8d4c8ae6e06ae709fc7cdd5d136afc799ad1c6a0
[oota-llvm.git] / lib / Support / APInt.cpp
1 //===-- APInt.cpp - Implement APInt class ---------------------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Sheng Zhou and Reid Spencer and is distributed 
6 // under the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT 
7 // for details.
8 //
9 //===----------------------------------------------------------------------===//
10 //
11 // This file implements a class to represent arbitrary precision integer
12 // constant values and provide a variety of arithmetic operations on them.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #define DEBUG_TYPE "apint"
17 #include "llvm/ADT/APInt.h"
18 #include "llvm/DerivedTypes.h"
19 #include "llvm/Support/Debug.h"
20 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
21 #include <cstring>
22 #include <cstdlib>
23 #ifndef NDEBUG
24 #include <iomanip>
25 #endif
26
27 using namespace llvm;
28
29 /// A utility function for allocating memory, checking for allocation failures,
30 /// and ensuring the contents are zeroed.
31 inline static uint64_t* getClearedMemory(uint32_t numWords) {
32   uint64_t * result = new uint64_t[numWords];
33   assert(result && "APInt memory allocation fails!");
34   memset(result, 0, numWords * sizeof(uint64_t));
35   return result;
36 }
37
38 /// A utility function for allocating memory and checking for allocation 
39 /// failure.  The content is not zeroed.
40 inline static uint64_t* getMemory(uint32_t numWords) {
41   uint64_t * result = new uint64_t[numWords];
42   assert(result && "APInt memory allocation fails!");
43   return result;
44 }
45
46 APInt::APInt(uint32_t numBits, uint64_t val)
47   : BitWidth(numBits), VAL(0) {
48   assert(BitWidth >= IntegerType::MIN_INT_BITS && "bitwidth too small");
49   assert(BitWidth <= IntegerType::MAX_INT_BITS && "bitwidth too large");
50   if (isSingleWord())
51     VAL = val;
52   else {
53     pVal = getClearedMemory(getNumWords());
54     pVal[0] = val;
55   }
56   clearUnusedBits();
57 }
58
59 APInt::APInt(uint32_t numBits, uint32_t numWords, uint64_t bigVal[])
60   : BitWidth(numBits), VAL(0)  {
61   assert(BitWidth >= IntegerType::MIN_INT_BITS && "bitwidth too small");
62   assert(BitWidth <= IntegerType::MAX_INT_BITS && "bitwidth too large");
63   assert(bigVal && "Null pointer detected!");
64   if (isSingleWord())
65     VAL = bigVal[0];
66   else {
67     // Get memory, cleared to 0
68     pVal = getClearedMemory(getNumWords());
69     // Calculate the number of words to copy
70     uint32_t words = std::min<uint32_t>(numWords, getNumWords());
71     // Copy the words from bigVal to pVal
72     memcpy(pVal, bigVal, words * APINT_WORD_SIZE);
73   }
74   // Make sure unused high bits are cleared
75   clearUnusedBits();
76 }
77
78 APInt::APInt(uint32_t numbits, const char StrStart[], uint32_t slen, 
79              uint8_t radix) 
80   : BitWidth(numbits), VAL(0) {
81   fromString(numbits, StrStart, slen, radix);
82 }
83
84 APInt::APInt(uint32_t numbits, const std::string& Val, uint8_t radix)
85   : BitWidth(numbits), VAL(0) {
86   assert(!Val.empty() && "String empty?");
87   fromString(numbits, Val.c_str(), Val.size(), radix);
88 }
89
90 APInt::APInt(const APInt& that)
91   : BitWidth(that.BitWidth), VAL(0) {
92   if (isSingleWord()) 
93     VAL = that.VAL;
94   else {
95     pVal = getMemory(getNumWords());
96     memcpy(pVal, that.pVal, getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
97   }
98 }
99
100 APInt::~APInt() {
101   if (!isSingleWord() && pVal) 
102     delete [] pVal;
103 }
104
105 APInt& APInt::operator=(const APInt& RHS) {
106   // Don't do anything for X = X
107   if (this == &RHS)
108     return *this;
109
110   // If the bitwidths are the same, we can avoid mucking with memory
111   if (BitWidth == RHS.getBitWidth()) {
112     if (isSingleWord()) 
113       VAL = RHS.VAL;
114     else
115       memcpy(pVal, RHS.pVal, getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
116     return *this;
117   }
118
119   if (isSingleWord())
120     if (RHS.isSingleWord())
121       VAL = RHS.VAL;
122     else {
123       VAL = 0;
124       pVal = getMemory(RHS.getNumWords());
125       memcpy(pVal, RHS.pVal, RHS.getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
126     }
127   else if (getNumWords() == RHS.getNumWords()) 
128     memcpy(pVal, RHS.pVal, RHS.getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
129   else if (RHS.isSingleWord()) {
130     delete [] pVal;
131     VAL = RHS.VAL;
132   } else {
133     delete [] pVal;
134     pVal = getMemory(RHS.getNumWords());
135     memcpy(pVal, RHS.pVal, RHS.getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
136   }
137   BitWidth = RHS.BitWidth;
138   return clearUnusedBits();
139 }
140
141 APInt& APInt::operator=(uint64_t RHS) {
142   if (isSingleWord()) 
143     VAL = RHS;
144   else {
145     pVal[0] = RHS;
146     memset(pVal+1, 0, (getNumWords() - 1) * APINT_WORD_SIZE);
147   }
148   return clearUnusedBits();
149 }
150
151 /// add_1 - This function adds a single "digit" integer, y, to the multiple 
152 /// "digit" integer array,  x[]. x[] is modified to reflect the addition and
153 /// 1 is returned if there is a carry out, otherwise 0 is returned.
154 /// @returns the carry of the addition.
155 static bool add_1(uint64_t dest[], uint64_t x[], uint32_t len, uint64_t y) {
156   for (uint32_t i = 0; i < len; ++i) {
157     dest[i] = y + x[i];
158     if (dest[i] < y)
159       y = 1; // Carry one to next digit.
160     else {
161       y = 0; // No need to carry so exit early
162       break;
163     }
164   }
165   return y;
166 }
167
168 /// @brief Prefix increment operator. Increments the APInt by one.
169 APInt& APInt::operator++() {
170   if (isSingleWord()) 
171     ++VAL;
172   else
173     add_1(pVal, pVal, getNumWords(), 1);
174   return clearUnusedBits();
175 }
176
177 /// sub_1 - This function subtracts a single "digit" (64-bit word), y, from 
178 /// the multi-digit integer array, x[], propagating the borrowed 1 value until 
179 /// no further borrowing is neeeded or it runs out of "digits" in x.  The result
180 /// is 1 if "borrowing" exhausted the digits in x, or 0 if x was not exhausted.
181 /// In other words, if y > x then this function returns 1, otherwise 0.
182 /// @returns the borrow out of the subtraction
183 static bool sub_1(uint64_t x[], uint32_t len, uint64_t y) {
184   for (uint32_t i = 0; i < len; ++i) {
185     uint64_t X = x[i];
186     x[i] -= y;
187     if (y > X) 
188       y = 1;  // We have to "borrow 1" from next "digit"
189     else {
190       y = 0;  // No need to borrow
191       break;  // Remaining digits are unchanged so exit early
192     }
193   }
194   return bool(y);
195 }
196
197 /// @brief Prefix decrement operator. Decrements the APInt by one.
198 APInt& APInt::operator--() {
199   if (isSingleWord()) 
200     --VAL;
201   else
202     sub_1(pVal, getNumWords(), 1);
203   return clearUnusedBits();
204 }
205
206 /// add - This function adds the integer array x to the integer array Y and
207 /// places the result in dest. 
208 /// @returns the carry out from the addition
209 /// @brief General addition of 64-bit integer arrays
210 static bool add(uint64_t *dest, const uint64_t *x, const uint64_t *y, 
211                 uint32_t len) {
212   bool carry = false;
213   for (uint32_t i = 0; i< len; ++i) {
214     uint64_t limit = std::min(x[i],y[i]); // must come first in case dest == x
215     dest[i] = x[i] + y[i] + carry;
216     carry = dest[i] < limit || (carry && dest[i] == limit);
217   }
218   return carry;
219 }
220
221 /// Adds the RHS APint to this APInt.
222 /// @returns this, after addition of RHS.
223 /// @brief Addition assignment operator. 
224 APInt& APInt::operator+=(const APInt& RHS) {
225   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
226   if (isSingleWord()) 
227     VAL += RHS.VAL;
228   else {
229     add(pVal, pVal, RHS.pVal, getNumWords());
230   }
231   return clearUnusedBits();
232 }
233
234 /// Subtracts the integer array y from the integer array x 
235 /// @returns returns the borrow out.
236 /// @brief Generalized subtraction of 64-bit integer arrays.
