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(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                 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 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 194         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 195         allBooleans.push(boolean);
 196         return BooleanEdge(boolean);
 197 }
 198
 199 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 200         return boolTrue;
 201 }
 202
 203 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 204         return boolFalse;
 205 }
 206
 207 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 208         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 209 }
 210
 211 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge 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 BooleanEdge(boolean);
 218         } else {
 219                 delete boolean;
 220                 return BooleanEdge(b);
 221         }
 222 }
 223
 224 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 225         return b.isNegated()?b->isFalse():b->isTrue();
 226 }
 227
 228 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 229         return b.isNegated()?b->isTrue():b->isFalse();
 230 }
 231
 232 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 233         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 234         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 235 }
 236
 237 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 238         BooleanEdge array[] = {arg};
 239         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 240 }
 241
 242 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 243         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 244   uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 245         if (b1 < b2)
 246                 return -1;
 247         else if (b1 == b2)
 248                 return 0;
 249         else
 250                 return 1;
 251 }
 252
 253 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge * array, uint asize) {
 254         BooleanEdge newarray[asize];
 255         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 256         for(uint i=0; i < asize; i++) {
 257                 BooleanEdge b=newarray[i];
 258                 if (b->type == LOGICOP) {
 259                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 260                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 261                                 i--;//Check again
 262                         }
 263                 }
 264         }
 265         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 266 }
 267
 268 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 269         BooleanEdge newarray[asize];
 270         switch (op) {
 271         case SATC_NOT: {
 272                 return array[0].negate();
 273         }
 274         case SATC_IFF: {
 275                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 276                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 277                                 if (array[i]->isTrue()) {
 278                                         return array[1 - i];
 279                                 } else {
 280                                         newarray[0] = array[1 - i];
 281                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 282                                 }
 283                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 284                                 BooleanLogic *b =(BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 285                                 if (b->replaced) {
 286                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 287                                 }
 288                         }
 289                 }
 290                 break;
 291         }
 292         case SATC_OR: {
 293                 for (uint i =0; i <asize; i++) {
 294                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 295                 }
 296                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 297         }
 298         case SATC_AND: {
 299                 uint newindex = 0;
 300                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 301                         BooleanEdge b = array[i];
 302                         if (b->type == LOGICOP) {
 303                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 304                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 305                         }
 306                         if (b->type == BOOLCONST) {
 307                                 if (b->isTrue())
 308                                         continue;
 309                                 else
 310                                         return boolFalse;
 311                         } else
 312                                 newarray[newindex++] = b;
 313                 }
 314                 if (newindex == 0) {
 315                         return boolTrue;
 316                 } else if (newindex == 1) {
 317                         return newarray[0];
 318                 } else {
 319                         qsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 320                         array = newarray;
 321                         asize = newindex;
 322                 }
 323                 break;
 324         }
 325         case SATC_XOR: {
 326                 //handle by translation
 327                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 328         }
 329         case SATC_IMPLIES: {
 330                 //handle by translation
 331                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 332         }
 333         }
 334
 335         ASSERT(asize != 0);
 336         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 337         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 338         if (b == NULL) {
 339                 boolMap.put(boolean, boolean);
 340                 allBooleans.push(boolean);
 341                 return BooleanEdge(boolean);
 342         } else {
 343                 delete boolean;
 344                 return BooleanEdge(b);
 345         }
 346 }
 347
 348 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 349         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 350         allBooleans.push(constraint);
 351         return BooleanEdge(constraint);
 352 }
 353
 354 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 355         if (isTrue(constraint))
 356                 return;
 357         else if (isFalse(constraint))
 358                 setUnSAT();
 359         else {
 360                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 361                         BooleanLogic *b=(BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 362                         if (!constraint.isNegated()) {
 363                                 if (b->op==SATC_AND) {
 364                                         for(uint i=0;i<b->inputs.getSize();i++) {
 365                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 366                                         }
 367                                         return;
 368                                 }
 369                         }
 370                         if (b->replaced) {
 371                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 372                                 return;
 373                         }
 374                 }
 375                 constraints.add(constraint);
 376                 Boolean *ptr=constraint.getBoolean();
 377
 378                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT)
 379                         setUnSAT();
 380
 381                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 382                 constraint->parents.clear();
 383         }
 384 }
 385
 386 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 387         Order *order = new Order(type, set);
 388         allOrders.push(order);
 389         activeOrders.add(order);
 390         return order;
 391 }
 392
 393 int CSolver::solve() {
 394         bool deleteTuner = false;
 395         if (tuner == NULL) {
 396                 tuner = new DefaultTuner();
 397                 deleteTuner = true;
 398         }
 399
 400         long long startTime = getTimeNano();
 401         computePolarities(this);
 402
 403         DecomposeOrderTransform dot(this);
 404         dot.doTransform();
 405
 406         IntegerEncodingTransform iet(this);
 407         iet.doTransform();
 408
 409         naiveEncodingDecision(this);
 410         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 411         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 412         long long finishTime = getTimeNano();
 413         elapsedTime = finishTime - startTime;
 414         if (deleteTuner) {
 415                 delete tuner;
 416                 tuner = NULL;
 417         }
 418         return result;
 419 }
 420
 421 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 422         switch (element->type) {
 423         case ELEMSET:
 424         case ELEMCONST:
 425         case ELEMFUNCRETURN:
 426                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 427         default:
 428                 ASSERT(0);
 429         }
 430         exit(-1);
 431 }
 432
 433 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 434         Boolean *boolean=bedge.getBoolean();
 435         switch (boolean->type) {
 436         case BOOLEANVAR:
 437                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 438         default:
 439                 ASSERT(0);
 440         }
 441         exit(-1);
 442 }
 443
 444 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 445         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 446 }
 447
 448 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 449
 450 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 451
 452 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 453         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 454         autotuner->addProblem(this);
 455         autotuner->tune();
 456         delete autotuner;
 457 }