include/llvm/ADT/BitVector.h

   1 //===- llvm/ADT/BitVector.h - Bit vectors -----------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the BitVector class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ADT_BITVECTOR_H
  15 #define LLVM_ADT_BITVECTOR_H
  16
  17 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  18 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  19 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  20 #include <algorithm>
  21 #include <cassert>
  22 #include <climits>
  23 #include <cstdlib>
  24
  25 namespace llvm {
  26
  27 class BitVector {
  28   typedef unsigned long BitWord;
  29
  30   enum { BITWORD_SIZE = (unsigned)sizeof(BitWord) * CHAR_BIT };
  31
  32   BitWord  *Bits;        // Actual bits.
  33   unsigned Size;         // Size of bitvector in bits.
  34   unsigned Capacity;     // Size of allocated memory in BitWord.
  35
  36 public:
  37   // Encapsulation of a single bit.
  38   class reference {
  39     friend class BitVector;
  40
  41     BitWord *WordRef;
  42     unsigned BitPos;
  43
  44     reference();  // Undefined
  45
  46   public:
  47     reference(BitVector &b, unsigned Idx) {
  48       WordRef = &b.Bits[Idx / BITWORD_SIZE];
  49       BitPos = Idx % BITWORD_SIZE;
  50     }
  51
  52     ~reference() {}
  53
  54     reference &operator=(reference t) {
  55       *this = bool(t);
  56       return *this;
  57     }
  58
  59     reference& operator=(bool t) {
  60       if (t)
  61         *WordRef |= 1L << BitPos;
  62       else
  63         *WordRef &= ~(1L << BitPos);
  64       return *this;
  65     }
  66
  67     operator bool() const {
  68       return ((*WordRef) & (1L << BitPos)) ? true : false;
  69     }
  70   };
  71
  72
  73   /// BitVector default ctor - Creates an empty bitvector.
  74   BitVector() : Size(0), Capacity(0) {
  75     Bits = 0;
  76   }
  77
  78   /// BitVector ctor - Creates a bitvector of specified number of bits. All
  79   /// bits are initialized to the specified value.
  80   explicit BitVector(unsigned s, bool t = false) : Size(s) {
  81     Capacity = NumBitWords(s);
  82     Bits = (BitWord *)std::malloc(Capacity * sizeof(BitWord));
  83     init_words(Bits, Capacity, t);
  84     if (t)
  85       clear_unused_bits();
  86   }
  87
  88   /// BitVector copy ctor.
  89   BitVector(const BitVector &RHS) : Size(RHS.size()) {
  90     if (Size == 0) {
  91       Bits = 0;
  92       Capacity = 0;
  93       return;
  94     }
  95
  96     Capacity = NumBitWords(RHS.size());
  97     Bits = (BitWord *)std::malloc(Capacity * sizeof(BitWord));
  98     std::memcpy(Bits, RHS.Bits, Capacity * sizeof(BitWord));
  99   }
 100
 101 #if LLVM_HAS_RVALUE_REFERENCES
 102   BitVector(BitVector &&RHS)
 103     : Bits(RHS.Bits), Size(RHS.Size), Capacity(RHS.Capacity) {
 104     RHS.Bits = 0;
 105   }
 106 #endif
 107
 108   ~BitVector() {
 109     std::free(Bits);
 110   }
 111
 112   /// empty - Tests whether there are no bits in this bitvector.
 113   bool empty() const { return Size == 0; }
 114
 115   /// size - Returns the number of bits in this bitvector.
 116   unsigned size() const { return Size; }
 117
 118   /// count - Returns the number of bits which are set.
 119   unsigned count() const {
 120     unsigned NumBits = 0;
 121     for (unsigned i = 0; i < NumBitWords(size()); ++i)
 122       if (sizeof(BitWord) == 4)
 123         NumBits += CountPopulation_32((uint32_t)Bits[i]);
 124       else if (sizeof(BitWord) == 8)
 125         NumBits += CountPopulation_64(Bits[i]);
 126       else
 127         llvm_unreachable("Unsupported!");
 128     return NumBits;
 129   }
 130
 131   /// any - Returns true if any bit is set.
 132   bool any() const {
 133     for (unsigned i = 0; i < NumBitWords(size()); ++i)
 134       if (Bits[i] != 0)
 135         return true;
 136     return false;
 137   }
 138
 139   /// all - Returns true if all bits are set.
 140   bool all() const {
 141     // TODO: Optimize this.
 142     return count() == size();
 143   }
 144
 145   /// none - Returns true if none of the bits are set.
