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(b->clone(copy, &map));
  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::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 254         BooleanEdge newarray[asize];
 255         switch (op) {
 256         case SATC_NOT: {
 257                 return array[0].negate();
 258         }
 259         case SATC_IFF: {
 260                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 261                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 262                                 if (array[i]->isTrue()) {
 263                                         return array[1 - i];
 264                                 } else {
 265                                         newarray[0] = array[1 - i];
 266                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 267                                 }
 268                         }
 269                 }
 270                 break;
 271         }
 272         case SATC_OR: {
 273                 for (uint i =0; i <asize; i++) {
 274                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 275                 }
 276                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 277         }
 278         case SATC_AND: {
 279                 uint newindex = 0;
 280                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 281                         BooleanEdge b = array[i];
 282                         if (b->type == BOOLCONST) {
 283                                 if (b->isTrue())
 284                                         continue;
 285                                 else
 286                                         return boolFalse;
 287                         } else
 288                                 newarray[newindex++] = b;
 289                 }
 290                 if (newindex == 0) {
 291                         return boolTrue;
 292                 } else if (newindex == 1) {
 293                         return newarray[0];
 294                 } else {
 295                         qsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 296                         array = newarray;
 297                         asize = newindex;
 298                 }
 299                 break;
 300         }
 301         case SATC_XOR: {
 302                 //handle by translation
 303                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 304         }
 305         case SATC_IMPLIES: {
 306                 //handle by translation
 307                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 308         }
 309         }
 310
 311         ASSERT(asize != 0);
 312         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 313         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 314         if (b == NULL) {
 315                 boolMap.put(boolean, boolean);
 316                 allBooleans.push(boolean);
 317                 return BooleanEdge(boolean);
 318         } else {
 319                 delete boolean;
 320                 return BooleanEdge(b);
 321         }
 322 }
 323
 324 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 325         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 326         allBooleans.push(constraint);
 327         return BooleanEdge(constraint);
 328 }
 329
 330 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 331         if (constraint == boolTrue)
 332                 return;
 333         else if (constraint == boolFalse)
 334                 setUnSAT();
 335         else {
 336                 if (!constraint.isNegated() && constraint->type == LOGICOP) {
 337                         BooleanLogic *b=(BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 338                         if (b->op==SATC_AND) {
 339                                 for(uint i=0;i<b->inputs.getSize();i++) {
 340                                         addConstraint(b->inputs.get(i));
 341                                 }
 342                                 return;
 343                         }
 344                 }
 345                 constraints.add(constraint);
 346                 Boolean *ptr=constraint.getBoolean();
 347                 if (constraint.isNegated())
 348                         updateMustValue(ptr, BV_MUSTBEFALSE);
 349                 else
 350                         updateMustValue(ptr, BV_MUSTBETRUE);
 351         }
 352 }
 353
 354 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 355         Order *order = new Order(type, set);
 356         allOrders.push(order);
 357         activeOrders.add(order);
 358         return order;
 359 }
 360
 361 int CSolver::solve() {
 362         bool deleteTuner = false;
 363         if (tuner == NULL) {
 364                 tuner = new DefaultTuner();
 365                 deleteTuner = true;
 366         }
 367
 368         long long startTime = getTimeNano();
 369         computePolarities(this);
 370
 371         DecomposeOrderTransform dot(this);
 372         dot.doTransform();
 373
 374         //This leaks like crazy
 375         //      IntegerEncodingTransform iet(this);
 376         //iet.doTransform();
 377
 378         naiveEncodingDecision(this);
 379         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 380         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 381         long long finishTime = getTimeNano();
 382         elapsedTime = finishTime - startTime;
 383         if (deleteTuner) {
 384                 delete tuner;
 385                 tuner = NULL;
 386         }
 387         return result;
 388 }
 389
 390 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 391         switch (element->type) {
 392         case ELEMSET:
 393         case ELEMCONST:
 394         case ELEMFUNCRETURN:
 395                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 396         default:
 397                 ASSERT(0);
 398         }
 399         exit(-1);
 400 }
 401
 402 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 403         Boolean *boolean=bedge.getBoolean();
 404         switch (boolean->type) {
 405         case BOOLEANVAR:
 406                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 407         default:
 408                 ASSERT(0);
 409         }
 410         exit(-1);
 411 }
 412
 413 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 414         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 415 }
 416
 417 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 418
 419 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 420
 421 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 422         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 423         autotuner->addProblem(this);
 424         autotuner->tune();
 425         delete autotuner;
 426 }