237 static bool sub(uint64_t *dest, const uint64_t *x, const uint64_t *y, 
238                 uint32_t len) {
239   bool borrow = false;
240   for (uint32_t i = 0; i < len; ++i) {
241     uint64_t x_tmp = borrow ? x[i] - 1 : x[i];
242     borrow = y[i] > x_tmp || (borrow && x[i] == 0);
243     dest[i] = x_tmp - y[i];
244   }
245   return borrow;
246 }
247
248 /// Subtracts the RHS APInt from this APInt
249 /// @returns this, after subtraction
250 /// @brief Subtraction assignment operator. 
251 APInt& APInt::operator-=(const APInt& RHS) {
252   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
253   if (isSingleWord()) 
254     VAL -= RHS.VAL;
255   else
256     sub(pVal, pVal, RHS.pVal, getNumWords());
257   return clearUnusedBits();
258 }
259
260 /// Multiplies an integer array, x by a a uint64_t integer and places the result
261 /// into dest. 
262 /// @returns the carry out of the multiplication.
263 /// @brief Multiply a multi-digit APInt by a single digit (64-bit) integer.
264 static uint64_t mul_1(uint64_t dest[], uint64_t x[], uint32_t len, uint64_t y) {
265   // Split y into high 32-bit part (hy)  and low 32-bit part (ly)
266   uint64_t ly = y & 0xffffffffULL, hy = y >> 32;
267   uint64_t carry = 0;
268
269   // For each digit of x.
270   for (uint32_t i = 0; i < len; ++i) {
271     // Split x into high and low words
272     uint64_t lx = x[i] & 0xffffffffULL;
273     uint64_t hx = x[i] >> 32;
274     // hasCarry - A flag to indicate if there is a carry to the next digit.
275     // hasCarry == 0, no carry
276     // hasCarry == 1, has carry
277     // hasCarry == 2, no carry and the calculation result == 0.
278     uint8_t hasCarry = 0;
279     dest[i] = carry + lx * ly;
280     // Determine if the add above introduces carry.
281     hasCarry = (dest[i] < carry) ? 1 : 0;
282     carry = hx * ly + (dest[i] >> 32) + (hasCarry ? (1ULL << 32) : 0);
283     // The upper limit of carry can be (2^32 - 1)(2^32 - 1) + 
284     // (2^32 - 1) + 2^32 = 2^64.
285     hasCarry = (!carry && hasCarry) ? 1 : (!carry ? 2 : 0);
286
287     carry += (lx * hy) & 0xffffffffULL;
288     dest[i] = (carry << 32) | (dest[i] & 0xffffffffULL);
289     carry = (((!carry && hasCarry != 2) || hasCarry == 1) ? (1ULL << 32) : 0) + 
290             (carry >> 32) + ((lx * hy) >> 32) + hx * hy;
291   }
292   return carry;
293 }
294
295 /// Multiplies integer array x by integer array y and stores the result into 
296 /// the integer array dest. Note that dest's size must be >= xlen + ylen.
297 /// @brief Generalized multiplicate of integer arrays.
298 static void mul(uint64_t dest[], uint64_t x[], uint32_t xlen, uint64_t y[], 
299                 uint32_t ylen) {
300   dest[xlen] = mul_1(dest, x, xlen, y[0]);
301   for (uint32_t i = 1; i < ylen; ++i) {
302     uint64_t ly = y[i] & 0xffffffffULL, hy = y[i] >> 32;
303     uint64_t carry = 0, lx = 0, hx = 0;
304     for (uint32_t j = 0; j < xlen; ++j) {
305       lx = x[j] & 0xffffffffULL;
306       hx = x[j] >> 32;
307       // hasCarry - A flag to indicate if has carry.
308       // hasCarry == 0, no carry
309       // hasCarry == 1, has carry
310       // hasCarry == 2, no carry and the calculation result == 0.
311       uint8_t hasCarry = 0;
312       uint64_t resul = carry + lx * ly;
313       hasCarry = (resul < carry) ? 1 : 0;
314       carry = (hasCarry ? (1ULL << 32) : 0) + hx * ly + (resul >> 32);
315       hasCarry = (!carry && hasCarry) ? 1 : (!carry ? 2 : 0);
316
317       carry += (lx * hy) & 0xffffffffULL;
318       resul = (carry << 32) | (resul & 0xffffffffULL);
319       dest[i+j] += resul;
320       carry = (((!carry && hasCarry != 2) || hasCarry == 1) ? (1ULL << 32) : 0)+
321               (carry >> 32) + (dest[i+j] < resul ? 1 : 0) + 
322               ((lx * hy) >> 32) + hx * hy;
323     }
324     dest[i+xlen] = carry;
325   }
326 }
327
328 APInt& APInt::operator*=(const APInt& RHS) {
329   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
330   if (isSingleWord()) {
331     VAL *= RHS.VAL;
332     clearUnusedBits();
333     return *this;
334   }
335
336   // Get some bit facts about LHS and check for zero
337   uint32_t lhsBits = getActiveBits();
338   uint32_t lhsWords = !lhsBits ? 0 : whichWord(lhsBits - 1) + 1;
339   if (!lhsWords) 
340     // 0 * X ===> 0
341     return *this;
342
343   // Get some bit facts about RHS and check for zero
344   uint32_t rhsBits = RHS.getActiveBits();
345   uint32_t rhsWords = !rhsBits ? 0 : whichWord(rhsBits - 1) + 1;
346   if (!rhsWords) {
347     // X * 0 ===> 0
348     clear();
349     return *this;
350   }
351
352   // Allocate space for the result
353   uint32_t destWords = rhsWords + lhsWords;
354   uint64_t *dest = getMemory(destWords);
355
356   // Perform the long multiply
357   mul(dest, pVal, lhsWords, RHS.pVal, rhsWords);
358
359   // Copy result back into *this
360   clear();
361   uint32_t wordsToCopy = destWords >= getNumWords() ? getNumWords() : destWords;
362   memcpy(pVal, dest, wordsToCopy * APINT_WORD_SIZE);
363
364   // delete dest array and return
365   delete[] dest;
366   return *this;
367 }
368
369 APInt& APInt::operator&=(const APInt& RHS) {
370   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
371   if (isSingleWord()) {
372     VAL &= RHS.VAL;
373     return *this;
374   }
375   uint32_t numWords = getNumWords();
376   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
377     pVal[i] &= RHS.pVal[i];
378   return *this;
379 }
380
381 APInt& APInt::operator|=(const APInt& RHS) {
382   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
383   if (isSingleWord()) {
384     VAL |= RHS.VAL;
385     return *this;
386   }
387   uint32_t numWords = getNumWords();
388   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
389     pVal[i] |= RHS.pVal[i];
390   return *this;
391 }
392
393 APInt& APInt::operator^=(const APInt& RHS) {
394   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
395   if (isSingleWord()) {
396     VAL ^= RHS.VAL;
397     this->clearUnusedBits();
398     return *this;
399   } 
400   uint32_t numWords = getNumWords();
401   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
402     pVal[i] ^= RHS.pVal[i];
403   return clearUnusedBits();
404 }
405
406 APInt APInt::operator&(const APInt& RHS) const {
407   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
408   if (isSingleWord())
409     return APInt(getBitWidth(), VAL & RHS.VAL);
410
411   uint32_t numWords = getNumWords();
412   uint64_t* val = getMemory(numWords);
413   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
414     val[i] = pVal[i] & RHS.pVal[i];
415   return APInt(val, getBitWidth());
416 }
417
418 APInt APInt::operator|(const APInt& RHS) const {
419   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
420   if (isSingleWord())
421     return APInt(getBitWidth(), VAL | RHS.VAL);
422
423   uint32_t numWords = getNumWords();
424   uint64_t *val = getMemory(numWords);
425   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
426     val[i] = pVal[i] | RHS.pVal[i];
427   return APInt(val, getBitWidth());
428 }
429
430 APInt APInt::operator^(const APInt& RHS) const {
431   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
432   if (isSingleWord())
433     return APInt(BitWidth, VAL ^ RHS.VAL);
434
435   uint32_t numWords = getNumWords();
436   uint64_t *val = getMemory(numWords);
437   for (uint32_t i = 0; i < numWords; ++i)
438     val[i] = pVal[i] ^ RHS.pVal[i];
439
440   // 0^0==1 so clear the high bits in case they got set.
441   return APInt(val, getBitWidth()).clearUnusedBits();
442 }
443
444 bool APInt::operator !() const {
445   if (isSingleWord())
446     return !VAL;
447
448   for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); ++i)
449     if (pVal[i]) 
450       return false;
451   return true;
452 }
453
454 APInt APInt::operator*(const APInt& RHS) const {
455   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
456   if (isSingleWord())
457     return APInt(BitWidth, VAL * RHS.VAL);
458   APInt Result(*this);
459   Result *= RHS;
460   return Result.clearUnusedBits();
461 }
462
463 APInt APInt::operator+(const APInt& RHS) const {
464   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
465   if (isSingleWord())
466     return APInt(BitWidth, VAL + RHS.VAL);
467   APInt Result(BitWidth, 0);
468   add(Result.pVal, this->pVal, RHS.pVal, getNumWords());
469   return Result.clearUnusedBits();
470 }
471
472 APInt APInt::operator-(const APInt& RHS) const {
473   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
474   if (isSingleWord())
475     return APInt(BitWidth, VAL - RHS.VAL);
476   APInt Result(BitWidth, 0);
477   sub(Result.pVal, this->pVal, RHS.pVal, getNumWords());
478   return Result.clearUnusedBits();
479 }
480
481 bool APInt::operator[](uint32_t bitPosition) const {
482   return (maskBit(bitPosition) & 
483           (isSingleWord() ?  VAL : pVal[whichWord(bitPosition)])) != 0;
484 }
485
486 bool APInt::operator==(const APInt& RHS) const {
487   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Comparison requires equal bit widths");
488   if (isSingleWord())
489     return VAL == RHS.VAL;
490
491   // Get some facts about the number of bits used in the two operands.
