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 "analyzer.h"
  15 #include "autotuner.h"
  16 #include "astops.h"
  17 #include "structs.h"
  18
  19 CSolver::CSolver() :
  20         boolTrue(new BooleanConst(true)),
  21         boolFalse(new BooleanConst(false)),
  22         unsat(false),
  23         tuner(NULL),
  24         elapsedTime(0)
  25 {
  26         satEncoder = new SATEncoder(this);
  27 }
  28
  29 /** This function tears down the solver and the entire AST */
  30
  31 CSolver::~CSolver() {
  32         uint size = allBooleans.getSize();
  33         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  34                 delete allBooleans.get(i);
  35         }
  36
  37         size = allSets.getSize();
  38         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  39                 delete allSets.get(i);
  40         }
  41
  42         size = allElements.getSize();
  43         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  44                 delete allElements.get(i);
  45         }
  46
  47         size = allTables.getSize();
  48         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  49                 delete allTables.get(i);
  50         }
  51
  52         size = allPredicates.getSize();
  53         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  54                 delete allPredicates.get(i);
  55         }
  56
  57         size = allOrders.getSize();
  58         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  59                 delete allOrders.get(i);
  60         }
  61
  62         size = allFunctions.getSize();
  63         for (uint i = 0; i < size; i++) {
  64                 delete allFunctions.get(i);
  65         }
  66
  67         delete boolTrue;
  68         delete boolFalse;
  69         delete satEncoder;
  70 }
  71
  72 CSolver *CSolver::clone() {
  73         CSolver *copy = new CSolver();
  74         CloneMap map;
  75         SetIteratorBoolean *it = getConstraints();
  76         while (it->hasNext()) {
  77                 Boolean *b = it->next();
  78                 copy->addConstraint(b->clone(copy, &map));
  79         }
  80         delete it;
  81         return copy;
  82 }
  83
  84 Set *CSolver::createSet(VarType type, uint64_t *elements, uint numelements) {
  85         Set *set = new Set(type, elements, numelements);
  86         allSets.push(set);
  87         return set;
  88 }
  89
  90 Set *CSolver::createRangeSet(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
  91         Set *set = new Set(type, lowrange, highrange);
  92         allSets.push(set);
  93         return set;
  94 }
  95
  96 Element *CSolver::createRangeVar(VarType type, uint64_t lowrange, uint64_t highrange) {
  97         Set *s = createRangeSet(type, lowrange, highrange);
  98         return getElementVar(s);
  99 }
 100
 101 MutableSet *CSolver::createMutableSet(VarType type) {
 102         MutableSet *set = new MutableSet(type);
 103         allSets.push(set);
 104         return set;
 105 }
 106
 107 void CSolver::addItem(MutableSet *set, uint64_t element) {
 108         set->addElementMSet(element);
 109 }
 110
 111 uint64_t CSolver::createUniqueItem(MutableSet *set) {
 112         uint64_t element = set->getNewUniqueItem();
 113         set->addElementMSet(element);
 114         return element;
 115 }
 116
 117 Element *CSolver::getElementVar(Set *set) {
 118         Element *element = new ElementSet(set);
 119         allElements.push(element);
 120         return element;
 121 }
 122
 123 Element *CSolver::getElementConst(VarType type, uint64_t value) {
 124         uint64_t array[] = {value};
 125         Set *set = new Set(type, array, 1);
 126         Element *element = new ElementConst(value, type, set);
 127         Element *e = elemMap.get(element);
 128         if (e == NULL) {
 129                 allSets.push(set);
 130                 allElements.push(element);
 131                 elemMap.put(element, element);
 132                 return element;
 133         } else {
 134                 delete set;
 135                 delete element;
 136                 return e;
 137         }
 138 }
 139
 140 Element *CSolver::applyFunction(Function *function, Element **array, uint numArrays, Boolean *overflowstatus) {
 141         Element *element = new ElementFunction(function,array,numArrays,overflowstatus);
 142         Element *e = elemMap.get(element);
 143         if (e == NULL) {
 144                 allElements.push(element);
 145                 elemMap.put(element, element);
 146                 return element;
 147         } else {
 148                 delete element;
 149                 return e;
 150         }
 151 }
 152
 153 Function *CSolver::createFunctionOperator(ArithOp op, Set **domain, uint numDomain, Set *range,OverFlowBehavior overflowbehavior) {
 154         Function *function = new FunctionOperator(op, domain, numDomain, range, overflowbehavior);
 155         allFunctions.push(function);
 156         return function;
 157 }
 158
 159 Predicate *CSolver::createPredicateOperator(CompOp op, Set **domain, uint numDomain) {
 160         Predicate *predicate = new PredicateOperator(op, domain,numDomain);
 161         allPredicates.push(predicate);
 162         return predicate;
 163 }
 164
 165 Predicate *CSolver::createPredicateTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 166         Predicate *predicate = new PredicateTable(table, behavior);