 146   bool none() const {
 147     return !any();
 148   }
 149
 150   /// find_first - Returns the index of the first set bit, -1 if none
 151   /// of the bits are set.
 152   int find_first() const {
 153     for (unsigned i = 0; i < NumBitWords(size()); ++i)
 154       if (Bits[i] != 0) {
 155         if (sizeof(BitWord) == 4)
 156           return i * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros((uint32_t)Bits[i]);
 157         if (sizeof(BitWord) == 8)
 158           return i * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros(Bits[i]);
 159         llvm_unreachable("Unsupported!");
 160       }
 161     return -1;
 162   }
 163
 164   /// find_next - Returns the index of the next set bit following the
 165   /// "Prev" bit. Returns -1 if the next set bit is not found.
 166   int find_next(unsigned Prev) const {
 167     ++Prev;
 168     if (Prev >= Size)
 169       return -1;
 170
 171     unsigned WordPos = Prev / BITWORD_SIZE;
 172     unsigned BitPos = Prev % BITWORD_SIZE;
 173     BitWord Copy = Bits[WordPos];
 174     // Mask off previous bits.
 175     Copy &= ~0UL << BitPos;
 176
 177     if (Copy != 0) {
 178       if (sizeof(BitWord) == 4)
 179         return WordPos * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros((uint32_t)Copy);
 180       if (sizeof(BitWord) == 8)
 181         return WordPos * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros(Copy);
 182       llvm_unreachable("Unsupported!");
 183     }
 184
 185     // Check subsequent words.
 186     for (unsigned i = WordPos+1; i < NumBitWords(size()); ++i)
 187       if (Bits[i] != 0) {
 188         if (sizeof(BitWord) == 4)
 189           return i * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros((uint32_t)Bits[i]);
 190         if (sizeof(BitWord) == 8)
 191           return i * BITWORD_SIZE + countTrailingZeros(Bits[i]);
 192         llvm_unreachable("Unsupported!");
 193       }
 194     return -1;
 195   }
 196
 197   /// clear - Clear all bits.
 198   void clear() {
 199     Size = 0;
 200   }
 201
 202   /// resize - Grow or shrink the bitvector.
 203   void resize(unsigned N, bool t = false) {
 204     if (N > Capacity * BITWORD_SIZE) {
 205       unsigned OldCapacity = Capacity;
 206       grow(N);
 207       init_words(&Bits[OldCapacity], (Capacity-OldCapacity), t);
 208     }
 209
 210     // Set any old unused bits that are now included in the BitVector. This
 211     // may set bits that are not included in the new vector, but we will clear
 212     // them back out below.
 213     if (N > Size)
 214       set_unused_bits(t);
 215
 216     // Update the size, and clear out any bits that are now unused
 217     unsigned OldSize = Size;
 218     Size = N;
 219     if (t || N < OldSize)
 220       clear_unused_bits();
 221   }
 222
 223   void reserve(unsigned N) {
 224     if (N > Capacity * BITWORD_SIZE)
 225       grow(N);
 226   }
 227
 228   // Set, reset, flip
 229   BitVector &set() {
 230     init_words(Bits, Capacity, true);
 231     clear_unused_bits();
 232     return *this;
 233   }
 234
 235   BitVector &set(unsigned Idx) {
 236     Bits[Idx / BITWORD_SIZE] |= 1L << (Idx % BITWORD_SIZE);
 237     return *this;
 238   }
 239
 240   /// set - Efficiently set a range of bits in [I, E)
 241   BitVector &set(unsigned I, unsigned E) {
 242     assert(I <= E && "Attempted to set backwards range!");
 243     assert(E <= size() && "Attempted to set out-of-bounds range!");
 244
 245     if (I == E) return *this;
 246
 247     if (I / BITWORD_SIZE == E / BITWORD_SIZE) {
 248       BitWord EMask = 1UL << (E % BITWORD_SIZE);
 249       BitWord IMask = 1UL << (I % BITWORD_SIZE);
 250       BitWord Mask = EMask - IMask;
 251       Bits[I / BITWORD_SIZE] |= Mask;