492   uint32_t n1 = getActiveBits();
493   uint32_t n2 = RHS.getActiveBits();
494
495   // If the number of bits isn't the same, they aren't equal
496   if (n1 != n2) 
497     return false;
498
499   // If the number of bits fits in a word, we only need to compare the low word.
500   if (n1 <= APINT_BITS_PER_WORD)
501     return pVal[0] == RHS.pVal[0];
502
503   // Otherwise, compare everything
504   for (int i = whichWord(n1 - 1); i >= 0; --i)
505     if (pVal[i] != RHS.pVal[i]) 
506       return false;
507   return true;
508 }
509
510 bool APInt::operator==(uint64_t Val) const {
511   if (isSingleWord())
512     return VAL == Val;
513
514   uint32_t n = getActiveBits(); 
515   if (n <= APINT_BITS_PER_WORD)
516     return pVal[0] == Val;
517   else
518     return false;
519 }
520
521 bool APInt::ult(const APInt& RHS) const {
522   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be same for comparison");
523   if (isSingleWord())
524     return VAL < RHS.VAL;
525
526   // Get active bit length of both operands
527   uint32_t n1 = getActiveBits();
528   uint32_t n2 = RHS.getActiveBits();
529
530   // If magnitude of LHS is less than RHS, return true.
531   if (n1 < n2)
532     return true;
533
534   // If magnitude of RHS is greather than LHS, return false.
535   if (n2 < n1)
536     return false;
537
538   // If they bot fit in a word, just compare the low order word
539   if (n1 <= APINT_BITS_PER_WORD && n2 <= APINT_BITS_PER_WORD)
540     return pVal[0] < RHS.pVal[0];
541
542   // Otherwise, compare all words
543   uint32_t topWord = whichWord(std::max(n1,n2)-1);
544   for (int i = topWord; i >= 0; --i) {
545     if (pVal[i] > RHS.pVal[i]) 
546       return false;
547     if (pVal[i] < RHS.pVal[i]) 
548       return true;
549   }
550   return false;
551 }
552
553 bool APInt::slt(const APInt& RHS) const {
554   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be same for comparison");
555   if (isSingleWord()) {
556     int64_t lhsSext = (int64_t(VAL) << (64-BitWidth)) >> (64-BitWidth);
557     int64_t rhsSext = (int64_t(RHS.VAL) << (64-BitWidth)) >> (64-BitWidth);
558     return lhsSext < rhsSext;
559   }
560
561   APInt lhs(*this);
562   APInt rhs(RHS);
563   bool lhsNeg = isNegative();
564   bool rhsNeg = rhs.isNegative();
565   if (lhsNeg) {
566     // Sign bit is set so perform two's complement to make it positive
567     lhs.flip();
568     lhs++;
569   }
570   if (rhsNeg) {
571     // Sign bit is set so perform two's complement to make it positive
572     rhs.flip();
573     rhs++;
574   }
575
576   // Now we have unsigned values to compare so do the comparison if necessary
577   // based on the negativeness of the values.
578   if (lhsNeg)
579     if (rhsNeg)
580       return lhs.ugt(rhs);
581     else
582       return true;
583   else if (rhsNeg)
584     return false;
585   else 
586     return lhs.ult(rhs);
587 }
588
589 APInt& APInt::set(uint32_t bitPosition) {
590   if (isSingleWord()) 
591     VAL |= maskBit(bitPosition);
592   else 
593     pVal[whichWord(bitPosition)] |= maskBit(bitPosition);
594   return *this;
595 }
596
597 APInt& APInt::set() {
598   if (isSingleWord()) {
599     VAL = -1ULL;
600     return clearUnusedBits();
601   }
602
603   // Set all the bits in all the words.
604   for (uint32_t i = 0; i < getNumWords() - 1; ++i)
605     pVal[i] = -1ULL;
606   // Clear the unused ones
607   return clearUnusedBits();
608 }
609
610 /// Set the given bit to 0 whose position is given as "bitPosition".
611 /// @brief Set a given bit to 0.
612 APInt& APInt::clear(uint32_t bitPosition) {
613   if (isSingleWord()) 
614     VAL &= ~maskBit(bitPosition);
615   else 
616     pVal[whichWord(bitPosition)] &= ~maskBit(bitPosition);
617   return *this;
618 }
619
620 /// @brief Set every bit to 0.
621 APInt& APInt::clear() {
622   if (isSingleWord()) 
623     VAL = 0;
624   else 
625     memset(pVal, 0, getNumWords() * APINT_WORD_SIZE);
626   return *this;
627 }
628
629 /// @brief Bitwise NOT operator. Performs a bitwise logical NOT operation on
630 /// this APInt.
631 APInt APInt::operator~() const {
632   APInt Result(*this);
633   Result.flip();
634   return Result;
635 }
636
637 /// @brief Toggle every bit to its opposite value.
638 APInt& APInt::flip() {
639   if (isSingleWord()) {
640     VAL ^= -1ULL;
641     return clearUnusedBits();
642   }
643   for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); ++i)
644     pVal[i] ^= -1ULL;
645   return clearUnusedBits();
646 }
647
648 /// Toggle a given bit to its opposite value whose position is given 
649 /// as "bitPosition".
650 /// @brief Toggles a given bit to its opposite value.
651 APInt& APInt::flip(uint32_t bitPosition) {
652   assert(bitPosition < BitWidth && "Out of the bit-width range!");
653   if ((*this)[bitPosition]) clear(bitPosition);
654   else set(bitPosition);
655   return *this;
656 }
657
658 /// getMaxValue - This function returns the largest value
659 /// for an APInt of the specified bit-width and if isSign == true,
660 /// it should be largest signed value, otherwise unsigned value.
661 APInt APInt::getMaxValue(uint32_t numBits, bool isSign) {
662   APInt Result(numBits, 0);
663   Result.set();
664   if (isSign) 
665     Result.clear(numBits - 1);
666   return Result;
667 }
668
669 /// getMinValue - This function returns the smallest value for
670 /// an APInt of the given bit-width and if isSign == true,
671 /// it should be smallest signed value, otherwise zero.
672 APInt APInt::getMinValue(uint32_t numBits, bool isSign) {
673   APInt Result(numBits, 0);
674   if (isSign) 
675     Result.set(numBits - 1);
676   return Result;
677 }
678
679 /// getAllOnesValue - This function returns an all-ones value for
680 /// an APInt of the specified bit-width.
681 APInt APInt::getAllOnesValue(uint32_t numBits) {
682   return getMaxValue(numBits, false);
683 }
684
685 /// getNullValue - This function creates an '0' value for an
686 /// APInt of the specified bit-width.
687 APInt APInt::getNullValue(uint32_t numBits) {
688   return getMinValue(numBits, false);
689 }
690
691 uint64_t APInt::getHashValue() const {
692   // Put the bit width into the low order bits.
693   uint64_t hash = BitWidth;
694
695   // Add the sum of the words to the hash.
696   if (isSingleWord())
697     hash += VAL << 6; // clear separation of up to 64 bits
698   else
699     for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); ++i)
700       hash += pVal[i] << 6; // clear sepration of up to 64 bits
701   return hash;
702 }
703
704 /// HiBits - This function returns the high "numBits" bits of this APInt.
705 APInt APInt::getHiBits(uint32_t numBits) const {
706   return APIntOps::lshr(*this, BitWidth - numBits);
707 }
708
709 /// LoBits - This function returns the low "numBits" bits of this APInt.
