Add support for pow for big integers
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f7fb89fed0
commit
38addb7a5b
@ -10,7 +10,6 @@
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*/
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||||
module tanya.math.mp;
|
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import core.exception;
|
||||
import std.algorithm.iteration;
|
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import std.algorithm.searching;
|
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import std.algorithm.mutation;
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@ -24,7 +23,7 @@ import tanya.memory;
|
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*/
|
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struct Integer
|
||||
{
|
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private ubyte[] rep;
|
||||
package ubyte[] rep;
|
||||
private bool sign;
|
||||
|
||||
/**
|
||||
@ -48,14 +47,8 @@ struct Integer
|
||||
}
|
||||
else if (value.length > 0)
|
||||
{
|
||||
rep = () @trusted {
|
||||
return cast(ubyte[]) allocator_.allocate(value.length);
|
||||
}();
|
||||
if (rep is null)
|
||||
{
|
||||
onOutOfMemoryError();
|
||||
}
|
||||
value.rep.copy(rep);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, value.length);
|
||||
rep[] = value.rep[];
|
||||
sign = value.sign;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
@ -84,6 +77,8 @@ struct Integer
|
||||
assert(h2.sign);
|
||||
}
|
||||
|
||||
@disable this(this);
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* Destroys the internal representation.
|
||||
*/
|
||||
@ -125,14 +120,8 @@ struct Integer
|
||||
}
|
||||
--size;
|
||||
}
|
||||
rep = () @trusted {
|
||||
void[] rep = this.rep;
|
||||
if (!allocator.reallocate(rep, size))
|
||||
{
|
||||
onOutOfMemoryError();
|
||||
}
|
||||
return cast(ubyte[]) rep;
|
||||
}();
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, size);
|
||||
|
||||
/* Work backward through the int, masking off each byte (up to the
|
||||
first 0 byte) and copy it into the internal representation in
|
||||
big-endian format. */
|
||||
@ -162,8 +151,8 @@ struct Integer
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
allocator.resizeArray(rep, value.length);
|
||||
value.rep.copy(rep);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, value.length);
|
||||
rep[0 .. $] = value.rep[0 .. $];
|
||||
sign = value.sign;
|
||||
}
|
||||
return this;
|
||||
@ -209,7 +198,7 @@ struct Integer
|
||||
/// Ditto.
|
||||
bool opEquals(in ref Integer h) const nothrow @safe @nogc
|
||||
{
|
||||
return rep == h.rep;
|
||||
return rep == h.rep;
|
||||
}
|
||||
|
||||
///
|
||||
@ -278,7 +267,7 @@ struct Integer
|
||||
assert(h1 > h2);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private void add(in ref ubyte[] h) nothrow @trusted @nogc
|
||||
private void add(in ref ubyte[] h) nothrow @safe @nogc
|
||||
{
|
||||
uint sum;
|
||||
uint carry = 0;
|
||||
@ -286,11 +275,7 @@ struct Integer
|
||||
|
||||
if (h.length > length)
|
||||
{
|
||||
tmp = cast(ubyte[]) allocator.allocate(h.length);
|
||||
if (tmp is null)
|
||||
{
|
||||
onOutOfMemoryError();
|
||||
}
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(tmp, h.length);
|
||||
tmp[0 .. h.length] = 0;
|
||||
tmp[h.length - length .. $] = rep[0 .. length];
|
||||
swap(rep, tmp);
|
||||
@ -319,13 +304,12 @@ struct Integer
|
||||