 252       return *this;
 253     }
 254
 255     BitWord PrefixMask = ~0UL << (I % BITWORD_SIZE);
 256     Bits[I / BITWORD_SIZE] |= PrefixMask;
 257     I = RoundUpToAlignment(I, BITWORD_SIZE);
 258
 259     for (; I + BITWORD_SIZE <= E; I += BITWORD_SIZE)
 260       Bits[I / BITWORD_SIZE] = ~0UL;
 261
 262     BitWord PostfixMask = (1UL << (E % BITWORD_SIZE)) - 1;
 263     Bits[I / BITWORD_SIZE] |= PostfixMask;
 264
 265     return *this;
 266   }
 267
 268   BitVector &reset() {
 269     init_words(Bits, Capacity, false);
 270     return *this;
 271   }
 272
 273   BitVector &reset(unsigned Idx) {
 274     Bits[Idx / BITWORD_SIZE] &= ~(1L << (Idx % BITWORD_SIZE));
 275     return *this;
 276   }
 277
 278   /// reset - Efficiently reset a range of bits in [I, E)
 279   BitVector &reset(unsigned I, unsigned E) {
 280     assert(I <= E && "Attempted to reset backwards range!");
 281     assert(E <= size() && "Attempted to reset out-of-bounds range!");
 282
 283     if (I == E) return *this;
 284
 285     if (I / BITWORD_SIZE == E / BITWORD_SIZE) {
 286       BitWord EMask = 1UL << (E % BITWORD_SIZE);
 287       BitWord IMask = 1UL << (I % BITWORD_SIZE);
 288       BitWord Mask = EMask - IMask;
 289       Bits[I / BITWORD_SIZE] &= ~Mask;
 290       return *this;
 291     }
 292
 293     BitWord PrefixMask = ~0UL << (I % BITWORD_SIZE);
 294     Bits[I / BITWORD_SIZE] &= ~PrefixMask;
 295     I = RoundUpToAlignment(I, BITWORD_SIZE);
 296
 297     for (; I + BITWORD_SIZE <= E; I += BITWORD_SIZE)
 298       Bits[I / BITWORD_SIZE] = 0UL;
 299
 300     BitWord PostfixMask = (1UL << (E % BITWORD_SIZE)) - 1;
 301     Bits[I / BITWORD_SIZE] &= ~PostfixMask;
 302
 303     return *this;
 304   }
 305
 306   BitVector &flip() {
 307     for (unsigned i = 0; i < NumBitWords(size()); ++i)
 308       Bits[i] = ~Bits[i];
 309     clear_unused_bits();
 310     return *this;
 311   }
 312
 313   BitVector &flip(unsigned Idx) {
 314     Bits[Idx / BITWORD_SIZE] ^= 1L << (Idx % BITWORD_SIZE);
 315     return *this;
 316   }
 317
 318   // Indexing.
 319   reference operator[](unsigned Idx) {
 320     assert (Idx < Size && "Out-of-bounds Bit access.");
 321     return reference(*this, Idx);
 322   }
 323
 324   bool operator[](unsigned Idx) const {
 325     assert (Idx < Size && "Out-of-bounds Bit access.");
 326     BitWord Mask = 1L << (Idx % BITWORD_SIZE);
 327     return (Bits[Idx / BITWORD_SIZE] & Mask) != 0;
 328   }
 329
 330   bool test(unsigned Idx) const {
 331     return (*this)[Idx];
 332   }
 333
 334   /// Test if any common bits are set.
 335   bool anyCommon(const BitVector &RHS) const {
 336     unsigned ThisWords = NumBitWords(size());
 337     unsigned RHSWords  = NumBitWords(RHS.size());
 338     for (unsigned i = 0, e = std::min(ThisWords, RHSWords); i != e; ++i)
 339       if (Bits[i] & RHS.Bits[i])
 340         return true;
 341     return false;
 342   }
 343
 344   // Comparison operators.
 345   bool operator==(const BitVector &RHS) const {
 346     unsigned ThisWords = NumBitWords(size());
 347     unsigned RHSWords  = NumBitWords(RHS.size());
 348     unsigned i;
 349     for (i = 0; i != std::min(ThisWords, RHSWords); ++i)
 350       if (Bits[i] != RHS.Bits[i])
 351         return false;
 352
 353     // Verify that any extra words are all zeros.
 354     if (i != ThisWords) {
 355       for (; i != ThisWords; ++i)
 356         if (Bits[i])
 357           return false;
 358     } else if (i != RHSWords) {
 359       for (; i != RHSWords; ++i)
 360         if (RHS.Bits[i])
 361           return false;
 362     }
 363     return true;
 364   }
 365
 366   bool operator!=(const BitVector &RHS) const {
 367     return !(*this == RHS);
 368   }
 369
 370   /// Intersection, union, disjoint union.