710 APInt APInt::getLoBits(uint32_t numBits) const {
711   return APIntOps::lshr(APIntOps::shl(*this, BitWidth - numBits), 
712                         BitWidth - numBits);
713 }
714
715 bool APInt::isPowerOf2() const {
716   return (!!*this) && !(*this & (*this - APInt(BitWidth,1)));
717 }
718
719 uint32_t APInt::countLeadingZeros() const {
720   uint32_t Count = 0;
721   if (isSingleWord())
722     Count = CountLeadingZeros_64(VAL);
723   else {
724     for (uint32_t i = getNumWords(); i > 0u; --i) {
725       if (pVal[i-1] == 0)
726         Count += APINT_BITS_PER_WORD;
727       else {
728         Count += CountLeadingZeros_64(pVal[i-1]);
729         break;
730       }
731     }
732   }
733   uint32_t remainder = BitWidth % APINT_BITS_PER_WORD;
734   if (remainder)
735     Count -= APINT_BITS_PER_WORD - remainder;
736   return Count;
737 }
738
739 uint32_t APInt::countTrailingZeros() const {
740   if (isSingleWord())
741     return CountTrailingZeros_64(VAL);
742   uint32_t Count = 0;
743   uint32_t i = 0;
744   for (; i < getNumWords() && pVal[i] == 0; ++i)
745     Count += APINT_BITS_PER_WORD;
746   if (i < getNumWords())
747     Count += CountTrailingZeros_64(pVal[i]);
748   return Count;
749 }
750
751 uint32_t APInt::countPopulation() const {
752   if (isSingleWord())
753     return CountPopulation_64(VAL);
754   uint32_t Count = 0;
755   for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); ++i)
756     Count += CountPopulation_64(pVal[i]);
757   return Count;
758 }
759
760 APInt APInt::byteSwap() const {
761   assert(BitWidth >= 16 && BitWidth % 16 == 0 && "Cannot byteswap!");
762   if (BitWidth == 16)
763     return APInt(BitWidth, ByteSwap_16(VAL));
764   else if (BitWidth == 32)
765     return APInt(BitWidth, ByteSwap_32(VAL));
766   else if (BitWidth == 48) {
767     uint64_t Tmp1 = ((VAL >> 32) << 16) | (VAL & 0xFFFF);
768     Tmp1 = ByteSwap_32(Tmp1);
769     uint64_t Tmp2 = (VAL >> 16) & 0xFFFF;
770     Tmp2 = ByteSwap_16(Tmp2);
771     return 
772       APInt(BitWidth, 
773             (Tmp1 & 0xff) | ((Tmp1<<16) & 0xffff00000000ULL) | (Tmp2 << 16));
774   } else if (BitWidth == 64)
775     return APInt(BitWidth, ByteSwap_64(VAL));
776   else {
777     APInt Result(BitWidth, 0);
778     char *pByte = (char*)Result.pVal;
779     for (uint32_t i = 0; i < BitWidth / APINT_WORD_SIZE / 2; ++i) {
780       char Tmp = pByte[i];
781       pByte[i] = pByte[BitWidth / APINT_WORD_SIZE - 1 - i];
782       pByte[BitWidth / APINT_WORD_SIZE - i - 1] = Tmp;
783     }
784     return Result;
785   }
786 }
787
788 APInt llvm::APIntOps::GreatestCommonDivisor(const APInt& API1, 
789                                             const APInt& API2) {
790   APInt A = API1, B = API2;
791   while (!!B) {
792     APInt T = B;
793     B = APIntOps::urem(A, B);
794     A = T;
795   }
796   return A;
797 }
798
799 APInt llvm::APIntOps::RoundDoubleToAPInt(double Double, uint32_t width) {
800   union {
801     double D;
802     uint64_t I;
803   } T;
804   T.D = Double;
805
806   // Get the sign bit from the highest order bit
807   bool isNeg = T.I >> 63;
808
809   // Get the 11-bit exponent and adjust for the 1023 bit bias
810   int64_t exp = ((T.I >> 52) & 0x7ff) - 1023;
811
812   // If the exponent is negative, the value is < 0 so just return 0.
813   if (exp < 0)
814     return APInt(64u, 0u);
815
816   // Extract the mantissa by clearing the top 12 bits (sign + exponent).
817   uint64_t mantissa = (T.I & (~0ULL >> 12)) | 1ULL << 52;
818
819   // If the exponent doesn't shift all bits out of the mantissa
820   if (exp < 52)
821     return isNeg ? -APInt(width, mantissa >> (52 - exp)) : 
822                     APInt(width, mantissa >> (52 - exp));
823
824   // If the client didn't provide enough bits for us to shift the mantissa into
825   // then the result is undefined, just return 0
826   if (width <= exp - 52)
827     return APInt(width, 0);
828
829   // Otherwise, we have to shift the mantissa bits up to the right location
830   APInt Tmp(width, mantissa);
831   Tmp = Tmp.shl(exp - 52);
832   return isNeg ? -Tmp : Tmp;
833 }
834
835 /// RoundToDouble - This function convert this APInt to a double.
836 /// The layout for double is as following (IEEE Standard 754):
837 ///  --------------------------------------
838 /// |  Sign    Exponent    Fraction    Bias |
839 /// |-------------------------------------- |
840 /// |  1[63]   11[62-52]   52[51-00]   1023 |
841 ///  -------------------------------------- 
842 double APInt::roundToDouble(bool isSigned) const {
843
844   // Handle the simple case where the value is contained in one uint64_t.
845   if (isSingleWord() || getActiveBits() <= APINT_BITS_PER_WORD) {
846     if (isSigned) {
847       int64_t sext = (int64_t(VAL) << (64-BitWidth)) >> (64-BitWidth);
848       return double(sext);
849     } else
850       return double(VAL);
851   }
852
853   // Determine if the value is negative.
854   bool isNeg = isSigned ? (*this)[BitWidth-1] : false;
855
856   // Construct the absolute value if we're negative.
857   APInt Tmp(isNeg ? -(*this) : (*this));
858
859   // Figure out how many bits we're using.
860   uint32_t n = Tmp.getActiveBits();
861
862   // The exponent (without bias normalization) is just the number of bits
863   // we are using. Note that the sign bit is gone since we constructed the
864   // absolute value.
865   uint64_t exp = n;
866
867   // Return infinity for exponent overflow
868   if (exp > 1023) {
869     if (!isSigned || !isNeg)
870       return double(1.0E300 * 1.0E300); // positive infinity
871     else 
872       return double(-1.0E300 * 1.0E300); // negative infinity
873   }
874   exp += 1023; // Increment for 1023 bias
875
876   // Number of bits in mantissa is 52. To obtain the mantissa value, we must
877   // extract the high 52 bits from the correct words in pVal.
878   uint64_t mantissa;
879   unsigned hiWord = whichWord(n-1);
880   if (hiWord == 0) {
881     mantissa = Tmp.pVal[0];
882     if (n > 52)
883       mantissa >>= n - 52; // shift down, we want the top 52 bits.
884   } else {
885     assert(hiWord > 0 && "huh?");
886     uint64_t hibits = Tmp.pVal[hiWord] << (52 - n % APINT_BITS_PER_WORD);
887     uint64_t lobits = Tmp.pVal[hiWord-1] >> (11 + n % APINT_BITS_PER_WORD);
888     mantissa = hibits | lobits;
889   }
890
891   // The leading bit of mantissa is implicit, so get rid of it.
892   uint64_t sign = isNeg ? (1ULL << (APINT_BITS_PER_WORD - 1)) : 0;
893   union {
894     double D;
895     uint64_t I;
896   } T;
897   T.I = sign | (exp << 52) | mantissa;
898   return T.D;
899 }
900
901 // Truncate to new width.
902 void APInt::trunc(uint32_t width) {
903   assert(width < BitWidth && "Invalid APInt Truncate request");
904   assert(width >= IntegerType::MIN_INT_BITS && "Can't truncate to 0 bits");
905   uint32_t wordsBefore = getNumWords();
906   BitWidth = width;
907   uint32_t wordsAfter = getNumWords();
908   if (wordsBefore != wordsAfter) {
909     if (wordsAfter == 1) {
910       uint64_t *tmp = pVal;
911       VAL = pVal[0];
912       delete [] tmp;
913     } else {
914       uint64_t *newVal = getClearedMemory(wordsAfter);
915       for (uint32_t i = 0; i < wordsAfter; ++i)
916         newVal[i] = pVal[i];
917       delete [] pVal;
918       pVal = newVal;
919     }
920   }
921   clearUnusedBits();
922 }
923
924 // Sign extend to a new width.
925 void APInt::sext(uint32_t width) {
926   assert(width > BitWidth && "Invalid APInt SignExtend request");
927   assert(width <= IntegerType::MAX_INT_BITS && "Too many bits");
928   // If the sign bit isn't set, this is the same as zext.
929   if (!isNegative()) {
930     zext(width);
931     return;
932   }
933
934   // The sign bit is set. First, get some facts
935   uint32_t wordsBefore = getNumWords();
936   uint32_t wordBits = BitWidth % APINT_BITS_PER_WORD;
937   BitWidth = width;
938   uint32_t wordsAfter = getNumWords();
939
940   // Mask the high order word appropriately
941   if (wordsBefore == wordsAfter) {
942     uint32_t newWordBits = width % APINT_BITS_PER_WORD;
943     // The extension is contained to the wordsBefore-1th word.
944     uint64_t mask = (~0ULL >> (APINT_BITS_PER_WORD - newWordBits)) <<  wordBits;
945     if (wordsBefore == 1)
946       VAL |= mask;
947     else
948       pVal[wordsBefore-1] |= mask;
949     clearUnusedBits();
950     return;
951   }
952
953   uint64_t mask = wordBits == 0 ? 0 : ~0ULL << wordBits;
954   uint64_t *newVal = getMemory(wordsAfter);
955   if (wordsBefore == 1)
956     newVal[0] = VAL | mask;
957   else {
958     for (uint32_t i = 0; i < wordsBefore; ++i)
959       newVal[i] = pVal[i];
960     newVal[wordsBefore-1] |= mask;
961   }
962   for (uint32_t i = wordsBefore; i < wordsAfter; i++)
963     newVal[i] = -1ULL;
964   if (wordsBefore != 1)
965     delete [] pVal;
966   pVal = newVal;
967   clearUnusedBits();
968 }
969
970 //  Zero extend to a new width.
