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 "decomposeordertransform.h"
  15 #include "autotuner.h"
  16 #include "astops.h"
  17 #include "structs.h"
  18 #include "orderresolver.h"
  19 #include "integerencoding.h"
  20 #include "qsort.h"
  21 #include "preprocess.h"
  22 #include "serializer.h"
  23 #include "deserializer.h"
  24 #include "encodinggraph.h"
  25
  26 CSolver::CSolver() :
  27         boolTrue(BooleanEdge(new BooleanConst(true))),
  28         boolFalse(boolTrue.negate()),
  29         unsat(false),
  30         tuner(NULL),
  31         elapsedTime(0)
  32 {
  33         satEncoder = new SATEncoder(this);
  34 }
  35
  36 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  37
  38 CSolver::~CSolver() {
  39         uint size = allBooleans.getSize();
  40         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  41                 delete allBooleans.get(i);
  42         }
  43
  44         size = allSets.getSize();
  45         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  46                 delete allSets.get(i);
  47         }
  48
  49         size = allElements.getSize();
  50         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  51                 delete allElements.get(i);
  52         }
  53
  54         size = allTables.getSize();
  55         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  56                 delete allTables.get(i);
  57         }
  58
  59         size = allPredicates.getSize();
  60         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  61                 delete allPredicates.get(i);
  62         }
  63
  64         size = allOrders.getSize();
  65         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  66                 delete allOrders.get(i);
  67         }
  68
  69         size = allFunctions.getSize();
  70         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  71                 delete allFunctions.get(i);
  72         }
  73
  74         delete boolTrue.getBoolean();
  75         delete satEncoder;
  76 }
  77
  78 CSolver *CSolver::clone() {
  79         CSolver *copy = new CSolver();
  80         CloneMap map;
  81         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  82         while (it->hasNext()) {
  83                 BooleanEdge b = it->next();
  84                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  85         }
  86         delete it;
  87         return copy;
  88 }
  89
  90 void CSolver::serialize() {
  91         model_print("serializing ...\n");
  92         {
  93                 Serializer serializer("dump");
  94                 SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  95                 while (it->hasNext()) {
  96                         BooleanEdge b = it->next();
  97                         serializeBooleanEdge(&serializer, b);
  98                 }
  99                 delete it;
 100         }
 101         model_print("deserializing ...\n");
 102         {
 103                 Deserializer deserializer("dump");
 104                 deserializer.deserialize();
 105         }
 106
 107 }
 108
 109 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
 110         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
 111         allSets.push(set);
 112         return set;
 113 }
 114
 115 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 116         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
 117         allSets.push(set);
 118         return set;
 119 }
 120
 121 VarType CSolver::getSetVarType(Set *set) {
 122         return set->getType();
 123 }
 124
 125 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 126         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
 127         return getElementVar(s);
 128 }
 129
 130 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 131         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 132         allSets.push(set);
 133         return set;
 134 }
 135
 136 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 137         set->addElementMSet(element);
 138 }
 139
 140 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 141         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 142         set->addElementMSet(element);
 143         return element;
 144 }
 145
 146 void CSolver::finalizeMutableSet(MutableSet *set) {
 147         set->finalize();
 148 }
 149
 150 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 151         Element *element = new ElementSet(set);
 152         allElements.push(element);
 153         return element;
 154 }
 155
 156 Set *CSolver::getElementRange (Element *element) {
 157         return element->getRange();
 158 }
 159
 160
 161 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 162         uint64_t array[] = {value};
 163         Set *set = new Set(type, array, 1);
 164         Element *element = new ElementConst(value, set);
 165         Element *e = elemMap.get(element);
 166         if (e == NULL) {
 167                 allSets.push(set);
 168                 allElements.push(element);
 169                 elemMap.put(element, element);
 170                 return element;
 171         } else {
 172                 delete set;
 173                 delete element;
 174                 return e;
 175         }
 176 }
 177
 178 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, BooleanEdge overflowstatus) {
 179         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 180         Element *e = elemMap.get(element);
 181         if (e == NULL) {
 182                 element->updateParents();
 183                 allElements.push(element);
 184                 elemMap.put(element, element);
 185                 return element;
 186         } else {
 187                 delete element;
 188                 return e;
 189         }
 190 }
 191
 192 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 193         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 194         allFunctions.push(function);
 195         return function;
 196 }
 197
 198 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 199         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 200         allPredicates.push(predicate);
