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                 Element* el = allElements.get(i);
  52                 delete el;
  53         }
  54
  55         size = allTables.getSize();
  56         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  57                 delete allTables.get(i);
  58         }
  59
  60         size = allPredicates.getSize();
  61         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  62                 delete allPredicates.get(i);
  63         }
  64
  65         size = allOrders.getSize();
  66         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  67                 delete allOrders.get(i);
  68         }
  69         size = allFunctions.getSize();
  70         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  71                 delete allFunctions.get(i);
  72         }
  73
  74         delete boolTrue.getBoolean();
  75         delete satEncoder;
  76 }
  77
  78 CSolver *CSolver::clone() {
  79         CSolver *copy = new CSolver();
  80         CloneMap map;
  81         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  82         while (it->hasNext()) {
  83                 BooleanEdge b = it->next();
  84                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  85         }
  86         delete it;
  87         return copy;
  88 }
  89
  90 CSolver* CSolver::deserialize(const char * file){
  91         model_print("deserializing ...\n");
  92         Deserializer deserializer(file);
  93         return deserializer.deserialize();
  94 }
  95
  96 void CSolver::serialize() {
  97         model_print("serializing ...\n");
  98         printConstraints();
  99         Serializer serializer("dump");
 100         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 101         while (it->hasNext()) {
 102                 BooleanEdge b = it->next();
 103                 serializeBooleanEdge(&serializer, b, true);
 104         }
 105         delete it;
 106 }
 107
 108 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
 109         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
 110         allSets.push(set);
 111         return set;
 112 }
 113
 114 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 115         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
 116         allSets.push(set);
 117         return set;
 118 }
 119
 120 VarType CSolver::getSetVarType(Set *set) {
 121         return set->getType();
 122 }
 123
 124 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
 125         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
 126         return getElementVar(s);
 127 }
 128
 129 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 130         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 131         allSets.push(set);
 132         return set;
 133 }
 134
 135 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 136         set->addElementMSet(element);
 137 }
 138
 139 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 140         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 141         set->addElementMSet(element);
 142         return element;
 143 }
 144
 145 void CSolver::finalizeMutableSet(MutableSet *set) {
 146         set->finalize();
 147 }
 148
 149 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 150         Element *element = new ElementSet(set);
 151         allElements.push(element);
 152         return element;
 153 }
 154
 155 Set *CSolver::getElementRange (Element *element) {
 156         return element->getRange();
 157 }
 158
 159
 160 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 161         uint64_t array[] = {value};
 162         Set *set = new Set(type, array, 1);
 163         Element *element = new ElementConst(value, set);
 164         Element *e = elemMap.get(element);
 165         if (e == NULL) {
 166                 allSets.push(set);
 167                 allElements.push(element);
 168                 elemMap.put(element, element);
 169                 return element;
 170         } else {
 171                 delete set;
 172                 delete element;
 173                 return e;
 174         }
 175 }
 176
 177
 178 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, BooleanEdge overflowstatus) {
 179         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 180         Element *e = elemMap.get(element);
 181         if (e == NULL) {
 182                 element->updateParents();
 183                 allElements.push(element);
 184                 elemMap.put(element, element);
 185                 return element;
 186         } else {
 187                 delete element;
 188                 return e;
 189         }
 190 }
 191
 192 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 193         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 194         allFunctions.push(function);
 195         return function;
 196 }
 197
 198 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 199         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 200         allPredicates.push(predicate);
 201         return predicate;
 202 }
 203
 204 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 205         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 206         allPredicates.push(predicate);
 207         return predicate;
 208 }
 209
 210 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 211         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 212         allTables.push(table);
 213         return table;
 214 }
 215
 216 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 217         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 218 }
 219
 220 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 221         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 222 }
 223
 224 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 225         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 226         allFunctions.push(function);
 227         return function;
 228 }
 229
 230 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 231         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 232         allBooleans.push(boolean);