971 void APInt::zext(uint32_t width) {
972   assert(width > BitWidth && "Invalid APInt ZeroExtend request");
973   assert(width <= IntegerType::MAX_INT_BITS && "Too many bits");
974   uint32_t wordsBefore = getNumWords();
975   BitWidth = width;
976   uint32_t wordsAfter = getNumWords();
977   if (wordsBefore != wordsAfter) {
978     uint64_t *newVal = getClearedMemory(wordsAfter);
979     if (wordsBefore == 1)
980       newVal[0] = VAL;
981     else 
982       for (uint32_t i = 0; i < wordsBefore; ++i)
983         newVal[i] = pVal[i];
984     if (wordsBefore != 1)
985       delete [] pVal;
986     pVal = newVal;
987   }
988 }
989
990 /// Arithmetic right-shift this APInt by shiftAmt.
991 /// @brief Arithmetic right-shift function.
992 APInt APInt::ashr(uint32_t shiftAmt) const {
993   assert(shiftAmt <= BitWidth && "Invalid shift amount");
994   if (isSingleWord()) {
995     if (shiftAmt == BitWidth)
996       return APInt(BitWidth, 0); // undefined
997     else {
998       uint32_t SignBit = APINT_BITS_PER_WORD - BitWidth;
999       return APInt(BitWidth, 
1000         (((int64_t(VAL) << SignBit) >> SignBit) >> shiftAmt));
1001     }
1002   }
1003
1004   // If all the bits were shifted out, the result is 0 or -1. This avoids issues
1005   // with shifting by the size of the integer type, which produces undefined
1006   // results. 
1007   if (shiftAmt == BitWidth)
1008     if (isNegative())
1009       return APInt(BitWidth, -1ULL);
1010     else
1011       return APInt(BitWidth, 0);
1012
1013   // Create some space for the result.
1014   uint64_t * val = new uint64_t[getNumWords()];
1015
1016   // If we are shifting less than a word, compute the shift with a simple carry
1017   if (shiftAmt < APINT_BITS_PER_WORD) {
1018     uint64_t carry = 0;
1019     for (int i = getNumWords()-1; i >= 0; --i) {
1020       val[i] = pVal[i] >> shiftAmt | carry;
1021       carry = pVal[i] << (APINT_BITS_PER_WORD - shiftAmt);
1022     }
1023     return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1024   }
1025
1026   // Compute some values needed by the remaining shift algorithms
1027   uint32_t wordShift = shiftAmt % APINT_BITS_PER_WORD;
1028   uint32_t offset = shiftAmt / APINT_BITS_PER_WORD;
1029
1030   // If we are shifting whole words, just move whole words
1031   if (wordShift == 0) {
1032     for (uint32_t i = 0; i < getNumWords() - offset; ++i) 
1033       val[i] = pVal[i+offset];
1034     for (uint32_t i = getNumWords()-offset; i < getNumWords(); i++)
1035       val[i] = (isNegative() ? -1ULL : 0);
1036     return APInt(val,BitWidth).clearUnusedBits();
1037   }
1038
1039   // Shift the low order words 
1040   uint32_t breakWord = getNumWords() - offset -1;
1041   for (uint32_t i = 0; i < breakWord; ++i)
1042     val[i] = pVal[i+offset] >> wordShift |
1043              pVal[i+offset+1] << (APINT_BITS_PER_WORD - wordShift);
1044   // Shift the break word.
1045   uint32_t SignBit = APINT_BITS_PER_WORD - (BitWidth % APINT_BITS_PER_WORD);
1046   val[breakWord] = uint64_t(
1047     (((int64_t(pVal[breakWord+offset]) << SignBit) >> SignBit) >> wordShift));
1048
1049   // Remaining words are 0 or -1
1050   for (uint32_t i = breakWord+1; i < getNumWords(); ++i)
1051     val[i] = (isNegative() ? -1ULL : 0);
1052   return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1053 }
1054
1055 /// Logical right-shift this APInt by shiftAmt.
1056 /// @brief Logical right-shift function.
1057 APInt APInt::lshr(uint32_t shiftAmt) const {
1058   if (isSingleWord())
1059     if (shiftAmt == BitWidth)
1060       return APInt(BitWidth, 0);
1061     else 
1062       return APInt(BitWidth, this->VAL >> shiftAmt);
1063
1064   // If all the bits were shifted out, the result is 0. This avoids issues
1065   // with shifting by the size of the integer type, which produces undefined
1066   // results. We define these "undefined results" to always be 0.
1067   if (shiftAmt == BitWidth)
1068     return APInt(BitWidth, 0);
1069
1070   // Create some space for the result.
1071   uint64_t * val = new uint64_t[getNumWords()];
1072
1073   // If we are shifting less than a word, compute the shift with a simple carry
1074   if (shiftAmt < APINT_BITS_PER_WORD) {
1075     uint64_t carry = 0;
1076     for (int i = getNumWords()-1; i >= 0; --i) {
1077       val[i] = pVal[i] >> shiftAmt | carry;
1078       carry = pVal[i] << (APINT_BITS_PER_WORD - shiftAmt);
1079     }
1080     return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1081   }
1082
1083   // Compute some values needed by the remaining shift algorithms
1084   uint32_t wordShift = shiftAmt % APINT_BITS_PER_WORD;
1085   uint32_t offset = shiftAmt / APINT_BITS_PER_WORD;
1086
1087   // If we are shifting whole words, just move whole words
1088   if (wordShift == 0) {
1089     for (uint32_t i = 0; i < getNumWords() - offset; ++i) 
1090       val[i] = pVal[i+offset];
1091     for (uint32_t i = getNumWords()-offset; i < getNumWords(); i++)
1092       val[i] = 0;
1093     return APInt(val,BitWidth).clearUnusedBits();
1094   }
1095
1096   // Shift the low order words 
1097   uint32_t breakWord = getNumWords() - offset -1;
1098   for (uint32_t i = 0; i < breakWord; ++i)
1099     val[i] = pVal[i+offset] >> wordShift |
1100              pVal[i+offset+1] << (APINT_BITS_PER_WORD - wordShift);
1101   // Shift the break word.
1102   val[breakWord] = pVal[breakWord+offset] >> wordShift;
1103
1104   // Remaining words are 0
1105   for (uint32_t i = breakWord+1; i < getNumWords(); ++i)
1106     val[i] = 0;
1107   return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1108 }
1109
1110 /// Left-shift this APInt by shiftAmt.
1111 /// @brief Left-shift function.
1112 APInt APInt::shl(uint32_t shiftAmt) const {
1113   assert(shiftAmt <= BitWidth && "Invalid shift amount");
1114   if (isSingleWord()) {
1115     if (shiftAmt == BitWidth)
1116       return APInt(BitWidth, 0); // avoid undefined shift results
1117     return APInt(BitWidth, VAL << shiftAmt);
1118   }
1119
1120   // If all the bits were shifted out, the result is 0. This avoids issues
1121   // with shifting by the size of the integer type, which produces undefined
1122   // results. We define these "undefined results" to always be 0.
1123   if (shiftAmt == BitWidth)
1124     return APInt(BitWidth, 0);
1125
1126   // Create some space for the result.
1127   uint64_t * val = new uint64_t[getNumWords()];
1128
1129   // If we are shifting less than a word, do it the easy way
1130   if (shiftAmt < APINT_BITS_PER_WORD) {
1131     uint64_t carry = 0;
1132     for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); i++) {
1133       val[i] = pVal[i] << shiftAmt | carry;
1134       carry = pVal[i] >> (APINT_BITS_PER_WORD - shiftAmt);
1135     }
1136     return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1137   }
1138
1139   // Compute some values needed by the remaining shift algorithms
1140   uint32_t wordShift = shiftAmt % APINT_BITS_PER_WORD;
1141   uint32_t offset = shiftAmt / APINT_BITS_PER_WORD;
1142
1143   // If we are shifting whole words, just move whole words
1144   if (wordShift == 0) {
1145     for (uint32_t i = 0; i < offset; i++) 
1146       val[i] = 0;
1147     for (uint32_t i = offset; i < getNumWords(); i++)
1148       val[i] = pVal[i-offset];
1149     return APInt(val,BitWidth).clearUnusedBits();
1150   }
1151
1152   // Copy whole words from this to Result.
1153   uint32_t i = getNumWords() - 1;
1154   for (; i > offset; --i)
1155     val[i] = pVal[i-offset] << wordShift |
1156              pVal[i-offset-1] >> (APINT_BITS_PER_WORD - wordShift);
1157   val[offset] = pVal[0] << wordShift;
1158   for (i = 0; i < offset; ++i)
1159     val[i] = 0;
1160   return APInt(val, BitWidth).clearUnusedBits();
1161 }
1162
1163 /// Implementation of Knuth's Algorithm D (Division of nonnegative integers)
1164 /// from "Art of Computer Programming, Volume 2", section 4.3.1, p. 272. The
1165 /// variables here have the same names as in the algorithm. Comments explain
1166 /// the algorithm and any deviation from it.
