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
  22 CSolver::CSolver() :
  23         boolTrue(BooleanEdge(new BooleanConst(true))),
  24         boolFalse(boolTrue.negate()),
  25         unsat(false),
  26         tuner(NULL),
  27         elapsedTime(0)
  28 {
  29         satEncoder = new SATEncoder(this);
  30 }
  31
  32 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  33
  34 CSolver::~CSolver() {
  35         uint size = allBooleans.getSize();
  36         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  37                 delete allBooleans.get(i);
  38         }
  39
  40         size = allSets.getSize();
  41         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  42                 delete allSets.get(i);
  43         }
  44
  45         size = allElements.getSize();
  46         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  47                 delete allElements.get(i);
  48         }
  49
  50         size = allTables.getSize();
  51         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  52                 delete allTables.get(i);
  53         }
  54
  55         size = allPredicates.getSize();
  56         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  57                 delete allPredicates.get(i);
  58         }
  59
  60         size = allOrders.getSize();
  61         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  62                 delete allOrders.get(i);
  63         }
  64
  65         size = allFunctions.getSize();
  66         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  67                 delete allFunctions.get(i);
  68         }
  69
  70         delete boolTrue.getBoolean();
  71         delete satEncoder;
  72 }
  73
  74 CSolver *CSolver::clone() {
  75         CSolver *copy = new CSolver();
  76         CloneMap map;
  77         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  78         while (it->hasNext()) {
  79                 BooleanEdge b = it->next();
  80                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  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, BooleanEdge overflowstatus) {
 143         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 144         Element *e = elemMap.get(element);
 145         if (e == NULL) {
 146                 element->updateParents();
 147                 allElements.push(element);
 148                 elemMap.put(element, element);
 149                 return element;
 150         } else {
 151                 delete element;
 152                 return e;
 153         }
 154 }
 155
 156 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 157         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 158         allFunctions.push(function);
 159         return function;
 160 }
 161
 162 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 163         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 164         allPredicates.push(predicate);
 165         return predicate;
 166 }
 167
 168 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 169         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 170         allPredicates.push(predicate);
 171         return predicate;
 172 }
 173
 174 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 175         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 176         allTables.push(table);
 177         return table;
 178 }
 179
 180 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 181         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 182 }
 183
 184 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 185         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 186 }
 187
 188 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 189         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 190         allFunctions.push(function);
 191         return function;
 192 }
 193
 194 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 195         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 196         allBooleans.push(boolean);
 197         return BooleanEdge(boolean);
 198 }
 199
 200 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 201         return boolTrue;
 202 }
 203
 204 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 205         return boolFalse;
 206 }
 207
 208 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 209         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 210 }
 211
 212 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge undefinedStatus) {
 213         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 214         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 215         if (b == NULL) {
 216                 boolean->updateParents();
 217                 boolMap.put(boolean, boolean);
 218                 allBooleans.push(boolean);
 219                 return BooleanEdge(boolean);
 220         } else {
 221                 delete boolean;
 222                 return BooleanEdge(b);
 223         }
 224 }
 225
 226 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 227         return b.isNegated()?b->isFalse():b->isTrue();
 228 }
 229
 230 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 231         return b.isNegated()?b->isTrue():b->isFalse();
 232 }
 233
 234 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 235         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 236         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 237 }
 238
 239 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 240         BooleanEdge array[] = {arg};
 241         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 242 }
 243
 244 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 245         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 246   uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 247         if (b1 < b2)
 248                 return -1;
 249         else if (b1 == b2)
 250                 return 0;
 251         else
 252                 return 1;
 253 }
 254
 255 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge * array, uint asize) {
 256         BooleanEdge newarray[asize];
 257         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 258         for(uint i=0; i < asize; i++) {
 259                 BooleanEdge b=newarray[i];
 260                 if (b->type == LOGICOP) {
 261                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 262                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 263                                 i--;//Check again
 264                         }
 265                 }
 266         }
 267         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 268 }
 269
 270 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 271         BooleanEdge newarray[asize];
 272         switch (op) {
 273         case SATC_NOT: {
 274                 return array[0].negate();
 275         }
 276         case SATC_IFF: {
 277                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 278                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 279                                 if (array[i]->isTrue()) {
