src/csolver.cc

   1 #include "csolver.h"
   2 #include "set.h"
   3 #include "mutableset.h"
   4 #include "element.h"
   5 #include "boolean.h"
   6 #include "predicate.h"
   7 #include "order.h"
   8 #include "table.h"
   9 #include "function.h"
  10 #include "satencoder.h"
  11 #include "sattranslator.h"
  12 #include "tunable.h"
  13 #include "polarityassignment.h"
  14 #include "transformer.h"
  15 #include "autotuner.h"
  16 #include "astops.h"
  17 #include "structs.h"
  18
  19 CSolver::CSolver() :
  20         boolTrue(new BooleanConst(true)),
  21         boolFalse(new BooleanConst(false)),
  22         unsat(false),
  23         tuner(NULL),
  24         elapsedTime(0)
  25 {
  26         satEncoder = new SATEncoder(this);
  27         transformer = new Transformer(this);
  28 }
  29
  30 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  31
  32 CSolver::~CSolver() {
  33         uint size = allBooleans.getSize();
  34         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  35                 delete allBooleans.get(i);
  36         }
  37
  38         size = allSets.getSize();
  39         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  40                 delete allSets.get(i);
  41         }
  42
  43         size = allElements.getSize();
  44         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  45                 delete allElements.get(i);
  46         }
  47
  48         size = allTables.getSize();
  49         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  50                 delete allTables.get(i);
  51         }
  52
  53         size = allPredicates.getSize();
  54         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  55                 delete allPredicates.get(i);
  56         }
  57
  58         size = allOrders.getSize();
  59         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  60                 delete allOrders.get(i);
  61         }
  62
  63         size = allFunctions.getSize();
  64         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  65                 delete allFunctions.get(i);
  66         }
  67
  68         delete boolTrue;
  69         delete boolFalse;
  70         delete satEncoder;
  71         delete transformer;
  72 }
  73
  74 CSolver *CSolver::clone() {
  75         CSolver *copy = new CSolver();
  76         CloneMap map;
  77         SetIteratorBoolean *it = getConstraints();
  78         while (it->hasNext()) {
  79                 Boolean *b = it->next();
  80                 copy->addConstraint(b->clone(copy, &map));
  81         }
  82         delete it;
  83         return copy;
  84 }
  85
  86 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
  87         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
  88         allSets.push(set);
  89         return set;
  90 }
  91
  92 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
  93         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
  94         allSets.push(set);
  95         return set;
  96 }
  97
  98 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
  99         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
 100         return getElementVar(s);
 101 }
 102
 103 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 104         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 105         allSets.push(set);
 106         return set;
 107 }
 108
 109 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 110         set->addElementMSet(element);
 111 }
 112
 113 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 114         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 115         set->addElementMSet(element);
 116         return element;
 117 }
 118
 119 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 120         Element *element = new ElementSet(set);
 121         allElements.push(element);
 122         return element;
 123 }
 124
 125 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 126         uint64_t array[] = {value};
 127         Set *set = new Set(type, array, 1);
 128         Element *element = new ElementConst(value, type, set);
 129         Element *e = elemMap.get(element);
 130         if (e == NULL) {
 131                 allSets.push(set);
 132                 allElements.push(element);
 133                 elemMap.put(element, element);
 134                 return element;
 135         } else {
 136                 delete set;
 137                 delete element;
 138                 return e;
 139         }
 140 }
 141
 142 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, Boolean *overflowstatus) {
 143         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 144         Element *e = elemMap.get(element);
 145         if (e == NULL) {
 146                 allElements.push(element);
 147                 elemMap.put(element, element);
 148                 return element;
 149         } else {
 150                 delete element;
 151                 return e;
 152         }
 153 }
 154
 155 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 156         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 157         allFunctions.push(function);
 158         return function;
 159 }
 160
 161 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 162         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 163         allPredicates.push(predicate);
 164         return predicate;
 165 }
 166
 167 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 168         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 169         allPredicates.push(predicate);
 170         return predicate;
 171 }
 172
 173 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 174         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 175         allTables.push(table);
 176         return table;
 177 }
 178
 179 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 180         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 181 }
 182
 183 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 184         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 185 }
 186
 187 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 188         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 189         allFunctions.push(function);
 190         return function;
 191 }
 192
 193 Boolean *CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 194         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 195         allBooleans.push(boolean);
 196         return boolean;
 197 }
 198
 199 Boolean *CSolver::getBooleanTrue() {
 200         return boolTrue;
 201 }
 202
 203 Boolean *CSolver::getBooleanFalse() {
 204         return boolFalse;
 205 }
 206
 207 Boolean *CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 208         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 209 }
 210
 211 Boolean *CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, Boolean *undefinedStatus) {
 212         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 213         Boolean * b = boolMap.get(boolean);
 214         if (b == NULL) {
 215                 boolMap.put(boolean, boolean);
 216                 allBooleans.push(boolean);
 217                 return boolean;
 218         } else {
 219                 delete boolean;
 220                 return b;
 221         }
 222 }
 223
 224 bool CSolver::isTrue(Boolean *b) {
 225         return b->isTrue();
 226 }
 227
 228 bool CSolver::isFalse(Boolean *b) {
 229         return b->isFalse();
 230 }
 231
 232 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean * arg1, Boolean * arg2) {
 233         Boolean * array[] = {arg1, arg2};
 234         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 235 }
 236
 237 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean *arg) {
 238         Boolean * array[] = {arg};
 239         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 240 }
 241
 242
 243 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean **array, uint asize) {
 244         Boolean * newarray[asize];
 245         switch(op) {
 246         case SATC_NOT: {
 247                 if (array[0]->type == LOGICOP && ((BooleanLogic *)array[0])->op==SATC_NOT) {