 201         return predicate;
 202 }
 203
 204 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 205         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 206         allPredicates.push(predicate);
 207         return predicate;
 208 }
 209
 210 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 211         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 212         allTables.push(table);
 213         return table;
 214 }
 215
 216 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 217         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 218 }
 219
 220 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 221         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 222 }
 223
 224 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 225         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 226         allFunctions.push(function);
 227         return function;
 228 }
 229
 230 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 231         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 232         allBooleans.push(boolean);
 233         return BooleanEdge(boolean);
 234 }
 235
 236 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 237         return boolTrue;
 238 }
 239
 240 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 241         return boolFalse;
 242 }
 243
 244 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 245         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, BooleanEdge(NULL));
 246 }
 247
 248 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge undefinedStatus) {
 249         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 250         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 251         if (b == NULL) {
 252                 boolean->updateParents();
 253                 boolMap.put(boolean, boolean);
 254                 allBooleans.push(boolean);
 255                 return BooleanEdge(boolean);
 256         } else {
 257                 delete boolean;
 258                 return BooleanEdge(b);
 259         }
 260 }
 261
 262 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 263         return b.isNegated() ? b->isFalse() : b->isTrue();
 264 }
 265
 266 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 267         return b.isNegated() ? b->isTrue() : b->isFalse();
 268 }
 269
 270 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 271         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 272         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 273 }
 274
 275 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 276         BooleanEdge array[] = {arg};
 277         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 278 }
 279
 280 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 281         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 282         uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 283         if (b1 < b2)
 284                 return -1;
 285         else if (b1 == b2)
 286                 return 0;
 287         else
 288                 return 1;
 289 }
 290
 291 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 292         BooleanEdge newarray[asize];
 293         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 294         for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 295                 BooleanEdge b = newarray[i];
 296                 if (b->type == LOGICOP) {
 297                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 298                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 299                                 i--;//Check again
 300                         }
 301                 }
 302         }
 303         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 304 }
 305
 306 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 307         BooleanEdge newarray[asize];
 308         switch (op) {
 309         case SATC_NOT: {
 310                 return array[0].negate();
 311         }
 312         case SATC_IFF: {
 313                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 314                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 315                                 if (isTrue(array[i])) { // It can be undefined
 316                                         return array[1 - i];
 317                                 } else if (isFalse(array[i])) {
 318                                         newarray[0] = array[1 - i];
 319                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 320                                 }
 321                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 322                                 BooleanLogic *b = (BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 323                                 if (b->replaced) {
 324                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 325                                 }
 326                         }
 327                 }
 328                 break;
 329         }
 330         case SATC_OR: {
 331                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 332                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 333                 }
 334                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 335         }
 336         case SATC_AND: {
 337                 uint newindex = 0;
 338                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 339                         BooleanEdge b = array[i];
 340                         if (b->type == LOGICOP) {
 341                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 342                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 343                         }
 344                         if (b->type == BOOLCONST) {
 345                                 if (isTrue(b))
 346                                         continue;
 347                                 else {
 348                                         return boolFalse;
 349                                 }
 350                         } else
 351                                 newarray[newindex++] = b;
 352                 }
