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
  70         size = allFunctions.getSize();
  71         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  72                 delete allFunctions.get(i);
  73         }
  74
  75         delete boolTrue.getBoolean();
  76         delete satEncoder;
  77 }
  78
  79 CSolver *CSolver::clone() {
  80         CSolver *copy = new CSolver();
  81         CloneMap map;
  82         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  83         while (it->hasNext()) {
  84                 BooleanEdge b = it->next();
  85                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  86         }
  87         delete it;
  88         return copy;
  89 }
  90
  91 CSolver* CSolver::deserialize(const char * file){
  92         model_print("deserializing ...\n");
  93         Deserializer deserializer(file);
  94         return deserializer.deserialize();
  95 }
  96
  97 void CSolver::serialize() {
  98         model_print("serializing ...\n");
  99         Serializer serializer("dump");
 100         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 101         while (it->hasNext()) {
 102                 BooleanEdge b = it->next();
 103                 serializeBooleanEdge(&serializer, b);
 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 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 (array[i]->type == BOOLCONST) {
 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                                 }
 320                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 321                                 BooleanLogic *b = (BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 322                                 if (b->replaced) {
 323                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 324                                 }
 325                         }
 326                 }
 327                 break;
 328         }
 329         case SATC_OR: {
 330                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 331                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 332                 }
 333                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 334         }
 335         case SATC_AND: {
 336                 uint newindex = 0;
 337                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 338                         BooleanEdge b = array[i];
 339                         if (b->type == LOGICOP) {
 340                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 341                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 342                         }
 343                         if (b->type == BOOLCONST) {
 344                                 if (isTrue(b))
 345                                         continue;
 346                                 else {
 347                                         return boolFalse;
 348                                 }
 349                         } else
 350                                 newarray[newindex++] = b;
 351                 }
 352                 if (newindex == 0) {
 353                         return boolTrue;
 354                 } else if (newindex == 1) {
 355                         return newarray[0];
 356                 } else {
 357                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 358                         array = newarray;
 359                         asize = newindex;
 360                 }
 361                 break;
 362         }
 363         case SATC_XOR: {
 364                 //handle by translation
 365                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 366         }
 367         case SATC_IMPLIES: {
 368                 //handle by translation
 369                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 370         }
 371         }
 372
 373         ASSERT(asize != 0);
 374         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 375         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 376         if (b == NULL) {
 377                 boolean->updateParents();
 378                 boolMap.put(boolean, boolean);
 379                 allBooleans.push(boolean);
 380                 return BooleanEdge(boolean);
 381         } else {
 382                 delete boolean;
 383                 return BooleanEdge(b);
 384         }
 385 }
 386
 387 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 388         ASSERT(first != second);
 389         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 390         allBooleans.push(constraint);
 391         return BooleanEdge(constraint);
 392 }
 393
 394 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 395 #ifdef TRACE_DEBUG
 396         model_println("****New Constraint******");
 397 #endif
 398         if (isTrue(constraint))
 399                 return;
 400         else if (isFalse(constraint)) {
 401                 int t = 0;
 402                 setUnSAT();
 403         }
 404         else {
 405                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 406                         BooleanLogic *b = (BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 407                         if (!constraint.isNegated()) {
 408                                 if (b->op == SATC_AND) {
 409                                         for (uint i = 0; i < b->inputs.getSize(); i++) {
 410                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 411                                         }
 412                                         return;
 413                                 }
 414                         }
 415                         if (b->replaced) {
 416                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 417                                 return;
 418                         }
 419                 }
 420                 constraints.add(constraint);
 421                 Boolean *ptr = constraint.getBoolean();
 422
 423                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT) {
 424                         setUnSAT();
 425                 }
 426
 427                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 428                 constraint->parents.clear();
 429         }
 430 }
 431
 432 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 433         Order *order = new Order(type, set);
 434         allOrders.push(order);
 435         activeOrders.add(order);
 436         return order;
 437 }
 438
 439 int CSolver::solve() {
 440         bool deleteTuner = false;
 441         if (tuner == NULL) {
 442                 tuner = new DefaultTuner();
 443                 deleteTuner = true;
 444         }
 445
 446         long long startTime = getTimeNano();
 447         computePolarities(this);
 448
 449         Preprocess pp(this);
 450         pp.doTransform();
 451
 452         DecomposeOrderTransform dot(this);
 453         dot.doTransform();
 454
 455         IntegerEncodingTransform iet(this);
 456         iet.doTransform();
 457
 458         EncodingGraph eg(this);
 459         eg.buildGraph();
 460         eg.encode();
 461         printConstraints();
 462         naiveEncodingDecision(this);
 463         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 464         model_print("Is problem UNSAT after encoding: %d\n", unsat);
 465         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 466         model_print("Result Computed in CSolver: %d\n", result);
 467         long long finishTime = getTimeNano();
 468         elapsedTime = finishTime - startTime;
 469         if (deleteTuner) {
 470                 delete tuner;
 471                 tuner = NULL;
 472         }
 473         return result;
 474 }
 475
 476 void CSolver::printConstraints() {
 477         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
 478         while (it->hasNext()) {
 479                 BooleanEdge b = it->next();
 480                 if (b.isNegated())
 481                         model_print("!");
 482                 b->print();
 483                 model_print("\n");
 484         }
 485         delete it;
 486
 487 }
 488
 489 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 490         switch (element->type) {
 491         case ELEMSET:
 492         case ELEMCONST:
 493         case ELEMFUNCRETURN:
 494                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 495         default:
 496                 ASSERT(0);
 497         }
 498         exit(-1);
 499 }
 500
 501 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 502         Boolean *boolean = bedge.getBoolean();
 503         switch (boolean->type) {
 504         case BOOLEANVAR:
 505                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 506         default:
 507                 ASSERT(0);
 508         }
 509         exit(-1);
 510 }
 511
 512 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 513         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 514 }
 515
 516 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 517
 518 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 519
 520 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 521         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 522         autotuner->addProblem(this);
 523         autotuner->tune();
 524         delete autotuner;
 525 }