if (carry)
|
||||
{
|
||||
// Still overflowed; allocate more space
|
||||
void[]* vtmp = cast(void[]*) &tmp;
|
||||
allocator.reallocate(*vtmp, length + 1);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(tmp, length + 1);
|
||||
tmp[1 .. $] = rep[0 .. length];
|
||||
tmp[0] = 0x01;
|
||||
swap(rep, tmp);
|
||||
}
|
||||
allocator.deallocate(tmp);
|
||||
allocator.dispose(tmp);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private void subtract(in ref ubyte[] h) nothrow @trusted @nogc
|
||||
@ -363,7 +347,7 @@ struct Integer
|
||||
if (offset > 0)
|
||||
{
|
||||
ubyte[] tmp = cast(ubyte[]) allocator.allocate(rep.length - offset);
|
||||
rep[offset .. $].copy(tmp);
|
||||
tmp[0 .. $] = rep[offset .. $];
|
||||
allocator.deallocate(rep);
|
||||
rep = tmp;
|
||||
}
|
||||
@ -505,6 +489,15 @@ struct Integer
|
||||
body
|
||||
{
|
||||
auto i = h.rep.length;
|
||||
if (length == 0)
|
||||
{
|
||||
return this;
|
||||
}
|
||||
else if (i == 0)
|
||||
{
|
||||
opAssign(0);
|
||||
return this;
|
||||
}
|
||||
auto temp = Integer(this, allocator);
|
||||
immutable sign = sign == h.sign ? false : true;
|
||||
|
||||
@ -536,6 +529,11 @@ struct Integer
|
||||
assert(cast(long) h1 == 56088);
|
||||
}
|
||||
|
||||
private unittest
|
||||
{
|
||||
assert((Integer(1) * Integer()).length == 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/// Ditto.
|
||||
ref Integer opOpAssign(string op)(in auto ref Integer h) nothrow @safe @nogc
|
||||
if ((op == "/") || (op == "%"))
|
||||
@ -555,9 +553,8 @@ struct Integer
|
||||
}
|
||||
static if (op == "/")
|
||||
{
|
||||
auto quotient = (() @trusted =>
|
||||
cast(ubyte[]) allocator.allocate(bitSize / 8 + 1)
|
||||
)();
|
||||
ubyte[] quotient;
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(quotient, bitSize / 8 + 1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
// "bitPosition" keeps track of which bit, of the quotient,
|
||||
@ -587,7 +584,7 @@ struct Integer
|
||||
|
||||
static if (op == "/")
|
||||
{
|
||||
() @trusted { allocator.deallocate(rep); }();
|
||||
allocator.dispose(rep);
|
||||
rep = quotient;
|
||||
sign = sign == h.sign ? false : true;
|
||||
}
|
||||
@ -727,7 +724,7 @@ struct Integer
|
||||
immutable size = rep.retro.countUntil!((const ref a) => a != 0);
|
||||
if (rep[0] == 1)
|
||||
{
|
||||
allocator.resizeArray(rep, rep.length - 1);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, rep.length - 1);
|
||||
rep[0 .. $] = typeof(rep[0]).max;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
@ -739,13 +736,11 @@ struct Integer
|
||||
|
||||
private void increment() nothrow @safe @nogc
|
||||
{
|
||||
auto size = rep
|
||||
.retro
|
||||
.countUntil!((const ref a) => a != typeof(rep[0]).max);
|
||||
auto size = rep.retro.countUntil!((const ref a) => a != typeof(rep[0]).max);
|
||||
if (size == -1)
|
||||
{
|
||||
size = length;
|
||||
allocator.resizeArray(rep, rep.length + 1);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, rep.length + 1);
|
||||
rep[0] = 1;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
@ -856,24 +851,30 @@ struct Integer
|
||||
return length == 0 ? false : true;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
* Casting to integer types.
|
||||
*
|
||||
* Params:
|
||||
* T = Target type.
|
||||
*
|
||||
* Returns: Signed integer.
|
||||
*/
|
||||
T opCast(T : long)() const pure nothrow @safe @nogc
|
||||
/// Ditto.
