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
  23 CSolver::CSolver() :
  24         boolTrue(BooleanEdge(new BooleanConst(true))),
  25         boolFalse(boolTrue.negate()),
  26         unsat(false),
  27         tuner(NULL),
  28         elapsedTime(0)
  29 {
  30         satEncoder = new SATEncoder(this);
  31 }
  32
  33 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  34
  35 CSolver::~CSolver() {
  36         uint size = allBooleans.getSize();
  37         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  38                 delete allBooleans.get(i);
  39         }
  40
  41         size = allSets.getSize();
  42         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  43                 delete allSets.get(i);
  44         }
  45
  46         size = allElements.getSize();
  47         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  48                 delete allElements.get(i);
  49         }
  50
  51         size = allTables.getSize();
  52         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  53                 delete allTables.get(i);
  54         }
  55
  56         size = allPredicates.getSize();
  57         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  58                 delete allPredicates.get(i);
  59         }
  60
  61         size = allOrders.getSize();
  62         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  63                 delete allOrders.get(i);
  64         }
  65
  66         size = allFunctions.getSize();
  67         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  68                 delete allFunctions.get(i);
  69         }
  70
  71         delete boolTrue.getBoolean();
  72         delete satEncoder;
  73 }
  74
  75 CSolver *CSolver::clone() {
  76         CSolver *copy = new CSolver();
  77         CloneMap map;
  78         SetIteratorBooleanEdge *it = getConstraints();
  79         while (it->hasNext()) {
  80                 BooleanEdge b = it->next();
  81                 copy->addConstraint(cloneEdge(copy, &map, b));
  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, 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, BooleanEdge overflowstatus) {
 144         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 145         Element *e = elemMap.get(element);
 146         if (e == NULL) {
 147                 element->updateParents();
 148                 allElements.push(element);
 149                 elemMap.put(element, element);
 150                 return element;
 151         } else {
 152                 delete element;
 153                 return e;
 154         }
 155 }
 156
 157 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 158         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 159         allFunctions.push(function);
 160         return function;
 161 }
 162
 163 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 164         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 165         allPredicates.push(predicate);
 166         return predicate;
 167 }
 168
 169 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 170         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 171         allPredicates.push(predicate);
 172         return predicate;
 173 }
 174
 175 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 176         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 177         allTables.push(table);
 178         return table;
 179 }
 180
 181 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 182         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 183 }
 184
 185 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 186         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 187 }
 188
 189 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 190         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 191         allFunctions.push(function);
 192         return function;
 193 }
 194
 195 BooleanEdge CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 196         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 197         allBooleans.push(boolean);
 198         return BooleanEdge(boolean);
 199 }
 200
 201 BooleanEdge CSolver::getBooleanTrue() {
 202         return boolTrue;
 203 }
 204
 205 BooleanEdge CSolver::getBooleanFalse() {
 206         return boolFalse;
 207 }
 208
 209 BooleanEdge CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 210         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 211 }
 212
 213 BooleanEdge CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, BooleanEdge undefinedStatus) {
 214         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 215         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 216         if (b == NULL) {
 217                 boolean->updateParents();
 218                 boolMap.put(boolean, boolean);
 219                 allBooleans.push(boolean);
 220                 return BooleanEdge(boolean);
 221         } else {
 222                 delete boolean;
 223                 return BooleanEdge(b);
 224         }
 225 }
 226
 227 bool CSolver::isTrue(BooleanEdge b) {
 228         return b.isNegated()?b->isFalse():b->isTrue();
 229 }
 230
 231 bool CSolver::isFalse(BooleanEdge b) {
 232         return b.isNegated()?b->isTrue():b->isFalse();
 233 }
 234
 235 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg1, BooleanEdge arg2) {
 236         BooleanEdge array[] = {arg1, arg2};
 237         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 238 }
 239
 240 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge arg) {
 241         BooleanEdge array[] = {arg};
 242         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 243 }
 244
 245 static int ptrcompares(const void *p1, const void *p2) {
 246         uintptr_t b1 = *(uintptr_t const *) p1;
 247   uintptr_t b2 = *(uintptr_t const *) p2;
 248         if (b1 < b2)
 249                 return -1;
 250         else if (b1 == b2)
 251                 return 0;
 252         else
 253                 return 1;
 254 }
 255
 256 BooleanEdge CSolver::rewriteLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge * array, uint asize) {
 257         BooleanEdge newarray[asize];
 258         memcpy(newarray, array, asize * sizeof(BooleanEdge));
 259         for(uint i=0; i < asize; i++) {
 260                 BooleanEdge b=newarray[i];
 261                 if (b->type == LOGICOP) {
 262                         if (((BooleanLogic *) b.getBoolean())->replaced) {
 263                                 newarray[i] = doRewrite(newarray[i]);
 264                                 i--;//Check again
 265                         }
 266                 }
 267         }
 268         return applyLogicalOperation(op, newarray, asize);
 269 }
 270
 271 BooleanEdge CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, BooleanEdge *array, uint asize) {
 272         BooleanEdge newarray[asize];
 273         switch (op) {
 274         case SATC_NOT: {
 275                 return array[0].negate();
 276         }
 277         case SATC_IFF: {
 278                 for (uint i = 0; i < 2; i++) {
 279                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 280                                 if (array[i]->isTrue()) {
 281                                         return array[1 - i];
