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         size = allFunctions.getSize();
  69         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  70                 delete allFunctions.get(i);
  71         }
  72
  73         delete boolTrue.getBoolean();
  74         delete satEncoder;
  75 }
  76
  77 CSolver *CSolver::clone() {
  78         CSolver *copy = new CSolver();
  79         CloneMap map;
  80         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  81         while (it->hasNext()) {
  82                 BooleanEdge b = it->next();
  83                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  84         }
  85         delete it;
  86         return copy;
  87 }
  88
  89 void CSolver::serialize() {
  90         model_print("serializing ...\n");
  91         {
  92                 Serializer serializer("dump");
  93                 SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  94                 while (it->hasNext()) {
  95                         BooleanEdge b = it->next();
  96                         serializeBooleanEdge(&serializer, b);
  97                 }
  98                 delete it;
  99         }
 100         model_print("deserializing ...\n");
 101         {
 102                 Deserializer deserializer("dump");
 103                 deserializer.deserialize();
 104         }
 105 }
 106
 107 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
 108         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
 109         allSets.push(set);
 110         return set;
 111 }
 112
 113 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 114         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
 115         allSets.push(set);
 116         return set;
 117 }
 118
 119 VarType CSolver::getSetVarType(Set *set) {
 120         return set->getType();
 121 }
 122
 123 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 124         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
 125         return getElementVar(s);
 126 }
 127
 128 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 129         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 130         allSets.push(set);
 131         return set;
 132 }
 133
 134 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 135         set->addElementMSet(element);
 136 }
 137
 138 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 139         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 140         set->addElementMSet(element);
 141         return element;
 142 }
 143
 144 void CSolver::finalizeMutableSet(MutableSet *set) {
 145         set->finalize();
 146 }
 147
 148 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 149         Element *element = new ElementSet(set);
 150         allElements.push(element);
 151         return element;
 152 }
 153
 154 Set *CSolver::getElementRange (Element *element) {
 155         return element->getRange();
 156 }
 157
 158
 159 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 160         uint64_t array[] = {value};
 161         Set *set = new Set(type, array, 1);
 162         Element *element = new ElementConst(value, set);
 163         Element *e = elemMap.get(element);
 164         if (e == NULL) {
 165                 allSets.push(set);
 166                 allElements.push(element);
 167                 elemMap.put(element, element);
 168                 return element;
 169         } else {
 170                 delete set;
 171                 delete element;
 172                 return e;
 173         }
 174 }
 175
 176
 177 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, BooleanEdge overflowstatus) {
 178         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 179         Element *e = elemMap.get(element);
 180         if (e == NULL) {
 181                 element->updateParents();
 182                 allElements.push(element);
 183                 elemMap.put(element, element);
 184                 return element;
 185         } else {
 186                 delete element;
 187                 return e;
 188         }
 189 }
 190
 191 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 192         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 193         allFunctions.push(function);
 194         return function;
 195 }
 196
 197 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 198         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 199         allPredicates.push(predicate);
 200         return predicate;
 201 }
 202
 203 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 204         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 205         allPredicates.push(predicate);
 206         return predicate;
 207 }
 208
 209 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 210         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 211         allTables.push(table);
 212         return table;
 213 }
 214
 215 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 216         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 217 }
 218
 219 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 220         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 221 }
 222
 223 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 224         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 225         allFunctions.push(function);
 226         return function;
 227 }
 228
 229 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 230         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 231         allBooleans.push(boolean);
 232         return BooleanEdge(boolean);
 233 }
 234
 235 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 236         return boolTrue;
 237 }
 238
 239 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 240         return boolFalse;
 241 }
 242
 243 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 244         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, BooleanEdge(NULL));
 245 }
 246
 247 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge undefinedStatus) {
 248         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 249         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 250         if (b == NULL) {
 251                 boolean->updateParents();
 252                 boolMap.put(boolean, boolean);
 253                 allBooleans.push(boolean);
 254                 return BooleanEdge(boolean);
 255         } else {
 256                 delete boolean;
 257                 return BooleanEdge(b);
 258         }
 259 }
 260
 261 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 262         return b.isNegated() ? b->isFalse() : b->isTrue();
 263 }
 264
 265 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 266         return b.isNegated() ? b->isTrue() : b->isFalse();
 267 }
 268
 269 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 270         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 271         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 272 }
 273
 274 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 275         BooleanEdge array[] = {arg};
 276         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 277 }
 278
 279 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 280         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 281         uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 282         if (b1 < b2)
 283                 return -1;
 284         else if (b1 == b2)
 285                 return 0;
 286         else
 287                 return 1;
 288 }
 289
 290 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 291         BooleanEdge newarray[asize];
 292         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 293         for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 294                 BooleanEdge b = newarray[i];
 295                 if (b->type == LOGICOP) {
 296                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 297                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 298                                 i--;//Check again
 299                         }
 300                 }
 301         }
 302         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 303 }
 304
 305 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 306         BooleanEdge newarray[asize];
 307         switch (op) {
 308         case SATC_NOT: {
 309                 return array[0].negate();
 310         }
 311         case SATC_IFF: {
 312                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 313                         if (isTrue(array[i])) { // It can be undefined
 314                                 return array[1 - i];
 315                         } else if (isFalse(array[i])) {
 316                                 newarray[0] = array[1 - i];
