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 <stdlib.h>
  21
  22 CSolver::CSolver() :
  23         boolTrue(new BooleanConst(true)),
  24         boolFalse(new BooleanConst(false)),
  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;
  71         delete boolFalse;
  72         delete satEncoder;
  73 }
  74
  75 CSolver *CSolver::clone() {
  76         CSolver *copy = new CSolver();
  77         CloneMap map;
  78         SetIteratorBoolean *it = getConstraints();
  79         while (it->hasNext()) {
  80                 Boolean *b = it->next();
  81                 copy->addConstraint(b->clone(copy, &map));
  82         }
  83         delete it;
  84         return copy;
  85 }
  86
  87 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
  88         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
  89         allSets.push(set);
  90         return set;
  91 }
  92
  93 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
  94         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
  95         allSets.push(set);
  96         return set;
  97 }
  98
  99 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 100         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
 101         return getElementVar(s);
 102 }
 103
 104 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 105         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 106         allSets.push(set);
 107         return set;
 108 }
 109
 110 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 111         set->addElementMSet(element);
 112 }
 113
 114 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 115         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 116         set->addElementMSet(element);
 117         return element;
 118 }
 119
 120 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 121         Element *element = new ElementSet(set);
 122         allElements.push(element);
 123         return element;
 124 }
 125
 126 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 127         uint64_t array[] = {value};
 128         Set *set = new Set(type, array, 1);
 129         Element *element = new ElementConst(value, type, set);
 130         Element *e = elemMap.get(element);
 131         if (e == NULL) {
 132                 allSets.push(set);
 133                 allElements.push(element);
 134                 elemMap.put(element, element);
 135                 return element;
 136         } else {
 137                 delete set;
 138                 delete element;
 139                 return e;
 140         }
 141 }
 142
 143 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, Boolean *overflowstatus) {
 144         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 145         Element *e = elemMap.get(element);
 146         if (e == NULL) {
 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 Boolean *CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 195         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 196         allBooleans.push(boolean);
 197         return boolean;
 198 }
 199
 200 Boolean *CSolver::getBooleanTrue() {
 201         return boolTrue;
 202 }
 203
 204 Boolean *CSolver::getBooleanFalse() {
 205         return boolFalse;
 206 }
 207
 208 Boolean *CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 209         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 210 }
 211
 212 Boolean *CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, Boolean *undefinedStatus) {
 213         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 214         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 215         if (b == NULL) {
 216                 boolMap.put(boolean, boolean);
 217                 allBooleans.push(boolean);
 218                 return boolean;
 219         } else {
 220                 delete boolean;
 221                 return b;
 222         }
 223 }
 224
 225 bool CSolver::isTrue(Boolean *b) {
 226         return b->isTrue();
 227 }
 228
 229 bool CSolver::isFalse(Boolean *b) {
 230         return b->isFalse();
 231 }
 232
 233 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean *arg1, Boolean *arg2) {
 234         Boolean *array[] = {arg1, arg2};
 235         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 236 }
 237
 238 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean *arg) {
 239         Boolean *array[] = {arg};
 240         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 241 }
 242
 243 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 244         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 245   uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 246         if (b1 < b2)
 247                 return -1;
 248         else if (b1 == b2)
 249                 return 0;
 250         else
 251                 return 1;
 252 }
 253
 254 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean **array, uint asize) {
 255         Boolean *newarray[asize];
 256         switch (op) {
 257         case SATC_NOT: {
 258                 if (array[0]->type == LOGICOP && ((BooleanLogic *)array[0])->op == SATC_NOT) {
 259                         return ((BooleanLogic *) array[0])->inputs.get(0);
 260                 } else if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 261                         return array[0]->isTrue() ? boolFalse : boolTrue;
 262                 }
 263                 break;
 264         }
 265         case SATC_IFF: {
 266                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 267                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 268                                 if (array[i]->isTrue()) {
 269                                         return array[1 - i];