 280                                         return array[1 - i];
 281                                 } else {
 282                                         newarray[0] = array[1 - i];
 283                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 284                                 }
 285                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 286                                 BooleanLogic *b =(BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 287                                 if (b->replaced) {
 288                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 289                                 }
 290                         }
 291                 }
 292                 break;
 293         }
 294         case SATC_OR: {
 295                 for (uint i =0; i <asize; i++) {
 296                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 297                 }
 298                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 299         }
 300         case SATC_AND: {
 301                 uint newindex = 0;
 302                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 303                         BooleanEdge b = array[i];
 304                         if (b->type == LOGICOP) {
 305                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 306                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 307                         }
 308                         if (b->type == BOOLCONST) {
 309                                 if (b->isTrue())
 310                                         continue;
 311                                 else
 312                                         return boolFalse;
 313                         } else
 314                                 newarray[newindex++] = b;
 315                 }
 316                 if (newindex == 0) {
 317                         return boolTrue;
 318                 } else if (newindex == 1) {
 319                         return newarray[0];
 320                 } else {
 321                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 322                         array = newarray;
 323                         asize = newindex;
 324                 }
 325                 break;
 326         }
 327         case SATC_XOR: {
 328                 //handle by translation
 329                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 330         }
 331         case SATC_IMPLIES: {
 332                 //handle by translation
 333                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 334         }
 335         }
 336
 337         ASSERT(asize != 0);
 338         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 339         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 340         if (b == NULL) {
 341                 boolean->updateParents();
 342                 boolMap.put(boolean, boolean);
 343                 allBooleans.push(boolean);
 344                 return BooleanEdge(boolean);
 345         } else {
 346                 delete boolean;
 347                 return BooleanEdge(b);
 348         }
 349 }
 350
 351 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 352         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 353         allBooleans.push(constraint);
 354         return BooleanEdge(constraint);
 355 }
 356
 357 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 358         if (isTrue(constraint))
 359                 return;
 360         else if (isFalse(constraint))
 361                 setUnSAT();
 362         else {
 363                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 364                         BooleanLogic *b=(BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 365                         if (!constraint.isNegated()) {
 366                                 if (b->op==SATC_AND) {
 367                                         for(uint i=0;i<b->inputs.getSize();i++) {
 368                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 369                                         }
 370                                         return;
 371                                 }
 372                         }
 373                         if (b->replaced) {
 374                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 375                                 return;
 376                         }
 377                 }
 378                 constraints.add(constraint);
 379                 Boolean *ptr=constraint.getBoolean();
 380
 381                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT)
 382                         setUnSAT();
 383
 384                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 385                 constraint->parents.clear();
 386         }
 387 }
 388
 389 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 390         Order *order = new Order(type, set);
 391         allOrders.push(order);
 392         activeOrders.add(order);
 393         return order;
 394 }
 395
 396 int CSolver::solve() {
 397         bool deleteTuner = false;
 398         if (tuner == NULL) {
 399                 tuner = new DefaultTuner();
 400                 deleteTuner = true;
 401         }
 402
 403         long long startTime = getTimeNano();
 404         computePolarities(this);
 405
 406         DecomposeOrderTransform dot(this);
 407         dot.doTransform();
 408
 409         IntegerEncodingTransform iet(this);
 410         iet.doTransform();
 411
 412         naiveEncodingDecision(this);
 413         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 414         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 415         long long finishTime = getTimeNano();
 416         elapsedTime = finishTime - startTime;
 417         if (deleteTuner) {
 418                 delete tuner;
 419                 tuner = NULL;
 420         }
 421         return result;
 422 }
 423
 424 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 425         switch (element->type) {
 426         case ELEMSET:
 427         case ELEMCONST:
 428         case ELEMFUNCRETURN:
 429                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 430         default:
 431                 ASSERT(0);
 432         }
 433         exit(-1);
 434 }
 435
 436 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 437         Boolean *boolean=bedge.getBoolean();
 438         switch (boolean->type) {
 439         case BOOLEANVAR:
 440                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 441         default:
 442                 ASSERT(0);
 443         }
 444         exit(-1);
 445 }
 446
 447 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 448         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 449 }
 450
 451 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 452
 453 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 454
 455 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 456         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 457         autotuner->addProblem(this);
 458         autotuner->tune();
 459         delete autotuner;
 460 }