1167 static void KnuthDiv(uint32_t *u, uint32_t *v, uint32_t *q, uint32_t* r, 
1168                      uint32_t m, uint32_t n) {
1169   assert(u && "Must provide dividend");
1170   assert(v && "Must provide divisor");
1171   assert(q && "Must provide quotient");
1172   assert(u != v && u != q && v != q && "Must us different memory");
1173   assert(n>1 && "n must be > 1");
1174
1175   // Knuth uses the value b as the base of the number system. In our case b
1176   // is 2^31 so we just set it to -1u.
1177   uint64_t b = uint64_t(1) << 32;
1178
1179   DEBUG(cerr << "KnuthDiv: m=" << m << " n=" << n << '\n');
1180   DEBUG(cerr << "KnuthDiv: original:");
1181   DEBUG(for (int i = m+n; i >=0; i--) cerr << " " << std::setbase(16) << u[i]);
1182   DEBUG(cerr << " by");
1183   DEBUG(for (int i = n; i >0; i--) cerr << " " << std::setbase(16) << v[i-1]);
1184   DEBUG(cerr << '\n');
1185   // D1. [Normalize.] Set d = b / (v[n-1] + 1) and multiply all the digits of 
1186   // u and v by d. Note that we have taken Knuth's advice here to use a power 
1187   // of 2 value for d such that d * v[n-1] >= b/2 (b is the base). A power of 
1188   // 2 allows us to shift instead of multiply and it is easy to determine the 
1189   // shift amount from the leading zeros.  We are basically normalizing the u
1190   // and v so that its high bits are shifted to the top of v's range without
1191   // overflow. Note that this can require an extra word in u so that u must
1192   // be of length m+n+1.
1193   uint32_t shift = CountLeadingZeros_32(v[n-1]);
1194   uint32_t v_carry = 0;
1195   uint32_t u_carry = 0;
1196   if (shift) {
1197     for (uint32_t i = 0; i < m+n; ++i) {
1198       uint32_t u_tmp = u[i] >> (32 - shift);
1199       u[i] = (u[i] << shift) | u_carry;
1200       u_carry = u_tmp;
1201     }
1202     for (uint32_t i = 0; i < n; ++i) {
1203       uint32_t v_tmp = v[i] >> (32 - shift);
1204       v[i] = (v[i] << shift) | v_carry;
1205       v_carry = v_tmp;
1206     }
1207   }
1208   u[m+n] = u_carry;
1209   DEBUG(cerr << "KnuthDiv:   normal:");
1210   DEBUG(for (int i = m+n; i >=0; i--) cerr << " " << std::setbase(16) << u[i]);
1211   DEBUG(cerr << " by");
1212   DEBUG(for (int i = n; i >0; i--) cerr << " " << std::setbase(16) << v[i-1]);
1213   DEBUG(cerr << '\n');
1214
1215   // D2. [Initialize j.]  Set j to m. This is the loop counter over the places.
1216   int j = m;
1217   do {
1218     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: quotient digit #" << j << '\n');
1219     // D3. [Calculate q'.]. 
1220     //     Set qp = (u[j+n]*b + u[j+n-1]) / v[n-1]. (qp=qprime=q')
1221     //     Set rp = (u[j+n]*b + u[j+n-1]) % v[n-1]. (rp=rprime=r')
1222     // Now test if qp == b or qp*v[n-2] > b*rp + u[j+n-2]; if so, decrease
1223     // qp by 1, inrease rp by v[n-1], and repeat this test if rp < b. The test
1224     // on v[n-2] determines at high speed most of the cases in which the trial
1225     // value qp is one too large, and it eliminates all cases where qp is two 
1226     // too large. 
1227     uint64_t dividend = ((uint64_t(u[j+n]) << 32) + u[j+n-1]);
1228     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: dividend == " << dividend << '\n');
1229     uint64_t qp = dividend / v[n-1];
1230     uint64_t rp = dividend % v[n-1];
1231     if (qp == b || qp*v[n-2] > b*rp + u[j+n-2]) {
1232       qp--;
1233       rp += v[n-1];
1234       if (rp < b && (qp == b || qp*v[n-2] > b*rp + u[j+n-2]))
1235         qp--;
1236     }
1237     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: qp == " << qp << ", rp == " << rp << '\n');
1238
1239     // D4. [Multiply and subtract.] Replace (u[j+n]u[j+n-1]...u[j]) with
1240     // (u[j+n]u[j+n-1]..u[j]) - qp * (v[n-1]...v[1]v[0]). This computation
1241     // consists of a simple multiplication by a one-place number, combined with
1242     // a subtraction. 
1243     bool isNeg = false;
1244     for (uint32_t i = 0; i < n; ++i) {
1245       uint64_t u_tmp = uint64_t(u[j+i]) | (uint64_t(u[j+i+1]) << 32);
1246       uint64_t subtrahend = uint64_t(qp) * uint64_t(v[i]);
1247       bool borrow = subtrahend > u_tmp;
1248       DEBUG(cerr << "KnuthDiv: u_tmp == " << u_tmp 
1249                  << ", subtrahend == " << subtrahend
1250                  << ", borrow = " << borrow << '\n');
1251
1252       uint64_t result = u_tmp - subtrahend;
1253       uint32_t k = j + i;
1254       u[k++] = result & (b-1); // subtract low word
1255       u[k++] = result >> 32;   // subtract high word
1256       while (borrow && k <= m+n) { // deal with borrow to the left
1257         borrow = u[k] == 0;
1258         u[k]--;
1259         k++;
1260       }
1261       isNeg |= borrow;
1262       DEBUG(cerr << "KnuthDiv: u[j+i] == " << u[j+i] << ",  u[j+i+1] == " << 
1263                     u[j+i+1] << '\n'); 
1264     }
1265     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: after subtraction:");
1266     DEBUG(for (int i = m+n; i >=0; i--) cerr << " " << u[i]);
1267     DEBUG(cerr << '\n');
1268     // The digits (u[j+n]...u[j]) should be kept positive; if the result of 
1269     // this step is actually negative, (u[j+n]...u[j]) should be left as the 
1270     // true value plus b**(n+1), namely as the b's complement of
1271     // the true value, and a "borrow" to the left should be remembered.
1272     //
1273     if (isNeg) {
1274       bool carry = true;  // true because b's complement is "complement + 1"
1275       for (uint32_t i = 0; i <= m+n; ++i) {
1276         u[i] = ~u[i] + carry; // b's complement
1277         carry = carry && u[i] == 0;
1278       }
1279     }
1280     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: after complement:");
1281     DEBUG(for (int i = m+n; i >=0; i--) cerr << " " << u[i]);
1282     DEBUG(cerr << '\n');
1283
1284     // D5. [Test remainder.] Set q[j] = qp. If the result of step D4 was 
1285     // negative, go to step D6; otherwise go on to step D7.
1286     q[j] = qp;
1287     if (isNeg) {
1288       // D6. [Add back]. The probability that this step is necessary is very 
1289       // small, on the order of only 2/b. Make sure that test data accounts for
1290       // this possibility. Decrease q[j] by 1 
1291       q[j]--;
1292       // and add (0v[n-1]...v[1]v[0]) to (u[j+n]u[j+n-1]...u[j+1]u[j]). 
1293       // A carry will occur to the left of u[j+n], and it should be ignored 
1294       // since it cancels with the borrow that occurred in D4.
1295       bool carry = false;
1296       for (uint32_t i = 0; i < n; i++) {
1297         uint32_t limit = std::min(u[j+i],v[i]);
1298         u[j+i] += v[i] + carry;
1299         carry = u[j+i] < limit || (carry && u[j+i] == limit);
1300       }
1301       u[j+n] += carry;
1302     }
1303     DEBUG(cerr << "KnuthDiv: after correction:");
1304     DEBUG(for (int i = m+n; i >=0; i--) cerr <<" " << u[i]);
1305     DEBUG(cerr << "\nKnuthDiv: digit result = " << q[j] << '\n');
1306
1307   // D7. [Loop on j.]  Decrease j by one. Now if j >= 0, go back to D3.
1308   } while (--j >= 0);
1309
1310   DEBUG(cerr << "KnuthDiv: quotient:");
1311   DEBUG(for (int i = m; i >=0; i--) cerr <<" " << q[i]);
1312   DEBUG(cerr << '\n');
1313
1314   // D8. [Unnormalize]. Now q[...] is the desired quotient, and the desired
1315   // remainder may be obtained by dividing u[...] by d. If r is non-null we
1316   // compute the remainder (urem uses this).