 248                         return ((BooleanLogic *) array[0])->inputs.get(0);
 249                 } else if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 250                         return array[0]->isTrue() ? boolFalse : boolTrue;
 251                 }
 252                 break;
 253         }
 254         case SATC_IFF: {
 255                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 256                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 257                                 if (array[i]->isTrue()) {
 258                                         return array[1-i];
 259                                 } else {
 260                                         newarray[0]=array[1-i];
 261                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 262                                 }
 263                         }
 264                 }
 265                 break;
 266         }
 267         case SATC_XOR: {
 268                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 269                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 270                                 if (array[i]->isTrue()) {
 271                                         newarray[0]=array[1-i];
 272                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 273                                 } else
 274                                         return array[1-i];
 275                         }
 276                 }
 277                 break;
 278         }
 279         case SATC_OR: {
 280                 uint newindex=0;
 281                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 282                         Boolean *b=array[i];
 283                         if (b->type == BOOLCONST) {
 284                                 if (b->isTrue())
 285                                         return boolTrue;
 286                                 else
 287                                         continue;
 288                         } else
 289                                 newarray[newindex++]=b;
 290                 }
 291                 if (newindex==0) {
 292                         return boolFalse;
 293                 } else if (newindex==1)
 294                         return newarray[0];
 295                 else if (newindex == 2) {
 296                         bool isNot0 = (newarray[0]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[0])->op == SATC_NOT;
 297                         bool isNot1 = (newarray[1]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[1])->op == SATC_NOT;
 298
 299                         if (isNot0 != isNot1) {
 300                                 if (isNot0) {
 301                                         newarray[0] = ((BooleanLogic *) newarray[0])->inputs.get(0);
 302                                 } else {
 303                                         Boolean *tmp =  ((BooleanLogic *) array[1])->inputs.get(0);
 304                                         array[1] = array[0];
 305                                         array[0] = tmp;
 306                                 }
 307                                 return applyLogicalOperation(SATC_IMPLIES, newarray, 2);
 308                         }
 309                 } else {
 310                         array = newarray;
 311                         asize = newindex;
 312                 }
 313                 break;
 314         }
 315         case SATC_AND: {
 316                 uint newindex=0;
 317                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 318                         Boolean *b=array[i];
 319                         if (b->type == BOOLCONST) {
 320                                 if (b->isTrue())
 321                                         continue;
 322                                 else
 323                                         return boolFalse;
 324                         } else
 325                                 newarray[newindex++]=b;
 326                 }
 327                 if (newindex==0) {
 328                         return boolTrue;
 329                 } else if(newindex==1) {
 330                         return newarray[0];
 331                 } else {
 332                         array = newarray;
 333                         asize = newindex;
 334                 }
 335                 break;
 336         }
 337         case SATC_IMPLIES: {
 338                 if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 339                         if (array[0]->isTrue()) {
 340                                 return array[1];
 341                         } else {
 342                                 return boolTrue;
 343                         }
 344                 } else if (array[1]->type == BOOLCONST) {
 345                         if (array[1]->isTrue()) {
 346                                 return array[1];
 347                         } else {
 348                                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, array, 1);
 349                         }
 350                 }
 351                 break;
 352         }
 353         }
 354
 355         ASSERT(asize != 0);
 356         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 357         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 358         if (b == NULL) {
 359                 boolMap.put(boolean, boolean);
 360                 allBooleans.push(boolean);
 361                 return boolean;
 362         } else {
 363                 delete boolean;
 364                 return b;
 365         }
 366 }
 367
 368 Boolean *CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 369         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 370         allBooleans.push(constraint);
 371         return constraint;
 372 }
 373
 374 void CSolver::addConstraint(Boolean *constraint) {
 375         if (constraint == boolTrue)
 376                 return;
 377         else if (constraint == boolFalse)
 378                 setUnSAT();
 379         else
 380                 constraints.add(constraint);
 381 }
 382
 383 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 384         Order *order = new Order(type, set);
 385         allOrders.push(order);
 386         return order;
 387 }
 388
 389 int CSolver::solve() {
 390         bool deleteTuner = false;
 391         if (tuner == NULL) {
 392                 tuner = new DefaultTuner();
 393                 deleteTuner = true;
 394         }
 395
 396         long long startTime = getTimeNano();
 397         computePolarities(this);
 398         transformer->orderAnalysis();
 399         naiveEncodingDecision(this);
 400         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 401         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 402         long long finishTime = getTimeNano();
 403         elapsedTime = finishTime - startTime;
 404         if (deleteTuner) {
 405                 delete tuner;
 406                 tuner = NULL;
 407         }
 408         return result;
 409 }
 410
 411 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 412         switch (element->type) {
 413         case ELEMSET:
 414         case ELEMCONST:
 415         case ELEMFUNCRETURN:
 416                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 417         default:
 418                 ASSERT(0);
 419         }
 420         exit(-1);
 421 }
 422
 423 bool CSolver::getBooleanValue(Boolean *boolean) {
 424         switch (boolean->type) {
 425         case BOOLEANVAR:
 426                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 427         default:
 428                 ASSERT(0);
 429         }
 430         exit(-1);
 431 }
 432
 433 HappenedBefore CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 434         return getOrderConstraintValueSATTranslator(this, order, first, second);
 435 }
 436
 437 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 438
 439 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 440
 441 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 442         AutoTuner * autotuner=new AutoTuner(budget);
 443         autotuner->addProblem(this);
 444         autotuner->tune();
 445         delete autotuner;
 446 }