 167         allPredicates.push(predicate);
 168         return predicate;
 169 }
 170
 171 Table *CSolver::createTable(Set **domains, uint numDomain, Set *range) {
 172         Table *table = new Table(domains,numDomain,range);
 173         allTables.push(table);
 174         return table;
 175 }
 176
 177 Table *CSolver::createTableForPredicate(Set **domains, uint numDomain) {
 178         return createTable(domains, numDomain, NULL);
 179 }
 180
 181 void CSolver::addTableEntry(Table *table, uint64_t *inputs, uint inputSize, uint64_t result) {
 182         table->addNewTableEntry(inputs, inputSize, result);
 183 }
 184
 185 Function *CSolver::completeTable(Table *table, UndefinedBehavior behavior) {
 186         Function *function = new FunctionTable(table, behavior);
 187         allFunctions.push(function);
 188         return function;
 189 }
 190
 191 Boolean *CSolver::getBooleanVar(VarType type) {
 192         Boolean *boolean = new BooleanVar(type);
 193         allBooleans.push(boolean);
 194         return boolean;
 195 }
 196
 197 Boolean *CSolver::getBooleanTrue() {
 198         return boolTrue;
 199 }
 200
 201 Boolean *CSolver::getBooleanFalse() {
 202         return boolFalse;
 203 }
 204
 205 Boolean *CSolver::applyPredicate(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs) {
 206         return applyPredicateTable(predicate, inputs, numInputs, NULL);
 207 }
 208
 209 Boolean *CSolver::applyPredicateTable(Predicate *predicate, Element **inputs, uint numInputs, Boolean *undefinedStatus) {
 210         BooleanPredicate *boolean = new BooleanPredicate(predicate, inputs, numInputs, undefinedStatus);
 211         Boolean * b = boolMap.get(boolean);
 212         if (b == NULL) {
 213                 boolMap.put(boolean, boolean);
 214                 allBooleans.push(boolean);
 215                 return boolean;
 216         } else {
 217                 delete boolean;
 218                 return b;
 219         }
 220 }
 221
 222 bool CSolver::isTrue(Boolean *b) {
 223         return b->isTrue();
 224 }
 225
 226 bool CSolver::isFalse(Boolean *b) {
 227         return b->isFalse();
 228 }
 229
 230 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean * arg1, Boolean * arg2) {
 231         Boolean * array[] = {arg1, arg2};
 232         return applyLogicalOperation(op, array, 2);
 233 }
 234
 235 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean *arg) {
 236         Boolean * array[] = {arg};
 237         return applyLogicalOperation(op, array, 1);
 238 }
 239
 240
 241 Boolean *CSolver::applyLogicalOperation(LogicOp op, Boolean **array, uint asize) {
 242         Boolean * newarray[asize];
 243         switch(op) {
 244         case SATC_NOT: {
 245                 if (array[0]->type == LOGICOP && ((BooleanLogic *)array[0])->op==SATC_NOT) {
 246                         return ((BooleanLogic *) array[0])->inputs.get(0);
 247                 } else if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 248                         return array[0]->isTrue() ? boolFalse : boolTrue;
 249                 }
 250                 break;
 251         }
 252         case SATC_IFF: {
 253                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 254                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 255                                 if (array[i]->isTrue()) {
 256                                         return array[1-i];
 257                                 } else {
 258                                         newarray[0]=array[1-i];
 259                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 260                                 }
 261                         }
 262                 }
 263                 break;
 264         }
 265         case SATC_XOR: {
 266                 for(uint i=0;i<2;i++) {
 267                         if (array[i]->type == BOOLCONST) {
 268                                 if (array[i]->isTrue()) {
 269                                         newarray[0]=array[1-i];
 270                                         return applyLogicalOperation(SATC_NOT, newarray, 1);
 271                                 } else
 272                                         return array[1-i];
 273                         }
 274                 }
 275                 break;
 276         }
 277         case SATC_OR: {
 278                 uint newindex=0;
 279                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 280                         Boolean *b=array[i];
 281                         if (b->type == BOOLCONST) {
 282                                 if (b->isTrue())
 283                                         return b;
 284                                 else
 285                                         continue;
 286                         } else
 287                                 newarray[newindex++]=b;
 288                 }
 289                 if (newindex==1)
 290                         return newarray[0];
 291                 else if (newindex == 2) {
 292                         bool isNot0 = (newarray[0]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[0])->op == SATC_NOT;
 293                         bool isNot1 = (newarray[1]->type==BOOLCONST) && ((BooleanLogic *)newarray[1])->op == SATC_NOT;
 294
 295                         if (isNot0 != isNot1) {
 296                                 if (isNot0) {