 282                                 } else {
 283                                         newarray[0] = array[1 - i];
 284                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 285                                 }
 286                         } else if (array[i]->type == LOGICOP) {
 287                                 BooleanLogic *b =(BooleanLogic *)array[i].getBoolean();
 288                                 if (b->replaced) {
 289                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 290                                 }
 291                         }
 292                 }
 293                 break;
 294         }
 295         case SATC_OR: {
 296                 for (uint i =0; i <asize; i++) {
 297                         newarray[i] = applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[i]);
 298                 }
 299                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_AND, newarray, asize));
 300         }
 301         case SATC_AND: {
 302                 uint newindex = 0;
 303                 for (uint i = 0; i < asize; i++) {
 304                         BooleanEdge b = array[i];
 305                         if (b->type == LOGICOP) {
 306                                 if (((BooleanLogic *)b.getBoolean())->replaced)
 307                                         return rewriteLogicalOperation(op, array, asize);
 308                         }
 309                         if (b->type == BOOLCONST) {
 310                                 if (b->isTrue())
 311                                         continue;
 312                                 else
 313                                         return boolFalse;
 314                         } else
 315                                 newarray[newindex++] = b;
 316                 }
 317                 if (newindex == 0) {
 318                         return boolTrue;
 319                 } else if (newindex == 1) {
 320                         return newarray[0];
 321                 } else {
 322                         bsdqsort(newarray, newindex, sizeof(BooleanEdge), ptrcompares);
 323                         array = newarray;
 324                         asize = newindex;
 325                 }
 326                 break;
 327         }
 328         case SATC_XOR: {
 329                 //handle by translation
 330                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, applyLogicalOperation(SATC_IFF, array, asize));
 331         }
 332         case SATC_IMPLIES: {
 333                 //handle by translation
 334                 return applyLogicalOperation(SATC_OR, applyLogicalOperation(SATC_NOT, array[0]), array[1]);
 335         }
 336         }
 337
 338         ASSERT(asize != 0);
 339         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 340         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 341         if (b == NULL) {
 342                 boolean->updateParents();
 343                 boolMap.put(boolean, boolean);
 344                 allBooleans.push(boolean);
 345                 return BooleanEdge(boolean);
 346         } else {
 347                 delete boolean;
 348                 return BooleanEdge(b);
 349         }
 350 }
 351
 352 BooleanEdge CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 353         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 354         allBooleans.push(constraint);
 355         return BooleanEdge(constraint);
 356 }
 357
 358 void CSolver::addConstraint(BooleanEdge constraint) {
 359         if (isTrue(constraint))
 360                 return;
 361         else if (isFalse(constraint))
 362                 setUnSAT();
 363         else {
 364                 if (constraint->type == LOGICOP) {
 365                         BooleanLogic *b=(BooleanLogic *) constraint.getBoolean();
 366                         if (!constraint.isNegated()) {
 367                                 if (b->op==SATC_AND) {
 368                                         for(uint i=0;i<b->inputs.getSize();i++) {
 369                                                 addConstraint(b->inputs.get(i));
 370                                         }
 371                                         return;
 372                                 }
 373                         }
 374                         if (b->replaced) {
 375                                 addConstraint(doRewrite(constraint));
 376                                 return;
 377                         }
 378                 }
 379                 constraints.add(constraint);
 380                 Boolean *ptr=constraint.getBoolean();
 381
 382                 if (ptr->boolVal == BV_UNSAT)
 383                         setUnSAT();
 384
 385                 replaceBooleanWithTrueNoRemove(constraint);
 386                 constraint->parents.clear();
 387         }
 388 }
 389
 390 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 391         Order *order = new Order(type, set);
 392         allOrders.push(order);
 393         activeOrders.add(order);
 394         return order;
 395 }
 396
 397 int CSolver::solve() {
 398         bool deleteTuner = false;
 399         if (tuner == NULL) {
 400                 tuner = new DefaultTuner();
 401                 deleteTuner = true;
 402         }
 403
 404         long long startTime = getTimeNano();
 405         computePolarities(this);
 406
 407         Preprocess pp(this);
 408         pp.doTransform();
 409
 410         DecomposeOrderTransform dot(this);
 411         dot.doTransform();
 412
 413         IntegerEncodingTransform iet(this);
 414         iet.doTransform();
 415
 416         naiveEncodingDecision(this);
 417         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 418         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 419         long long finishTime = getTimeNano();
 420         elapsedTime = finishTime - startTime;
 421         if (deleteTuner) {
 422                 delete tuner;
 423                 tuner = NULL;
 424         }
 425         return result;
 426 }
 427
 428 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 429         switch (element->type) {
 430         case ELEMSET:
 431         case ELEMCONST:
 432         case ELEMFUNCRETURN:
 433                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 434         default:
 435                 ASSERT(0);
 436         }
 437         exit(-1);
 438 }
 439
 440 bool CSolver::getBooleanValue(BooleanEdge bedge) {
 441         Boolean *boolean=bedge.getBoolean();
 442         switch (boolean->type) {
 443         case BOOLEANVAR:
 444                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 445         default:
 446                 ASSERT(0);
 447         }
 448         exit(-1);
 449 }
 450
 451 bool CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 452         return order->encoding.resolver->resolveOrder(first, second);
 453 }
 454
 455 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 456
 457 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 458
 459 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 460         AutoTuner *autotuner = new AutoTuner(budget);
 461         autotuner->addProblem(this);
 462         autotuner->tune();
 463         delete autotuner;
 464 }