 270                                 } else {
 271                                         newarray[0] = array[1 - i];
 272                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 273                                 }
 274                         }
 275                 }
 276                 break;
 277         }
 278         case SATC_OR: {
 279                 for (uint i =0; i <asize; i++) {
 280                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 281                 }
 282                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 283         }
 284         case SATC_AND: {
 285                 uint newindex = 0;
 286                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 287                         Boolean *b = array[i];
 288                         if (b->type == BOOLCONST) {
 289                                 if (b->isTrue())
 290                                         continue;
 291                                 else
 292                                         return boolFalse;
 293                         } else
 294                                 newarray[newindex++] = b;
 295                 }
 296                 if (newindex == 0) {
 297                         return boolTrue;
 298                 } else if (newindex == 1) {
 299                         return newarray[0];
 300                 } else {
 301                         qsort(newarray, asize, sizeof(Boolean *), ptrcompares);
 302                         array = newarray;
 303                         asize = newindex;
 304                 }
 305                 break;
 306         }
 307         case SATC_XOR: {
 308                 //handle by translation
 309                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 310         }
 311         case SATC_IMPLIES: {
 312                 //handle by translation
 313                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 314         }
 315         }
 316
 317         ASSERT(asize != 0);
 318         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 319         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 320         if (b == NULL) {
 321                 boolMap.put(boolean, boolean);
 322                 allBooleans.push(boolean);
 323                 return boolean;
 324         } else {
 325                 delete boolean;
 326                 return b;
 327         }
 328 }
 329
 330 Boolean *CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 331         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 332         allBooleans.push(constraint);
 333         return constraint;
 334 }
 335
 336 void CSolver::addConstraint(Boolean *constraint) {
 337         if (constraint == boolTrue)
 338                 return;
 339         else if (constraint == boolFalse)
 340                 setUnSAT();
 341         else {
 342                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 343                         BooleanLogic *b=(BooleanLogic *) constraint;
 344                         if (b->op==SATC_AND) {
 345                                 for(uint i=0;i<b->inputs.getSize();i++) {
 346                                         addConstraint(b->inputs.get(i));
 347                                 }
 348                                 return;
 349                         }
 350                 }
 351
 352                 constraints.add(constraint);
 353         }
 354 }
 355
 356 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 357         Order *order = new Order(type, set);
 358         allOrders.push(order);
 359         activeOrders.add(order);
 360         return order;
 361 }
 362
 363 int CSolver::solve() {
 364         bool deleteTuner = false;
 365         if (tuner == NULL) {
 366                 tuner = new DefaultTuner();
 367                 deleteTuner = true;
 368         }
 369
 370         long long startTime = getTimeNano();
 371         computePolarities(this);
 372
 373         DecomposeOrderTransform dot(this);
 374         dot.doTransform();
 375
 376         //This leaks like crazy
 377         //      IntegerEncodingTransform iet(this);
 378         //iet.doTransform();
 379
 380         naiveEncodingDecision(this);
 381         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 382         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 383         long long finishTime = getTimeNano();
 384         elapsedTime = finishTime - startTime;
 385         if (deleteTuner) {
 386                 delete tuner;
 387                 tuner = NULL;
 388         }
 389         return result;
 390 }
 391
 392 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 393         switch (element->type) {
 394         case ELEMSET:
 395         case ELEMCONST:
 396         case ELEMFUNCRETURN:
 397                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 398         default:
 399                 ASSERT(0);
 400         }
 401         exit(-1);
 402 }
 403
 404 bool CSolver::getBooleanValue(Boolean *boolean) {
 405         switch (boolean->type) {
 406         case BOOLEANVAR:
 407                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 408         default:
 409                 ASSERT(0);
 410         }
 411         exit(-1);
 412 }
 413
 414 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 415         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 416 }
 417
 418 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 419
 420 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 421
 422 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 423         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 424         autotuner->addProblem(this);
 425         autotuner->tune();
 426         delete autotuner;
 427 }