 353                 if (newindex == 0) {
 354                         return boolTrue;
 355                 } else if (newindex == 1) {
 356                         return newarray[0];
 357                 } else {
 358                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 359                         array = newarray;
 360                         asize = newindex;
 361                 }
 362                 break;
 363         }
 364         case SATC_XOR: {
 365                 //handle by translation
 366                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 367         }
 368         case SATC_IMPLIES: {
 369                 //handle by translation
 370                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 371         }
 372         }
 373
 374         ASSERT(asize != 0);
 375         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 376         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 377         if (b == NULL) {
 378                 boolean->updateParents();
 379                 boolMap.put(boolean, boolean);
 380                 allBooleans.push(boolean);
 381                 return BooleanEdge(boolean);
 382         } else {
 383                 delete boolean;
 384                 return BooleanEdge(b);
 385         }
 386 }
 387
 388 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 389         ASSERT(first != second);
 390         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 391         allBooleans.push(constraint);
 392         return BooleanEdge(constraint);
 393 }
 394
 395 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 396         if (isTrue(constraint))
 397                 return;
 398         else if (isFalse(constraint)) {
 399                 int t = 0;
 400                 setUnSAT();
 401         }
 402         else {
 403                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 404                         BooleanLogic *b = (BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 405                         if (!constraint.isNegated()) {
 406                                 if (b->op == SATC_AND) {
 407                                         for (uint i = 0; i < b->inputs.getSize(); i++) {
 408                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 409                                         }
 410                                         return;
 411                                 }
 412                         }
 413                         if (b->replaced) {
 414                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 415                                 return;
 416                         }
 417                 }
 418                 constraints.add(constraint);
 419                 Boolean *ptr = constraint.getBoolean();
 420
 421                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT) {
 422                         setUnSAT();
 423                 }
 424
 425                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 426                 constraint->parents.clear();
 427         }
 428 }
 429
 430 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 431         Order *order = new Order(type, set);
 432         allOrders.push(order);
 433         activeOrders.add(order);
 434         return order;
 435 }
 436
 437 int CSolver::solve() {
 438         bool deleteTuner = false;
 439         if (tuner == NULL) {
 440                 tuner = new DefaultTuner();
 441                 deleteTuner = true;
 442         }
 443
 444         long long startTime = getTimeNano();
 445         computePolarities(this);
 446
 447         Preprocess pp(this);
 448         pp.doTransform();
 449
 450         DecomposeOrderTransform dot(this);
 451         dot.doTransform();
 452
 453         IntegerEncodingTransform iet(this);
 454         iet.doTransform();
 455
 456         EncodingGraph eg(this);
 457         eg.buildGraph();
 458         eg.encode();
 459         printConstraints();
 460         naiveEncodingDecision(this);
 461         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 462         model_print("Is problem UNSAT after encoding: %d\n", unsat);
 463         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 464         model_print("Result Computed in CSolver: %d\n", result);
 465         long long finishTime = getTimeNano();
 466         elapsedTime = finishTime - startTime;
 467         if (deleteTuner) {
 468                 delete tuner;
 469                 tuner = NULL;
 470         }
 471         return result;
 472 }
 473
 474 void CSolver::printConstraints() {
 475         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 476         while (it->hasNext()) {
 477                 BooleanEdge b = it->next();
 478                 if (b.isNegated())
 479                         model_print("!");
 480                 b->print();
 481                 model_print("\n");
 482         }
 483         delete it;
 484
 485 }
 486
 487 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 488         switch (element->type) {
 489         case ELEMSET:
 490         case ELEMCONST:
 491         case ELEMFUNCRETURN:
 492                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 493         default:
 494                 ASSERT(0);
 495         }
 496         exit(-1);
 497 }
 498
 499 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 500         Boolean *boolean = bedge.getBoolean();
 501         switch (boolean->type) {
 502         case BOOLEANVAR:
 503                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 504         default:
 505                 ASSERT(0);
 506         }
 507         exit(-1);
 508 }
 509
 510 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 511         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 512 }
 513
 514 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 515
 516 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 517
 518 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 519         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 520         autotuner->addProblem(this);
 521         autotuner->tune();
 522         delete autotuner;
 523 }