1317   if (r) {
1318     // The value d is expressed by the "shift" value above since we avoided
1319     // multiplication by d by using a shift left. So, all we have to do is
1320     // shift right here. In order to mak
1321     if (shift) {
1322       uint32_t carry = 0;
1323       DEBUG(cerr << "KnuthDiv: remainder:");
1324       for (int i = n-1; i >= 0; i--) {
1325         r[i] = (u[i] >> shift) | carry;
1326         carry = u[i] << (32 - shift);
1327         DEBUG(cerr << " " << r[i]);
1328       }
1329     } else {
1330       for (int i = n-1; i >= 0; i--) {
1331         r[i] = u[i];
1332         DEBUG(cerr << " " << r[i]);
1333       }
1334     }
1335     DEBUG(cerr << '\n');
1336   }
1337   DEBUG(cerr << std::setbase(10) << '\n');
1338 }
1339
1340 void APInt::divide(const APInt LHS, uint32_t lhsWords, 
1341                    const APInt &RHS, uint32_t rhsWords,
1342                    APInt *Quotient, APInt *Remainder)
1343 {
1344   assert(lhsWords >= rhsWords && "Fractional result");
1345
1346   // First, compose the values into an array of 32-bit words instead of 
1347   // 64-bit words. This is a necessity of both the "short division" algorithm
1348   // and the the Knuth "classical algorithm" which requires there to be native 
1349   // operations for +, -, and * on an m bit value with an m*2 bit result. We 
1350   // can't use 64-bit operands here because we don't have native results of 
1351   // 128-bits. Furthremore, casting the 64-bit values to 32-bit values won't 
1352   // work on large-endian machines.
1353   uint64_t mask = ~0ull >> (sizeof(uint32_t)*8);
1354   uint32_t n = rhsWords * 2;
1355   uint32_t m = (lhsWords * 2) - n;
1356
1357   // Allocate space for the temporary values we need either on the stack, if
1358   // it will fit, or on the heap if it won't.
1359   uint32_t SPACE[128];
1360   uint32_t *U = 0;
1361   uint32_t *V = 0;
1362   uint32_t *Q = 0;
1363   uint32_t *R = 0;
1364   if ((Remainder?4:3)*n+2*m+1 <= 128) {
1365     U = &SPACE[0];
1366     V = &SPACE[m+n+1];
1367     Q = &SPACE[(m+n+1) + n];
1368     if (Remainder)
1369       R = &SPACE[(m+n+1) + n + (m+n)];
1370   } else {
1371     U = new uint32_t[m + n + 1];
1372     V = new uint32_t[n];
1373     Q = new uint32_t[m+n];
1374     if (Remainder)
1375       R = new uint32_t[n];
1376   }
1377
1378   // Initialize the dividend
1379   memset(U, 0, (m+n+1)*sizeof(uint32_t));
1380   for (unsigned i = 0; i < lhsWords; ++i) {
1381     uint64_t tmp = (LHS.getNumWords() == 1 ? LHS.VAL : LHS.pVal[i]);
1382     U[i * 2] = tmp & mask;
1383     U[i * 2 + 1] = tmp >> (sizeof(uint32_t)*8);
1384   }
1385   U[m+n] = 0; // this extra word is for "spill" in the Knuth algorithm.
1386
1387   // Initialize the divisor
1388   memset(V, 0, (n)*sizeof(uint32_t));
1389   for (unsigned i = 0; i < rhsWords; ++i) {
1390     uint64_t tmp = (RHS.getNumWords() == 1 ? RHS.VAL : RHS.pVal[i]);
1391     V[i * 2] = tmp & mask;
1392     V[i * 2 + 1] = tmp >> (sizeof(uint32_t)*8);
1393   }
1394
1395   // initialize the quotient and remainder
1396   memset(Q, 0, (m+n) * sizeof(uint32_t));
1397   if (Remainder)
1398     memset(R, 0, n * sizeof(uint32_t));
1399
1400   // Now, adjust m and n for the Knuth division. n is the number of words in 
1401   // the divisor. m is the number of words by which the dividend exceeds the
1402   // divisor (i.e. m+n is the length of the dividend). These sizes must not 
1403   // contain any zero words or the Knuth algorithm fails.
1404   for (unsigned i = n; i > 0 && V[i-1] == 0; i--) {
1405     n--;
1406     m++;
1407   }
1408   for (unsigned i = m+n; i > 0 && U[i-1] == 0; i--)
1409     m--;
1410
1411   // If we're left with only a single word for the divisor, Knuth doesn't work
1412   // so we implement the short division algorithm here. This is much simpler
1413   // and faster because we are certain that we can divide a 64-bit quantity
1414   // by a 32-bit quantity at hardware speed and short division is simply a
1415   // series of such operations. This is just like doing short division but we
1416   // are using base 2^32 instead of base 10.
1417   assert(n != 0 && "Divide by zero?");
1418   if (n == 1) {
1419     uint32_t divisor = V[0];
1420     uint32_t remainder = 0;
1421     for (int i = m+n-1; i >= 0; i--) {
1422       uint64_t partial_dividend = uint64_t(remainder) << 32 | U[i];
1423       if (partial_dividend == 0) {
1424         Q[i] = 0;
1425         remainder = 0;
1426       } else if (partial_dividend < divisor) {
1427         Q[i] = 0;
1428         remainder = partial_dividend;
1429       } else if (partial_dividend == divisor) {
1430         Q[i] = 1;
1431         remainder = 0;
1432       } else {
1433         Q[i] = partial_dividend / divisor;
1434         remainder = partial_dividend - (Q[i] * divisor);
1435       }
1436     }
1437     if (R)
1438       R[0] = remainder;
1439   } else {
1440     // Now we're ready to invoke the Knuth classical divide algorithm. In this
1441     // case n > 1.
1442     KnuthDiv(U, V, Q, R, m, n);
1443   }
1444
1445   // If the caller wants the quotient
1446   if (Quotient) {
1447     // Set up the Quotient value's memory.
1448     if (Quotient->BitWidth != LHS.BitWidth) {
1449       if (Quotient->isSingleWord())
1450         Quotient->VAL = 0;
1451       else
1452         delete [] Quotient->pVal;
1453       Quotient->BitWidth = LHS.BitWidth;
1454       if (!Quotient->isSingleWord())
1455         Quotient->pVal = getClearedMemory(Quotient->getNumWords());
1456     } else
1457       Quotient->clear();
1458
1459     // The quotient is in Q. Reconstitute the quotient into Quotient's low 
1460     // order words.
1461     if (lhsWords == 1) {
1462       uint64_t tmp = 
1463         uint64_t(Q[0]) | (uint64_t(Q[1]) << (APINT_BITS_PER_WORD / 2));
1464       if (Quotient->isSingleWord())
1465         Quotient->VAL = tmp;
1466       else
1467         Quotient->pVal[0] = tmp;
1468     } else {
1469       assert(!Quotient->isSingleWord() && "Quotient APInt not large enough");
1470       for (unsigned i = 0; i < lhsWords; ++i)
1471         Quotient->pVal[i] = 
1472           uint64_t(Q[i*2]) | (uint64_t(Q[i*2+1]) << (APINT_BITS_PER_WORD / 2));
1473     }
1474   }
1475
1476   // If the caller wants the remainder
1477   if (Remainder) {
1478     // Set up the Remainder value's memory.
1479     if (Remainder->BitWidth != RHS.BitWidth) {
1480       if (Remainder->isSingleWord())
1481         Remainder->VAL = 0;
1482       else
1483         delete [] Remainder->pVal;
1484       Remainder->BitWidth = RHS.BitWidth;
1485       if (!Remainder->isSingleWord())
1486         Remainder->pVal = getClearedMemory(Remainder->getNumWords());
1487     } else
1488       Remainder->clear();
1489
1490     // The remainder is in R. Reconstitute the remainder into Remainder's low
1491     // order words.
1492     if (rhsWords == 1) {
1493       uint64_t tmp = 
1494         uint64_t(R[0]) | (uint64_t(R[1]) << (APINT_BITS_PER_WORD / 2));
1495       if (Remainder->isSingleWord())
1496         Remainder->VAL = tmp;
1497       else
1498         Remainder->pVal[0] = tmp;
1499     } else {
1500       assert(!Remainder->isSingleWord() && "Remainder APInt not large enough");
1501       for (unsigned i = 0; i < rhsWords; ++i)
1502         Remainder->pVal[i] = 
1503           uint64_t(R[i*2]) | (uint64_t(R[i*2+1]) << (APINT_BITS_PER_WORD / 2));
1504     }
1505   }
1506
1507   // Clean up the memory we allocated.