 371   BitVector &operator&=(const BitVector &RHS) {
 372     unsigned ThisWords = NumBitWords(size());
 373     unsigned RHSWords  = NumBitWords(RHS.size());
 374     unsigned i;
 375     for (i = 0; i != std::min(ThisWords, RHSWords); ++i)
 376       Bits[i] &= RHS.Bits[i];
 377
 378     // Any bits that are just in this bitvector become zero, because they aren't
 379     // in the RHS bit vector.  Any words only in RHS are ignored because they
 380     // are already zero in the LHS.
 381     for (; i != ThisWords; ++i)
 382       Bits[i] = 0;
 383
 384     return *this;
 385   }
 386
 387   /// reset - Reset bits that are set in RHS. Same as *this &= ~RHS.
 388   BitVector &reset(const BitVector &RHS) {
 389     unsigned ThisWords = NumBitWords(size());
 390     unsigned RHSWords  = NumBitWords(RHS.size());
 391     unsigned i;
 392     for (i = 0; i != std::min(ThisWords, RHSWords); ++i)
 393       Bits[i] &= ~RHS.Bits[i];
 394     return *this;
 395   }
 396
 397   /// test - Check if (This - RHS) is zero.
 398   /// This is the same as reset(RHS) and any().
 399   bool test(const BitVector &RHS) const {
 400     unsigned ThisWords = NumBitWords(size());
 401     unsigned RHSWords  = NumBitWords(RHS.size());
 402     unsigned i;
 403     for (i = 0; i != std::min(ThisWords, RHSWords); ++i)
 404       if ((Bits[i] & ~RHS.Bits[i]) != 0)
 405         return true;
 406
 407     for (; i != ThisWords ; ++i)
 408       if (Bits[i] != 0)
 409         return true;
 410
 411     return false;
 412   }
 413
 414   BitVector &operator|=(const BitVector &RHS) {
 415     if (size() < RHS.size())
 416       resize(RHS.size());
 417     for (size_t i = 0, e = NumBitWords(RHS.size()); i != e; ++i)
 418       Bits[i] |= RHS.Bits[i];
 419     return *this;
 420   }
 421
 422   BitVector &operator^=(const BitVector &RHS) {
 423     if (size() < RHS.size())
 424       resize(RHS.size());
 425     for (size_t i = 0, e = NumBitWords(RHS.size()); i != e; ++i)
 426       Bits[i] ^= RHS.Bits[i];
 427     return *this;
 428   }
 429
 430   // Assignment operator.
 431   const BitVector &operator=(const BitVector &RHS) {
 432     if (this == &RHS) return *this;
 433
 434     Size = RHS.size();
 435     unsigned RHSWords = NumBitWords(Size);
 436     if (Size <= Capacity * BITWORD_SIZE) {
 437       if (Size)
 438         std::memcpy(Bits, RHS.Bits, RHSWords * sizeof(BitWord));
 439       clear_unused_bits();
 440       return *this;
 441     }
 442
 443     // Grow the bitvector to have enough elements.
 444     Capacity = RHSWords;
 445     BitWord *NewBits = (BitWord *)std::malloc(Capacity * sizeof(BitWord));
 446     std::memcpy(NewBits, RHS.Bits, Capacity * sizeof(BitWord));
 447
 448     // Destroy the old bits.
 449     std::free(Bits);
 450     Bits = NewBits;
 451
 452     return *this;
 453   }
 454
 455 #if LLVM_HAS_RVALUE_REFERENCES
 456   const BitVector &operator=(BitVector &&RHS) {
 457     if (this == &RHS) return *this;
 458
 459     std::free(Bits);
 460     Bits = RHS.Bits;
 461     Size = RHS.Size;
 462     Capacity = RHS.Capacity;
 463
 464     RHS.Bits = 0;
 465
 466     return *this;
 467   }
 468 #endif
 469
 470   void swap(BitVector &RHS) {
 471     std::swap(Bits, RHS.Bits);
 472     std::swap(Size, RHS.Size);
 473     std::swap(Capacity, RHS.Capacity);
 474   }
 475
 476   //===--------------------------------------------------------------------===//
 477   // Portable bit mask operations.
 478   //===--------------------------------------------------------------------===//
 479   //
 480   // These methods all operate on arrays of uint32_t, each holding 32 bits. The
 481   // fixed word size makes it easier to work with literal bit vector constants
 482   // in portable code.
 483   //
 484   // The LSB in each word is the lowest numbered bit.  The size of a portable
 485   // bit mask is always a whole multiple of 32 bits.  If no bit mask size is
 486   // given, the bit mask is assumed to cover the entire BitVector.
 487
 488   /// setBitsInMask - Add '1' bits from Mask to this vector. Don't resize.
