i] + k;
-            un[i+j] = t;
-            k = t >> 32;
-         }
-         un[j+n] = un[j+n] + k;
-      }
-   } // End j.
-   // If the caller wants the remainder, unnormalize
-   // it and pass it back.
-   if (r != NULL) {
-      for (i = 0; i < n-1; i++)
-         r[i] = (un[i] >> s) | ((unsigned long long)un[i+1] << (32-s));
-      r[n-1] = un[n-1] >> s;
-   }
-   return 0;
-}
-
-int errors;
-
-void check(unsigned q[], unsigned r[],
-           unsigned u[], unsigned v[],
-           int m, int n,
-           unsigned cq[], unsigned cr[]) {
-   int i, szq;
-
-   szq = max(m - n + 1, 1);
-   for (i = 0; i < szq; i++) {
-      if (q[i] != cq[i]) {
-         errors = errors + 1;
-         dumpit("Error, dividend u =", m, u);
-         dumpit("       divisor  v =", n, v);
-         dumpit("For quotient,  got:", m-n+1, q);
-         dumpit("        Should get:", m-n+1, cq);
-         return;
-      }
-   }
-   for (i = 0; i < n; i++) {
-      if (r[i] != cr[i]) {
-         errors = errors + 1;
-         dumpit("Error, dividend u =", m, u);
-         dumpit("       divisor  v =", n, v);
-         dumpit("For remainder, got:", n, r);
-         dumpit("        Should get:", n, cr);
-         return;
-      }
-   }
-   return;
-}
-
-int main() {
-   static unsigned test[] = {
-   // m, n, u...,          v...,          cq...,  cr....
-      1, 1, 3,             0,             1,      1,            // Error, divide by 0.
-      1, 2, 7,             1,3,           0,      7,0,          // Error, n > m.
-      2, 2, 0,0,           1,0,           0,      0,0,          // Error, incorrect remainder cr.
-      1, 1, 3,             2,             1,      1,
-      1, 1, 3,             3,             1,      0,
-      1, 1, 3,             4,             0,      3,
-      1, 1, 0,             0xffffffff,    0,      0,
-      1, 1, 0xffffffff,    1,             0xffffffff, 0,
-      1, 1, 0xffffffff,    0xffffffff,    1,      0,
-      1, 1, 0xffffffff,    3,             0x55555555, 0,
-      2, 1, 0xffffffff,0xffffffff, 1,     0xffffffff,0xffffffff, 0,
-      2, 1, 0xffffffff,0xffffffff, 0xffffffff,        1,1,    0,
-      2, 1, 0xffffffff,0xfffffffe, 0xffffffff,        0xffffffff,0, 0xfffffffe,
-      2, 1, 0x00005678,0x00001234, 0x00009abc,        0x1e1dba76,0, 0x6bd0,
-      2, 2, 0,0,           0,1,           0,      0,0,
-      2, 2, 0,7,           0,3,           2,      0,1,
-      2, 2, 5,7,           0,3,           2,      5,1,
-      2, 2, 0,6,           0,2,           3,      0,0,
-      1, 1, 0x80000000,  0x40000001, 0x00000001, 0x3fffffff,
-      2, 1, 0x00000000,0x80000000, 0x40000001, 0xfffffff8,0x00000001, 0x00000008,
-      2, 2, 0x00000000,0x80000000, 0x00000001,0x40000000, 0x00000001, 0xffffffff,0x3fffffff,
-      2, 2, 0x0000789a,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          1,          0,0,
-      2, 2, 0x0000789b,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          1,          1,0,
-      2, 2, 0x00007899,0x0000bcde, 0x0000789a,0x0000bcde,          0, 0x00007899,0x0000bcde,
-      2, 2, 0x0000ffff,0x0000ffff, 0x0000ffff,0x0000ffff,          1,          0,0,
-      2, 2, 0x0000ffff,0x0000ffff, 0x00000000,0x00000001, 0x0000ffff, 0x0000ffff,0,
-      3, 2, 0x000089ab,0x00004567,0x00000123, 0x00000000,0x00000001,   0x00004567,0x00000123, 0x000089ab,0,
-      3, 2, 0x00000000,0x0000fffe,0x00008000, 0x0000ffff,0x00008000,   0xffffffff,0x00000000, 0x0000ffff,0x00007fff, // Shows that first qhat can = b + 1.
-      3, 3, 0x00000003,0x00000000,0x80000000, 0x00000001,0x00000000,0x20000000,   0x00000003, 0,0,0x20000000, // Adding back step req'd.
-      3, 3, 0x00000003,0x00000000,0x00008000, 0x00000001,0x00000000,0x00002000,   0x00000003, 0,0,0x00002000, // Adding back step req'd.
-      4, 3, 0,0,0x00008000,0x00007fff, 1,0,0x00008000,   0xfffe0000,0, 0x00020000,0xffffffff,0x00007fff,  // Add back req'd.
-      4, 3, 0,0x0000fffe,0,0x00008000, 0x0000ffff,0,0x00008000, 0xffffffff,0, 0x0000ffff,0xffffffff,0x00007fff,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
-      4, 3, 0,0xfffffffe,0,0x80000000, 0x0000ffff,0,0x80000000, 0x00000000,1, 0x00000000,0xfffeffff,0x00000000,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
-      4, 3, 0,0xfffffffe,0,0x80000000, 0xffffffff,0,0x80000000, 0xffffffff,0, 0xffffffff,0xffffffff,0x7fffffff,  // Shows that mult-sub quantity cannot be treated as signed.