1508   if (U != &SPACE[0]) {
1509     delete [] U;
1510     delete [] V;
1511     delete [] Q;
1512     delete [] R;
1513   }
1514 }
1515
1516 APInt APInt::udiv(const APInt& RHS) const {
1517   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
1518
1519   // First, deal with the easy case
1520   if (isSingleWord()) {
1521     assert(RHS.VAL != 0 && "Divide by zero?");
1522     return APInt(BitWidth, VAL / RHS.VAL);
1523   }
1524
1525   // Get some facts about the LHS and RHS number of bits and words
1526   uint32_t rhsBits = RHS.getActiveBits();
1527   uint32_t rhsWords = !rhsBits ? 0 : (APInt::whichWord(rhsBits - 1) + 1);
1528   assert(rhsWords && "Divided by zero???");
1529   uint32_t lhsBits = this->getActiveBits();
1530   uint32_t lhsWords = !lhsBits ? 0 : (APInt::whichWord(lhsBits - 1) + 1);
1531
1532   // Deal with some degenerate cases
1533   if (!lhsWords) 
1534     // 0 / X ===> 0
1535     return APInt(BitWidth, 0); 
1536   else if (lhsWords < rhsWords || this->ult(RHS)) {
1537     // X / Y ===> 0, iff X < Y
1538     return APInt(BitWidth, 0);
1539   } else if (*this == RHS) {
1540     // X / X ===> 1
1541     return APInt(BitWidth, 1);
1542   } else if (lhsWords == 1 && rhsWords == 1) {
1543     // All high words are zero, just use native divide
1544     return APInt(BitWidth, this->pVal[0] / RHS.pVal[0]);
1545   }
1546
1547   // We have to compute it the hard way. Invoke the Knuth divide algorithm.
1548   APInt Quotient(1,0); // to hold result.
1549   divide(*this, lhsWords, RHS, rhsWords, &Quotient, 0);
1550   return Quotient;
1551 }
1552
1553 APInt APInt::urem(const APInt& RHS) const {
1554   assert(BitWidth == RHS.BitWidth && "Bit widths must be the same");
1555   if (isSingleWord()) {
1556     assert(RHS.VAL != 0 && "Remainder by zero?");
1557     return APInt(BitWidth, VAL % RHS.VAL);
1558   }
1559
1560   // Get some facts about the LHS
1561   uint32_t lhsBits = getActiveBits();
1562   uint32_t lhsWords = !lhsBits ? 0 : (whichWord(lhsBits - 1) + 1);
1563
1564   // Get some facts about the RHS
1565   uint32_t rhsBits = RHS.getActiveBits();
1566   uint32_t rhsWords = !rhsBits ? 0 : (APInt::whichWord(rhsBits - 1) + 1);
1567   assert(rhsWords && "Performing remainder operation by zero ???");
1568
1569   // Check the degenerate cases
1570   if (lhsWords == 0) {
1571     // 0 % Y ===> 0
1572     return APInt(BitWidth, 0);
1573   } else if (lhsWords < rhsWords || this->ult(RHS)) {
1574     // X % Y ===> X, iff X < Y
1575     return *this;
1576   } else if (*this == RHS) {
1577     // X % X == 0;
1578     return APInt(BitWidth, 0);
1579   } else if (lhsWords == 1) {
1580     // All high words are zero, just use native remainder
1581     return APInt(BitWidth, pVal[0] % RHS.pVal[0]);
1582   }
1583
1584   // We have to compute it the hard way. Invoke the Knute divide algorithm.
1585   APInt Remainder(1,0);
1586   divide(*this, lhsWords, RHS, rhsWords, 0, &Remainder);
1587   return Remainder;
1588 }
1589
1590 void APInt::fromString(uint32_t numbits, const char *str, uint32_t slen, 
1591                        uint8_t radix) {
1592   // Check our assumptions here
1593   assert((radix == 10 || radix == 8 || radix == 16 || radix == 2) &&
1594          "Radix should be 2, 8, 10, or 16!");
1595   assert(str && "String is null?");
1596   bool isNeg = str[0] == '-';
1597   if (isNeg)
1598     str++, slen--;
1599   assert(slen <= numbits || radix != 2 && "Insufficient bit width");
1600   assert(slen*3 <= numbits || radix != 8 && "Insufficient bit width");
1601   assert(slen*4 <= numbits || radix != 16 && "Insufficient bit width");
1602   assert((slen*64)/20 <= numbits || radix != 10 && "Insufficient bit width");
1603
1604   // Allocate memory
1605   if (!isSingleWord())
1606     pVal = getClearedMemory(getNumWords());
1607
1608   // Figure out if we can shift instead of multiply
1609   uint32_t shift = (radix == 16 ? 4 : radix == 8 ? 3 : radix == 2 ? 1 : 0);
1610
1611   // Set up an APInt for the digit to add outside the loop so we don't
1612   // constantly construct/destruct it.
1613   APInt apdigit(getBitWidth(), 0);
1614   APInt apradix(getBitWidth(), radix);
1615
1616   // Enter digit traversal loop
1617   for (unsigned i = 0; i < slen; i++) {
1618     // Get a digit
1619     uint32_t digit = 0;
1620     char cdigit = str[i];
1621     if (isdigit(cdigit))
1622       digit = cdigit - '0';
1623     else if (isxdigit(cdigit))
1624       if (cdigit >= 'a')
1625         digit = cdigit - 'a' + 10;
1626       else if (cdigit >= 'A')
1627         digit = cdigit - 'A' + 10;
1628       else
1629         assert(0 && "huh?");
1630     else
1631       assert(0 && "Invalid character in digit string");
1632
1633     // Shift or multiple the value by the radix
1634     if (shift)
1635       this->shl(shift);
1636     else
1637       *this *= apradix;
1638
1639     // Add in the digit we just interpreted
1640     if (apdigit.isSingleWord())
1641       apdigit.VAL = digit;
1642     else
1643       apdigit.pVal[0] = digit;
1644     *this += apdigit;
1645   }
1646   // If its negative, put it in two's complement form
1647   if (isNeg) {
1648     (*this)--;
1649     this->flip();
1650   }
1651 }
1652
1653 std::string APInt::toString(uint8_t radix, bool wantSigned) const {
1654   assert((radix == 10 || radix == 8 || radix == 16 || radix == 2) &&
1655          "Radix should be 2, 8, 10, or 16!");
1656   static const char *digits[] = { 
1657     "0","1","2","3","4","5","6","7","8","9","A","B","C","D","E","F" 
1658   };
1659   std::string result;
1660   uint32_t bits_used = getActiveBits();
1661   if (isSingleWord()) {
1662     char buf[65];
1663     const char *format = (radix == 10 ? (wantSigned ? "%lld" : "%llu") :
1664        (radix == 16 ? "%llX" : (radix == 8 ? "%llo" : 0)));
1665     if (format) {
1666       if (wantSigned) {
1667         int64_t sextVal = (int64_t(VAL) << (APINT_BITS_PER_WORD-BitWidth)) >> 
1668                            (APINT_BITS_PER_WORD-BitWidth);
1669         sprintf(buf, format, sextVal);
1670       } else 
1671         sprintf(buf, format, VAL);
1672     } else {
1673       memset(buf, 0, 65);
1674       uint64_t v = VAL;
1675       while (bits_used) {
1676         uint32_t bit = v & 1;
1677         bits_used--;
1678         buf[bits_used] = digits[bit][0];
1679         v >>=1;
1680       }
1681     }
1682     result = buf;
1683     return result;
1684   }
1685
1686   if (radix != 10) {
1687     uint64_t mask = radix - 1;
1688     uint32_t shift = (radix == 16 ? 4 : radix  == 8 ? 3 : 1);
1689     uint32_t nibbles = APINT_BITS_PER_WORD / shift;
1690     for (uint32_t i = 0; i < getNumWords(); ++i) {
1691       uint64_t value = pVal[i];
1692       for (uint32_t j = 0; j < nibbles; ++j) {
1693         result.insert(0, digits[ value & mask ]);
1694         value >>= shift;
1695       }
1696     }
1697     return result;
1698   }
1699
1700   APInt tmp(*this);
1701   APInt divisor(4, radix);
1702   APInt zero(tmp.getBitWidth(), 0);
1703   size_t insert_at = 0;
1704   if (wantSigned && tmp[BitWidth-1]) {
1705     // They want to print the signed version and it is a negative value
1706     // Flip the bits and add one to turn it into the equivalent positive
1707     // value and put a '-' in the result.
1708     tmp.flip();
1709     tmp++;
1710     result = "-";
1711     insert_at = 1;
1712   }
1713   if (tmp == APInt(tmp.getBitWidth(), 0))
1714     result = "0";
1715   else while (tmp.ne(zero)) {
1716     APInt APdigit(1,0);
1717     APInt tmp2(tmp.getBitWidth(), 0);
1718     divide(tmp, tmp.getNumWords(), divisor, divisor.getNumWords(), &tmp2, 
1719            &APdigit);
1720     uint32_t digit = APdigit.getZExtValue();
1721     assert(digit < radix && "divide failed");
1722     result.insert(insert_at,digits[digit]);
1723     tmp = tmp2;
1724   }
1725
1726   return result;
1727 }
1728
1729 #ifndef NDEBUG
1730 void APInt::dump() const
1731 {
1732   cerr << "APInt(" << BitWidth << ")=" << std::setbase(16);
1733   if (isSingleWord())
1734     cerr << VAL;
1735   else for (unsigned i = getNumWords(); i > 0; i--) {
1736     cerr << pVal[i-1] << " ";
1737   }
1738   cerr << " (" << this->toString(10, false) << ")\n" << std::setbase(10);
1739 }
1740 #endif