 489   /// This computes "*this |= Mask".
 490   void setBitsInMask(const uint32_t *Mask, unsigned MaskWords = ~0u) {
 491     applyMask<true, false>(Mask, MaskWords);
 492   }
 493
 494   /// clearBitsInMask - Clear any bits in this vector that are set in Mask.
 495   /// Don't resize. This computes "*this &= ~Mask".
 496   void clearBitsInMask(const uint32_t *Mask, unsigned MaskWords = ~0u) {
 497     applyMask<false, false>(Mask, MaskWords);
 498   }
 499
 500   /// setBitsNotInMask - Add a bit to this vector for every '0' bit in Mask.
 501   /// Don't resize.  This computes "*this |= ~Mask".
 502   void setBitsNotInMask(const uint32_t *Mask, unsigned MaskWords = ~0u) {
 503     applyMask<true, true>(Mask, MaskWords);
 504   }
 505
 506   /// clearBitsNotInMask - Clear a bit in this vector for every '0' bit in Mask.
 507   /// Don't resize.  This computes "*this &= Mask".
 508   void clearBitsNotInMask(const uint32_t *Mask, unsigned MaskWords = ~0u) {
 509     applyMask<false, true>(Mask, MaskWords);
 510   }
 511
 512 private:
 513   unsigned NumBitWords(unsigned S) const {
 514     return (S + BITWORD_SIZE-1) / BITWORD_SIZE;
 515   }
 516
 517   // Set the unused bits in the high words.
 518   void set_unused_bits(bool t = true) {
 519     //  Set high words first.
 520     unsigned UsedWords = NumBitWords(Size);
 521     if (Capacity > UsedWords)
 522       init_words(&Bits[UsedWords], (Capacity-UsedWords), t);
 523
 524     //  Then set any stray high bits of the last used word.
 525     unsigned ExtraBits = Size % BITWORD_SIZE;
 526     if (ExtraBits) {
 527       BitWord ExtraBitMask = ~0UL << ExtraBits;
 528       if (t)
 529         Bits[UsedWords-1] |= ExtraBitMask;
 530       else
 531         Bits[UsedWords-1] &= ~ExtraBitMask;
 532     }
 533   }
 534
 535   // Clear the unused bits in the high words.
 536   void clear_unused_bits() {
 537     set_unused_bits(false);
 538   }
 539
 540   void grow(unsigned NewSize) {
 541     Capacity = std::max(NumBitWords(NewSize), Capacity * 2);
 542     Bits = (BitWord *)std::realloc(Bits, Capacity * sizeof(BitWord));
 543
 544     clear_unused_bits();
 545   }
 546
 547   void init_words(BitWord *B, unsigned NumWords, bool t) {
 548     memset(B, 0 - (int)t, NumWords*sizeof(BitWord));
 549   }
 550
 551   template<bool AddBits, bool InvertMask>
 552   void applyMask(const uint32_t *Mask, unsigned MaskWords) {
 553     assert(BITWORD_SIZE % 32 == 0 && "Unsupported BitWord size.");
 554     MaskWords = std::min(MaskWords, (size() + 31) / 32);
 555     const unsigned Scale = BITWORD_SIZE / 32;
 556     unsigned i;
 557     for (i = 0; MaskWords >= Scale; ++i, MaskWords -= Scale) {
 558       BitWord BW = Bits[i];
 559       // This inner loop should unroll completely when BITWORD_SIZE > 32.
 560       for (unsigned b = 0; b != BITWORD_SIZE; b += 32) {
 561         uint32_t M = *Mask++;
 562         if (InvertMask) M = ~M;
 563         if (AddBits) BW |=   BitWord(M) << b;
 564         else         BW &= ~(BitWord(M) << b);
 565       }
 566       Bits[i] = BW;
 567     }
 568     for (unsigned b = 0; MaskWords; b += 32, --MaskWords) {
 569       uint32_t M = *Mask++;
 570       if (InvertMask) M = ~M;
 571       if (AddBits) Bits[i] |=   BitWord(M) << b;
 572       else         Bits[i] &= ~(BitWord(M) << b);
 573     }
 574     if (AddBits)
 575       clear_unused_bits();
 576   }
 577 };
 578
 579 } // End llvm namespace
 580
 581 namespace std {
 582   /// Implement std::swap in terms of BitVector swap.
 583   inline void
 584   swap(llvm::BitVector &LHS, llvm::BitVector &RHS) {
 585     LHS.swap(RHS);
 586   }
 587 }
 588
 589 #endif