-   };
-   int i, n, m, ncases, f;
-   unsigned q[10], r[10];
-   unsigned *u, *v, *cq, *cr;
-
-   printf("divmnu:\n");
-   i = 0;
-   ncases = 0;
-   while (i < sizeof(test)/4) {
-      m = test[i];
-      n = test[i+1];
-      u = &test[i+2];
-      v = &test[i+2+m];
-      cq = &test[i+2+m+n];
-      cr = &test[i+2+m+n+max(m-n+1, 1)];
-
-      f = divmnu(q, r, u, v, m, n);
-      if (f) {
-         dumpit("Error return code for dividend u =", m, u);
-         dumpit("                      divisor  v =", n, v);
-         errors = errors + 1;
-      }
-      else
-         check(q, r, u, v, m, n, cq, cr);
-      i = i + 2 + m + n + max(m-n+1, 1) + n;
-      ncases = ncases + 1;
-   }
-
-   printf("%d errors out of %d cases; there should be 3.\n", errors, ncases);
-   return 0;
-}
+// moved to ../biginteger/divmnu.c
index a38afc4bece9040fc32b79e3d2363c1cee1a9973..973e3b3765726960017b49037fdc9a30df75bd92 100644 (file)
@@ -1,103 +1 @@
-/* from hacker's delight, originsl by hannah suarez (hcs0) */
-// Computes the m+n-halfword product of n halfwords x m halfwords, unsigned.
-// Max line length is 57, to fit in hacker.book.
-#include <stdio.h>
-#include <stdlib.h>     //To define "exit", req'd by XLC.
-
-// w[0], u[0], and v[0] contain the LEAST significant halfwords.
-// (The halfwords are in little-endian order).
-// This is Knuth's Algorithm M from [Knuth Vol. 2 Third edition (1998)]
-// section 4.3.1.  Picture is:
-//                   u[m-1] ... u[1] u[0]
-//                 x v[n-1] ... v[1] v[0]
-//                   --------------------
-//        w[m+n-1] ............ w[1] w[0]
-
-void mulmnu(unsigned short w[], unsigned short u[],
-   unsigned short v[], int m, int n) {
-
-   unsigned int k, t;
-   int i, j;
-
-   for (i = 0; i < m; i++)
-      w[i] = 0;
-
-   for (j = 0; j < n; j++) {
-      k = 0;
-      unsigned short phi[2000];
-      unsigned short plo[2000];
-      for (i = 0; i < m; i++) {
-         unsigned product = u[i]*v[j] + w[i + j];
-         phi[i] = product>>16;
-         plo[i] = product;
-      }
-      for (i = 0; i < m; i++) {
-         t = (phi[i]<<16) | plo[i]  + k;
-         w[i + j] = t;          // (I.e., t & 0xFFFF).
-         k = t >> 16;
-      }
-      w[j + m] = k;
-   }
-   return;
-}
-
-int errors;
-
-void check(unsigned short result[], unsigned short u[],
-   unsigned short v[], int m, int n, unsigned short correct[]) {
-   int i, j;
-
-   for (i = 0; i < m + n; i++) {
-      if (correct[i] != result[i]) {
-         errors = errors + 1;
-         printf("Error, m = %d, n = %d, u = ", m, n);
-         for (j = 0; j < m; j++) printf(" %04x", u[j]);
-         printf(" v =");
-         for (j = 0; j < n; j++) printf(" %04x", v[j]);
-         printf("\nShould get:");
-         for (j = 0; j < n+m; j++) printf(" %04x", correct[j]);
-         printf("\n       Got:");
-         for (j = 0; j < n+m; j++) printf(" %04x", result[j]);
-         printf("\n");
-         break;
-      }
-   }
-}
-
-int main() {
-   static unsigned short test[] = {
-   //  m, n, u ..., v ..., result.
-      1, 1, 7, 3,                  21,0,
-      1, 1,      2, 0xFFFF,        0xFFFE,0x0001, // 2*FFFF = 0001_FFFE.
-      1, 1, 0xFFFF, 0xFFFF,        1,0xFFFE,
-      1, 2, 7, 5, 6,               35,42,0,
-      1, 2, 65000, 63000, 64000,   0xBDC0,0x8414,0xF7F5,
-      1, 3, 65535, 31000, 32000, 33000, 0x86E8,0xFC17,0xFC17,0x80E7,
-      2, 3, 400, 300, 500, 100, 200, 0x0D40,0xE633,0xADB2,0xEA61,0,
-      2, 3, 400, 65535, 500, 100, 65534, 0x0D40,0x9A4F,0xFE70,0x01F5,0xFFFD,
-      4, 4, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535, 65535,
-                1,     0,     0,     0, 65534, 65535, 65535, 65535,
-   };
-   int i, n, m, ncases;
-   unsigned short result[10];
-   unsigned short *u, *v;
-
-   printf("mulmnu:\n");
-   i = 0;
-   ncases = 0;
-   while (i < sizeof(test)/2) {
-      m = test[i];
-      n = test[i+1];
-      u = &test[i+2];
-      v = &test[i+2+m];
-      mulmnu(result, u, v, m, n);
-      check (result, u, v, m, n, &test[i+2+m+n]);
-      mulmnu(result, v, u, n, m);       // Interchange operands.
-      check (result, v, u, n, m, &test[i+2+m+n]);
-      i = i + 2 + 2*(m + n);
-      ncases = ncases + 1;
-   }
-
-   if (errors == 0)
-      printf("Passed all %d cases.\n", ncases);
-}
+// moved to ../biginteger/mulmnu.c