 317                                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 318                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 319                                 BooleanLogic *b = (BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 320                                 if (b->replaced) {
 321                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 322                                 }
 323                         }
 324                 }
 325                 break;
 326         }
 327         case SATC_OR: {
 328                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 329                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 330                 }
 331                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 332         }
 333         case SATC_AND: {
 334                 uint newindex = 0;
 335                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 336                         BooleanEdge b = array[i];
 337                         if (b->type == LOGICOP) {
 338                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 339                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 340                         }
 341                         if (isTrue(b))
 342                                 continue;
 343                         else if (isFalse(b)) {
 344                                 return boolFalse;
 345                         } else
 346                                 newarray[newindex++] = b;
 347                 }
 348                 if (newindex == 0) {
 349                         return boolTrue;
 350                 } else if (newindex == 1) {
 351                         return newarray[0];
 352                 } else {
 353                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 354                         array = newarray;
 355                         asize = newindex;
 356                 }
 357                 break;
 358         }
 359         case SATC_XOR: {
 360                 //handle by translation
 361                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 362         }
 363         case SATC_IMPLIES: {
 364                 //handle by translation
 365                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 366         }
 367         }
 368
 369         ASSERT(asize != 0);
 370         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 371         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 372         if (b == NULL) {
 373                 boolean->updateParents();
 374                 boolMap.put(boolean, boolean);
 375                 allBooleans.push(boolean);
 376                 return BooleanEdge(boolean);
 377         } else {
 378                 delete boolean;
 379                 return BooleanEdge(b);
 380         }
 381 }
 382
 383 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 384         //      ASSERT(first != second);
 385         if (first == second)
 386                 return getBooleanFalse();
 387
 388         bool negate = false;
 389         if (order->type == SATC_TOTAL) {
 390                 if (first > second) {
 391                         uint64_t tmp = first;
 392                         first = second;
 393                         second = tmp;
 394                         negate = true;
 395                 }
 396         }
 397         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 398         Boolean *b = boolMap.get(constraint);
 399
 400         if (b == NULL) {
 401                 allBooleans.push(constraint);
 402                 boolMap.put(constraint, constraint);
 403                 constraint->updateParents();
 404         } else {
 405                 delete constraint;
 406                 constraint = b;
 407         }
 408
 409         BooleanEdge be = BooleanEdge(constraint);
 410         return negate ? be.negate() : be;
 411 }
 412
 413 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 414         if (isTrue(constraint))
 415                 return;
 416         else if (isFalse(constraint)) {
 417                 int t = 0;
 418                 setUnSAT();
 419         }
 420         else {
 421                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 422                         BooleanLogic *b = (BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 423                         if (!constraint.isNegated()) {
 424                                 if (b->op == SATC_AND) {
 425                                         for (uint i = 0; i < b->inputs.getSize(); i++) {
 426                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 427                                         }
 428                                         return;
 429                                 }
 430                         }
 431                         if (b->replaced) {
 432                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 433                                 return;
 434                         }
 435                 }
 436                 constraints.add(constraint);
 437                 Boolean *ptr = constraint.getBoolean();
 438
 439                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT) {
 440                         setUnSAT();
 441                 }
 442
 443                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 444                 constraint->parents.clear();
 445         }
 446 }
 447
 448 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 449         Order *order = new Order(type, set);
 450         allOrders.push(order);
 451         activeOrders.add(order);
 452         return order;
 453 }
 454
 455 int CSolver::solve() {
 456         bool deleteTuner = false;
 457         if (tuner == NULL) {
 458                 tuner = new DefaultTuner();
 459                 deleteTuner = true;
 460         }
 461
 462         long long startTime = getTimeNano();
 463         computePolarities(this);
 464
 465         Preprocess pp(this);
 466         pp.doTransform();
 467
 468         DecomposeOrderTransform dot(this);
 469         dot.doTransform();
 470
 471         //IntegerEncodingTransform iet(this);
 472         //iet.doTransform();
 473
 474         //EncodingGraph eg(this);
 475         //eg.buildGraph();
 476         //eg.encode();
 477         //printConstraints();
 478         naiveEncodingDecision(this);
 479         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 480         model_print("Is problem UNSAT after encoding: %d\n", unsat);
 481         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 482         model_print("Result Computed in CSolver: %d\n", result);
 483         long long finishTime = getTimeNano();
 484         elapsedTime = finishTime - startTime;
 485         if (deleteTuner) {
 486                 delete tuner;
 487                 tuner = NULL;
 488         }
 489         return result;
 490 }
 491
 492 void CSolver::printConstraints() {
 493         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 494         while (it->hasNext()) {
 495                 BooleanEdge b = it->next();
 496                 if (b.isNegated())
 497                         model_print("!");
 498                 b->print();
 499                 model_print("\n");
 500         }
 501         delete it;
 502
 503 }
 504
 505 void CSolver::printConstraint(BooleanEdge b) {
 506         if (b.isNegated())
 507                 model_print("!");
 508         b->print();
 509         model_print("\n");
 510 }
 511
 512 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 513         switch (element->type) {
 514         case ELEMSET:
 515         case ELEMCONST:
 516         case ELEMFUNCRETURN:
 517                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 518         default:
 519                 ASSERT(0);
 520         }
 521         exit(-1);
 522 }
 523
 524 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 525         Boolean *boolean = bedge.getBoolean();
 526         switch (boolean->type) {
 527         case BOOLEANVAR:
 528                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 529         default:
 530                 ASSERT(0);
 531         }
 532         exit(-1);
 533 }
 534
 535 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 536         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 537 }
 538
 539 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 540
 541 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 542
 543 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 544         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 545         autotuner->addProblem(this);
 546         autotuner->tune();
 547         delete autotuner;
 548 }