 297                                         newarray[0] = ((BooleanLogic *) newarray[0])->inputs.get(0);
 298                                 } else {
 299                                         Boolean *tmp =  ((BooleanLogic *) array[1])->inputs.get(0);
 300                                         array[1] = array[0];
 301                                         array[0] = tmp;
 302                                 }
 303                                 return applyLogicalOperation(SATC_IMPLIES, newarray, 2);
 304                         }
 305                 } else {
 306                         array = newarray;
 307                         asize = newindex;
 308                 }
 309                 break;
 310         }
 311         case SATC_AND: {
 312                 uint newindex=0;
 313                 for(uint i=0;i<asize;i++) {
 314                         Boolean *b=array[i];
 315                         if (b->type == BOOLCONST) {
 316                                 if (b->isTrue())
 317                                         continue;
 318                                 else
 319                                         return b;
 320                         } else
 321                                 newarray[newindex++]=b;
 322                 }
 323                 if(newindex==1) {
 324                         return newarray[0];
 325                 } else {
 326                         array = newarray;
 327                         asize = newindex;
 328                 }
 329                 break;
 330         }
 331         case SATC_IMPLIES: {
 332                 if (array[0]->type == BOOLCONST) {
 333                         if (array[0]->isTrue()) {
 334                                 return array[1];
 335                         } else {
 336                                 return boolTrue;
 337                         }
 338                 } else if (array[1]->type == BOOLCONST) {
 339                         if (array[1]->isTrue()) {
 340                                 return array[1];
 341                         } else {
 342                                 return applyLogicalOperation(SATC_NOT, array, 1);
 343                         }
 344                 }
 345                 break;
 346         }
 347         }
 348
 349         Boolean *boolean = new BooleanLogic(this, op, array, asize);
 350         Boolean *b = boolMap.get(boolean);
 351         if (b == NULL) {
 352                 boolMap.put(boolean, boolean);
 353                 allBooleans.push(boolean);
 354                 return boolean;
 355         } else {
 356                 delete boolean;
 357                 return b;
 358         }
 359 }
 360
 361 Boolean *CSolver::orderConstraint(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 362         Boolean *constraint = new BooleanOrder(order, first, second);
 363         allBooleans.push(constraint);
 364         return constraint;
 365 }
 366
 367 void CSolver::addConstraint(Boolean *constraint) {
 368         if (constraint == boolTrue)
 369                 return;
 370         else if (constraint == boolFalse)
 371                 setUnSAT();
 372         else
 373                 constraints.add(constraint);
 374 }
 375
 376 Order *CSolver::createOrder(OrderType type, Set *set) {
 377         Order *order = new Order(type, set);
 378         allOrders.push(order);
 379         return order;
 380 }
 381
 382 int CSolver::solve() {
 383         bool deleteTuner = false;
 384         if (tuner == NULL) {
 385                 tuner = new DefaultTuner();
 386                 deleteTuner = true;
 387         }
 388
 389         long long startTime = getTimeNano();
 390         computePolarities(this);
 391         orderAnalysis(this);
 392         naiveEncodingDecision(this);
 393         satEncoder->encodeAllSATEncoder(this);
 394         int result = unsat ? IS_UNSAT : satEncoder->solve();
 395         long long finishTime = getTimeNano();
 396         elapsedTime = finishTime - startTime;
 397         if (deleteTuner) {
 398                 delete tuner;
 399                 tuner = NULL;
 400         }
 401         return result;
 402 }
 403
 404 uint64_t CSolver::getElementValue(Element *element) {
 405         switch (element->type) {
 406         case ELEMSET:
 407         case ELEMCONST:
 408         case ELEMFUNCRETURN:
 409                 return getElementValueSATTranslator(this, element);
 410         default:
 411                 ASSERT(0);
 412         }
 413         exit(-1);
 414 }
 415
 416 bool CSolver::getBooleanValue(Boolean *boolean) {
 417         switch (boolean->type) {
 418         case BOOLEANVAR:
 419                 return getBooleanVariableValueSATTranslator(this, boolean);
 420         default:
 421                 ASSERT(0);
 422         }
 423         exit(-1);
 424 }
 425
 426 HappenedBefore CSolver::getOrderConstraintValue(Order *order, uint64_t first, uint64_t second) {
 427         return getOrderConstraintValueSATTranslator(this, order, first, second);
 428 }
 429
 430 long long CSolver::getEncodeTime() { return satEncoder->getEncodeTime(); }
 431
 432 long long CSolver::getSolveTime() { return satEncoder->getSolveTime(); }
 433
 434 void CSolver::autoTune(uint budget) {
 435         AutoTuner * autotuner=new AutoTuner(budget);
 436         autotuner->addProblem(this);
 437         autotuner->tune();
 438         delete autotuner;
 439 }