 233         return BooleanEdge(boolean);
 234 }
 235
 236 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 237         return boolTrue;
 238 }
 239
 240 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 241         return boolFalse;
 242 }
 243
 244 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 245         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, BooleanEdge(NULL));
 246 }
 247
 248 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge undefinedStatus) {
 249         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 250         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 251         if (b == NULL) {
 252                 boolean->updateParents();
 253                 boolMap.put(boolean, boolean);
 254                 allBooleans.push(boolean);
 255                 return BooleanEdge(boolean);
 256         } else {
 257                 delete boolean;
 258                 return BooleanEdge(b);
 259         }
 260 }
 261
 262 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 263         return b.isNegated() ? b->isFalse() : b->isTrue();
 264 }
 265
 266 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 267         return b.isNegated() ? b->isTrue() : b->isFalse();
 268 }
 269
 270 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 271         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 272         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 273 }
 274
 275 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 276         BooleanEdge array[] = {arg};
 277         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 278 }
 279
 280 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 281         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 282         uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 283         if (b1 < b2)
 284                 return -1;
 285         else if (b1 == b2)
 286                 return 0;
 287         else
 288                 return 1;
 289 }
 290
 291 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 292         BooleanEdge newarray[asize];
 293         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 294         for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 295                 BooleanEdge b = newarray[i];
 296                 if (b->type == LOGICOP) {
 297                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 298                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 299                                 i--;//Check again
 300                         }
 301                 }
 302         }
 303         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 304 }
 305
 306 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 307         BooleanEdge newarray[asize];
 308         switch (op) {
 309         case SATC_NOT: {
 310                 return array[0].negate();
 311         }
 312         case SATC_IFF: {
 313                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 314                         if (isTrue(array[i])) { // It can be undefined
 315                                 return array[1 - i];
 316                         } else if (isFalse(array[i])) {
 317                                 newarray[0] = array[1 - i];
 318                                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 319                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 320                                 BooleanLogic *b = (BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 321                                 if (b->replaced) {
 322                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 323                                 }
 324                         }
 325                 }
 326                 break;
 327         }
 328         case SATC_OR: {
 329                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 330                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 331                 }
 332                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 333         }
 334         case SATC_AND: {
 335                 uint newindex = 0;
 336                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 337                         BooleanEdge b = array[i];
 338                         if (b->type == LOGICOP) {
 339                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 340                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 341                         }
 342                         if (isTrue(b))
 343                                 continue;
 344                         else if (isFalse(b)) {
 345                                 return boolFalse;
 346                         } else
 347                                 newarray[newindex++] = b;
 348                 }
 349                 if (newindex == 0) {
 350                         return boolTrue;
 351                 } else if (newindex == 1) {
 352                         return newarray[0];
 353                 } else {
 354                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 355                         array = newarray;
 356                         asize = newindex;
 357                 }
 358                 break;
 359         }
 360         case SATC_XOR: {
 361                 //handle by translation
 362                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 363         }
 364         case SATC_IMPLIES: {
 365                 //handle by translation
 366                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 367         }
 368         }
 369
 370         ASSERT(asize != 0);
 371         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 372         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 373         if (b == NULL) {
 374                 boolean->updateParents();
 375                 boolMap.put(boolean, boolean);
 376                 allBooleans.push(boolean);
 377                 return BooleanEdge(boolean);
 378         } else {
 379                 delete boolean;
 380                 return BooleanEdge(b);
