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 "transformer.h"
  15 #include "autotuner.h"
  16 #include "astops.h"
  17 #include "structs.h"
  18 #include "orderresolver.h"
  19
  20 CSolver::CSolver() :
  21         boolTrue(new BooleanConst(true)),
  22         boolFalse(new BooleanConst(false)),
  23         unsat(false),
  24         tuner(NULL),
  25         elapsedTime(0)
  26 {
  27         satEncoder = new SATEncoder(this);
  28         transformer = new Transformer(this);
  29 }
  30
  31 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  32
  33 CSolver::~CSolver() {
  34         uint size = allBooleans.getSize();
  35         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  36                 delete allBooleans.get(i);
  37         }
  38
  39         size = allSets.getSize();
  40         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  41                 delete allSets.get(i);
  42         }
  43
  44         size = allElements.getSize();
  45         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  46                 delete allElements.get(i);
  47         }
  48
  49         size = allTables.getSize();
  50         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  51                 delete allTables.get(i);
  52         }
  53
  54         size = allPredicates.getSize();
  55         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  56                 delete allPredicates.get(i);
  57         }
  58
  59         size = allOrders.getSize();
  60         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  61                 delete allOrders.get(i);
  62         }
  63
  64         size = allFunctions.getSize();
  65         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  66                 delete allFunctions.get(i);
  67         }
  68
  69         delete boolTrue;
  70         delete boolFalse;
  71         delete satEncoder;
  72         delete transformer;
  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
 244 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean **array, uint asize) {
 245         Boolean * newarray[asize];
 246         switch(op) {
 247         case SATC_NOT: {
 248                 if (array[0]->type == LOGICOP && ((BooleanLogic *)array[0])->op==SATC_NOT) {
 249                         return ((BooleanLogic *) array[0])->inputs.get(0);
 250                 } else if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 251                         return array[0]->isTrue() ? boolFalse : boolTrue;
 252                 }
 253                 break;
 254         }
 255         case SATC_IFF: {
 256                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 257                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 258                                 if (array[i]->isTrue()) {
 259                                         return array[1-i];
 260                                 } else {
 261                                         newarray[0]=array[1-i];
 262                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 263                                 }
 264                         }
 265                 }
 266                 break;
 267         }
 268         case SATC_XOR: {
 269                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 270                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 271                                 if (array[i]->isTrue()) {
 272                                         newarray[0]=array[1-i];
 273                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 274                                 } else
 275                                         return array[1-i];
 276                         }
 277                 }
 278                 break;
 279         }
 280         case SATC_OR: {
 281                 uint newindex=0;
 282                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 283                         Boolean *b=array[i];
 284                         if (b->type == BOOLCONST) {
 285                                 if (b->isTrue())
 286                                         return boolTrue;
 287                                 else
 288                                         continue;
 289                         } else
 290                                 newarray[newindex++]=b;
 291                 }
 292                 if (newindex==0) {
 293                         return boolFalse;
 294                 } else if (newindex==1)
 295                         return newarray[0];
 296                 else if (newindex == 2) {
 297                         bool isNot0 = (newarray[0]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[0])->op == SATC_NOT;
 298                         bool isNot1 = (newarray[1]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[1])->op == SATC_NOT;
 299
 300                         if (isNot0 != isNot1) {
 301                                 if (isNot0) {
 302                                         newarray[0] = ((BooleanLogic *) newarray[0])->inputs.get(0);
 303                                 } else {
 304                                         Boolean *tmp =  ((BooleanLogic *) array[1])->inputs.get(0);
 305                                         array[1] = array[0];
 306                                         array[0] = tmp;
 307                                 }
 308                                 return applyLogicalOperation(SATC_IMPLIES, newarray, 2);
 309                         }
 310                 } else {
 311                         array = newarray;
 312                         asize = newindex;
 313                 }
 314                 break;
 315         }
 316         case SATC_AND: {
 317                 uint newindex=0;
 318                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 319                         Boolean *b=array[i];
 320                         if (b->type == BOOLCONST) {
 321                                 if (b->isTrue())
 322                                         continue;
 323                                 else
 324                                         return boolFalse;
 325                         } else
 326                                 newarray[newindex++]=b;
 327                 }
 328                 if (newindex==0) {
 329                         return boolTrue;
 330                 } else if(newindex==1) {
 331                         return newarray[0];
 332                 } else {
 333                         array = newarray;
 334                         asize = newindex;
 335                 }
 336                 break;
 337         }
 338         case SATC_IMPLIES: {
 339                 if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 340                         if (array[0]->isTrue()) {
 341                                 return array[1];
 342                         } else {
 343                                 return boolTrue;
 344                         }
 345                 } else if (array[1]->type == BOOLCONST) {
 346                         if (array[1]->isTrue()) {
 347                                 return array[1];
 348                         } else {
 349                                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, array, 1);
 350                         }
 351                 }
 352                 break;
 353         }
 354         }
 355
 356         ASSERT(asize != 0);
 357         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 358         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 359         if (b == NULL) {
 360                 boolMap.put(boolean, boolean);
 361                 allBooleans.push(boolean);
 362                 return boolean;
 363         } else {
 364                 delete boolean;
 365                 return b;
 366         }
 367 }
 368
 369 Boolean *CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 370         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 371         allBooleans.push(constraint);
 372         return constraint;
 373 }
 374
 375 void CSolver::addConstraint(Boolean *constraint) {
 376         if (constraint == boolTrue)
 377                 return;
 378         else if (constraint == boolFalse)
 379                 setUnSAT();
 380         else
 381                 constraints.add(constraint);
 382 }
 383
 384 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 385         Order *order = new Order(type, set);
 386         allOrders.push(order);
 387         return order;
 388 }
 389
 390 int CSolver::solve() {
 391         bool deleteTuner = false;
 392         if (tuner == NULL) {
 393                 tuner = new DefaultTuner();
 394                 deleteTuner = true;
 395         }
 396
 397         long long startTime = getTimeNano();
 398         computePolarities(this);
 399         transformer->orderAnalysis();
 400         naiveEncodingDecision(this);
 401         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 402         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 403         long long finishTime = getTimeNano();
 404         elapsedTime = finishTime - startTime;
 405         if (deleteTuner) {
 406                 delete tuner;
 407                 tuner = NULL;
 408         }
 409         return result;
 410 }
 411
 412 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 413         switch (element->type) {
 414         case ELEMSET:
 415         case ELEMCONST:
 416         case ELEMFUNCRETURN:
 417                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 418         default:
 419                 ASSERT(0);
 420         }
 421         exit(-1);
 422 }
 423
 424 bool CSolver::getBooleanValue(Boolean *boolean) {
 425         switch (boolean->type) {
 426         case BOOLEANVAR:
 427                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 428         default:
 429                 ASSERT(0);
 430         }
 431         exit(-1);
 432 }
 433
 434 HappenedBefore CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 435         return  order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 436 }
 437
 438 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 439
 440 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 441
 442 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 443         AutoTuner * autotuner=new AutoTuner(budget);
 444         autotuner->addProblem(this);
 445         autotuner->tune();
 446         delete autotuner;
 447 }