|
||||
T opCast(T)() const pure nothrow @safe @nogc
|
||||
if (isIntegral!T && isSigned!T)
|
||||
{
|
||||
ulong ret;
|
||||
for (size_t i = length, j; i > 0 && j <= 32; --i, j += 8)
|
||||
for (size_t i = length, j; i > 0 && j <= T.sizeof * 4; --i, j += 8)
|
||||
{
|
||||
ret |= cast(long) (rep[i - 1]) << j;
|
||||
ret |= cast(T) (rep[i - 1]) << j;
|
||||
}
|
||||
return sign ? -ret : ret;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/// Ditto.
|
||||
T opCast(T)() const pure nothrow @safe @nogc
|
||||
if (isIntegral!T && isUnsigned!T)
|
||||
{
|
||||
ulong ret;
|
||||
for (size_t i = length, j; i > 0 && j <= T.sizeof * 8; --i, j += 8)
|
||||
{
|
||||
ret |= cast(T) (rep[i - 1]) << j;
|
||||
}
|
||||
return ret;
|
||||
}
|
||||
|
||||
///
|
||||
unittest
|
||||
{
|
||||
@ -912,7 +913,7 @@ struct Integer
|
||||
|
||||
if (step >= rep.length)
|
||||
{
|
||||
allocator.resizeArray(rep, 0);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, 0);
|
||||
return this;
|
||||
}
|
||||
|
||||
@ -934,7 +935,7 @@ struct Integer
|
||||
rep[j] = (rep[i] >> bit | oldCarry);
|
||||
++j;
|
||||
}
|
||||
allocator.resizeArray(rep, rep.length - n / 8 - (i == j ? 0 : 1));
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, rep.length - n / 8 - (i == j ? 0 : 1));
|
||||
|
||||
return this;
|
||||
}
|
||||
@ -993,12 +994,12 @@ struct Integer
|
||||
|
||||
if (cast(ubyte) (rep[0] >> delta))
|
||||
{
|
||||
allocator.resizeArray(rep, i + n / 8 + 1);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, i + n / 8 + 1);
|
||||
j = i + 1;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
allocator.resizeArray(rep, i + n / 8);
|
||||
allocator.resize!(ubyte, false)(rep, i + n / 8);
|
||||
j = i;
|
||||
}
|
||||
do
|
||||
|
@ -10,7 +10,9 @@
|
||||
*/
|
||||
module tanya.math;
|
||||
|
||||
import std.traits;
|
||||
public import tanya.math.mp;
|
||||
public import tanya.math.random;
|
||||
|
||||
version (unittest)
|
||||
{
|
||||
@ -20,26 +22,32 @@ version (unittest)
|
||||
/**
|
||||
* Computes $(D_PARAM x) to the power $(D_PARAM y) modulo $(D_PARAM z).
|
||||
*
|
||||
* If $(D_PARAM I) is an $(D_PSYMBOL Integer), the allocator of $(D_PARAM x)
|
||||
* is used to allocate the result.
|
||||
*
|
||||
* Params:
|
||||
* I = Base type.
|
||||
* G = Exponent type.
|
||||
* H = Divisor type:
|
||||
* x = Base.
|
||||
* y = Exponent.
|
||||
* z = Divisor.
|
||||
*
|
||||
* Returns: Reminder of the division of $(D_PARAM x) to the power $(D_PARAM y)
|
||||
* by $(D_PARAM z).