 381         }
 382 }
 383
 384 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 385         //      ASSERT(first != second);
 386         if (first == second)
 387                 return getBooleanFalse();
 388
 389         bool negate = false;
 390         if (order->type == SATC_TOTAL) {
 391                 if (first > second) {
 392                         uint64_t tmp = first;
 393                         first = second;
 394                         second = tmp;
 395                         negate = true;
 396                 }
 397         }
 398         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 399         Boolean *b = boolMap.get(constraint);
 400
 401         if (b == NULL) {
 402                 allBooleans.push(constraint);
 403                 boolMap.put(constraint, constraint);
 404                 constraint->updateParents();
 405         } else {
 406                 delete constraint;
 407                 constraint = b;
 408         }
 409
 410         BooleanEdge be = BooleanEdge(constraint);
 411         return negate ? be.negate() : be;
 412 }
 413
 414 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 415 #ifdef TRACE_DEBUG
 416         model_println("****New Constraint******");
 417 #endif
 418         if(constraint.isNegated())
 419                 model_print("!");
 420         constraint.getBoolean()->print();
 421         if (isTrue(constraint))
 422                 return;
 423         else if (isFalse(constraint)) {
 424                 int t = 0;
 425                 setUnSAT();
 426         }
 427         else {
 428                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 429                         BooleanLogic *b = (BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 430                         if (!constraint.isNegated()) {
 431                                 if (b->op == SATC_AND) {
 432                                         for (uint i = 0; i < b->inputs.getSize(); i++) {
 433                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 434                                         }
 435                                         return;
 436                                 }
 437                         }
 438                         if (b->replaced) {
 439                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 440                                 return;
 441                         }
 442                 }
 443                 constraints.add(constraint);
 444                 Boolean *ptr = constraint.getBoolean();
 445
 446                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT) {
 447                         setUnSAT();
 448                 }
 449
 450                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 451                 constraint->parents.clear();
 452         }
 453 }
 454
 455 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 456         Order *order = new Order(type, set);
 457         allOrders.push(order);
 458         activeOrders.add(order);
 459         return order;
 460 }
 461
 462 int CSolver::solve() {
 463         bool deleteTuner = false;
 464         if (tuner == NULL) {
 465                 tuner = new DefaultTuner();
 466                 deleteTuner = true;
 467         }
 468
 469         long long startTime = getTimeNano();
 470         computePolarities(this);
 471
 472         Preprocess pp(this);
 473         pp.doTransform();
 474
 475         DecomposeOrderTransform dot(this);
 476         dot.doTransform();
 477
 478         //IntegerEncodingTransform iet(this);
 479         //iet.doTransform();
 480
 481         EncodingGraph eg(this);
 482         eg.buildGraph();
 483         eg.encode();
 484 //      printConstraints();
 485         naiveEncodingDecision(this);
 486         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 487         model_print("Is problem UNSAT after encoding: %d\n", unsat);
 488         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 489         model_print("Result Computed in CSolver: %d\n", result);
 490         long long finishTime = getTimeNano();
 491         elapsedTime = finishTime - startTime;
 492         if (deleteTuner) {
 493                 delete tuner;
 494                 tuner = NULL;
 495         }
 496         return result;
 497 }
 498
 499 void CSolver::printConstraints() {
 500         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 501         while (it->hasNext()) {
 502                 BooleanEdge b = it->next();
 503                 if (b.isNegated())
 504                         model_print("!");
 505                 b->print();
 506                 model_print("\n");
 507         }
 508         delete it;
 509 }
 510
 511 void CSolver::printConstraint(BooleanEdge b) {
 512         if (b.isNegated())
 513                 model_print("!");
 514         b->print();
 515         model_print("\n");
 516 }
 517
 518 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 519         switch (element->type) {
 520         case ELEMSET:
 521         case ELEMCONST:
 522         case ELEMFUNCRETURN:
 523                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 524         default:
 525                 ASSERT(0);
 526         }
 527         exit(-1);
 528 }
 529
 530 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 531         Boolean *boolean = bedge.getBoolean();
 532         switch (boolean->type) {
 533         case BOOLEANVAR:
 534                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 535         default:
 536                 ASSERT(0);
 537         }
 538         exit(-1);
 539 }
 540
 541 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 542         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 543 }
 544
 545 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 546
 547 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 548
 549 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 550         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 551         autotuner->addProblem(this);
 552         autotuner->tune();
 553         delete autotuner;
 554 }