|
||||
*
|
||||
* Precondition: $(D_INLINECODE z > 0)
|
||||
*/
|
||||
ulong pow(ulong x, ulong y, ulong z) nothrow pure @safe @nogc
|
||||
H pow(I, G, H)(in auto ref I x, in auto ref G y, in auto ref H z)
|
||||
if (isIntegral!I && isIntegral!G && isIntegral!H)
|
||||
in
|
||||
{
|
||||
assert(z > 0);
|
||||
}
|
||||
out (result)
|
||||
{
|
||||
assert(result >= 0);
|
||||
assert(z > 0, "Division by zero.");
|
||||
}
|
||||
body
|
||||
{
|
||||
ulong mask = ulong.max / 2 + 1, result;
|
||||
G mask = G.max / 2 + 1;
|
||||
H result;
|
||||
|
||||
if (y == 0)
|
||||
{
|
||||
@ -49,40 +57,92 @@ body
|
||||
{
|
||||
return x % z;
|
||||
}
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
auto bit = y & mask;
|
||||
if (!result && bit)
|
||||
{
|
||||
result = x;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
do
|
||||
{
|
||||
immutable bit = y & mask;
|
||||
if (!result && bit)
|
||||
{
|
||||
result = x;
|
||||
continue;
|
||||
}
|
||||
|
||||
result *= result;
|
||||
if (bit)
|
||||
{
|
||||
result *= x;
|
||||
}
|
||||
result %= z;
|
||||
|
||||
}
|
||||
while (mask >>= 1);
|
||||
result *= result;
|
||||
if (bit)
|
||||
{
|
||||
result *= x;
|
||||
}
|
||||
result %= z;
|
||||
}
|
||||
while (mask >>= 1);
|
||||
|
||||
return result;
|
||||
}
|
||||
|
||||
/// Ditto.
|
||||
I pow(I)(in auto ref I x, in auto ref I y, in auto ref I z)
|
||||
if (is(I == Integer))
|
||||
in
|
||||
{
|
||||
assert(z.length > 0, "Division by zero.");
|
||||
}
|
||||
body
|
||||
{
|
||||
size_t i = y.length;
|
||||
auto tmp2 = Integer(x.allocator), tmp1 = Integer(x, x.allocator);
|
||||
Integer result = Integer(x.allocator);
|
||||
|
||||
if (x.length == 0 && i != 0)
|
||||
{
|
||||
i = 0;
|
||||
}
|
||||
else
|
||||
{
|
||||
result = 1;
|
||||
}
|
||||
while (i)
|
||||
{
|
||||
--i;
|
||||
for (ubyte mask = 0x01; mask; mask <<= 1)
|
||||
{
|
||||
if (y.rep[i] & mask)
|
||||
{
|
||||
result *= tmp1;
|
||||
result %= z;
|
||||
}
|
||||
tmp2 = tmp1;
|
||||
tmp1 *= tmp2;
|
||||
tmp1 %= z;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
return result;
|
||||
}
|
||||
|
||||
///
|
||||
pure nothrow @safe @nogc unittest
|
||||
{
|
||||
assert(pow(3, 5, 7) == 5);
|
||||
assert(pow(2, 2, 1) == 0);
|
||||
assert(pow(3, 3, 3) == 0);
|
||||
assert(pow(7, 4, 2) == 1);
|
||||
assert(pow(53, 0, 2) == 1);
|
||||
assert(pow(53, 1, 3) == 2);
|
||||
assert(pow(53, 2, 5) == 4);
|
||||
assert(pow(0, 0, 5) == 1);
|
||||
assert(pow(0, 5, 5) == 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
///
|
||||
unittest
|
||||
{
|
||||
assert(pow(3, 5, 7) == 5);
|
||||
assert(pow(2, 2, 1) == 0);
|
||||
assert(pow(3, 3, 3) == 0);
|
||||
assert(pow(7, 4, 2) == 1);
|
||||
assert(pow(53, 0, 2) == 1);
|
||||
assert(pow(53, 1, 3) == 2);
|
||||
assert(pow(53, 2, 5) == 4);
|
||||
assert(pow(0, 0, 5) == 1);
|
||||
assert(pow(0, 5, 5) == 0);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(3), Integer(5), Integer(7)) == 5);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(2), Integer(2), Integer(1)) == 0);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(3), Integer(3), Integer(3)) == 0);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(7), Integer(4), Integer(2)) == 1);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(53), Integer(0), Integer(2)) == 1);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(53), Integer(1), Integer(3)) == 2);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(53), Integer(2), Integer(5)) == 4);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(0), Integer(0), Integer(5)) == 1);
|
||||
assert(cast(long) pow(Integer(0), Integer(5), Integer(5)) == 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
/**
|
||||
|
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