chiark - git - mdw - catacomb/blob - math/mpx.c

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * Low-level multiprecision arithmetic
   4  *
   5  * (c) 1999 Straylight/Edgeware
   6  */
   7
   8 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
   9  *
  10  * This file is part of Catacomb.
  11  *
  12  * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
  13  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  14  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  15  * License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  20  * GNU Library General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  23  * License along with Catacomb; if not, write to the Free
  24  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  25  * MA 02111-1307, USA.
  26  */
  27
  28 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  29
  30 #include "config.h"
  31
  32 #include <assert.h>
  33 #include <stdio.h>
  34 #include <stdlib.h>
  35 #include <string.h>
  36
  37 #include <mLib/bits.h>
  38 #include <mLib/macros.h>
  39
  40 #include "dispatch.h"
  41 #include "mptypes.h"
  42 #include "mpx.h"
  43 #include "bitops.h"
  44
  45 /*----- Loading and storing -----------------------------------------------*/
  46
  47 /* --- These are all variations on a theme --- *
  48  *
  49  * Essentially we want to feed bits into a shift register, @ibits@ bits at a
  50  * time, and extract them @obits@ bits at a time whenever there are enough.
  51  * Of course, @i@ and @o@ will, in general, be different sizes, and we don't
  52  * necessarily know which is larger.
  53  *
  54  * During an operation, we have a shift register @w@ and a most-recent input
  55  * @t@.  Together, these hold @bits@ significant bits of input.  We arrange
  56  * that @bits < ibits + obits <= 2*MPW_BITS@, so we can get away with using
  57  * an @mpw@ for both of these quantitities.
  58  */
  59
  60 /* --- @MPX_GETBITS@ --- *
  61  *
  62  * Arguments:   @ibits@ = width of input units, in bits
  63  *              @obits@ = width of output units, in bits
  64  *              @iavail@ = condition expression: is input data available?
  65  *              @getbits@ = function or macro: set argument to next input
  66  *
  67  * Use:         Read an input unit into @t@ and update the necessary
  68  *              variables.
  69  *
  70  *              It is assumed on entry that @bits < obits@.  On exit, we have
  71  *              @bits < ibits + obits@, and @t@ is live.
  72  */
  73
  74 #define MPX_GETBITS(ibits, obits, iavail, getbits) do {                 \
  75   if (!iavail) goto flush;                                              \
  76   if (bits >= ibits) w |= t << (bits - ibits);                          \
  77   getbits(t);                                                           \
  78   bits += ibits;                                                        \
  79 } while (0)
  80
  81 /* --- @MPX_PUTBITS@ --- *
  82  *
  83  * Arguments:   @ibits@ = width of input units, in bits
  84  *              @obits@ = width of output units, in bits
  85  *              @oavail@ = condition expression: is output space available?
  86  *              @putbits@ = function or macro: write its argument to output
  87  *
  88  * Use:         Emit an output unit, and update the necessary variables.  If
  89  *              the output buffer is full, then force an immediate return.
  90  *
  91  *              We assume that @bits < ibits + obits@, and that @t@ is only
  92  *              relevant if @bits >= ibits@.  (The @MPX_GETBITS@ macro
  93  *              ensures that this is true.)
  94  */
  95
  96 #define SHRW(w, b) ((b) < MPW_BITS ? (w) >> (b) : 0)
  97
  98 #define MPX_PUTBITS(ibits, obits, oavail, putbits) do {                 \
  99   if (!oavail) return;                                                  \
 100   if (bits < ibits) {                                                   \
 101     putbits(w);                                                         \
 102     bits -= obits;                                                      \
 103     w = SHRW(w, obits);                                                 \
 104   } else {                                                              \
 105     putbits(w | (t << (bits - ibits)));                                 \
 106     bits -= obits;                                                      \
 107     if (bits >= ibits) w = SHRW(w, obits) | (t << (bits - ibits));      \
 108     else w = SHRW(w, obits) | (t >> (ibits - bits));                    \
 109     t = 0;                                                              \
 110   }                                                                     \
 111 } while (0)
 112
 113 /* --- @MPX_LOADSTORE@ --- *
 114  *
 115  * Arguments:   @name@ = name of function to create, without @mpx_@ prefix
 116  *              @wconst@ = qualifiers for @mpw *@ arguments
 117  *              @oconst@ = qualifiers for octet pointers
 118  *              @decls@ = additional declarations needed
 119  *              @ibits@ = width of input units, in bits
 120  *              @iavail@ = condition expression: is input data available?
 121  *              @getbits@ = function or macro: set argument to next input
 122  *              @obits@ = width of output units, in bits
 123  *              @oavail@ = condition expression: is output space available?
 124  *              @putbits@ = function or macro: write its argument to output
 125  *              @fixfinal@ = statements to fix shift register at the end
 126  *              @clear@ = statements to clear remainder of output
 127  *
 128  * Use:         Generates a function to convert between a sequence of
 129  *              multiprecision words and a vector of octets.
 130  *
 131  *              The arguments @ibits@, @iavail@ and @getbits@ are passed on
 132  *              to @MPX_GETBITS@; similarly, @obits@, @oavail@, and @putbits@
 133  *              are passed on to @MPX_PUTBITS@.
 134  *
 135  *              The following variables are in scope: @v@ and @vl are the
 136  *              current base and limit of the word vector; @p@ and @q@ are
 137  *              the base and limit of the octet vector; @w@ and @t@ form the
 138  *              shift register used during the conversion (see commentary
 139  *              above); and @bits@ tracks the number of live bits in the
 140  *              shift register.
 141  */
 142
 143 #define MPX_LOADSTORE(name, wconst, oconst, decls,                      \
 144                       ibits, iavail, getbits, obits, oavail, putbits,   \
 145                       fixfinal, clear)                                  \
 146                                                                         \
 147 void mpx_##name(wconst mpw *v, wconst mpw *vl,                          \
 148                 oconst void *pp, size_t sz)                             \
 149 {                                                                       \
 150   mpw t = 0, w = 0;                                                     \
 151   oconst octet *p = pp, *q = p + sz;                                    \
 152   int bits = 0;                                                         \
 153   decls                                                                 \
 154                                                                         \
 155   for (;;) {                                                            \
 156     while (bits < obits) MPX_GETBITS(ibits, obits, iavail, getbits);    \
 157     while (bits >= obits) MPX_PUTBITS(ibits, obits, oavail, putbits);   \
 158   }                                                                     \
 159                                                                         \
 160 flush:                                                                  \
 161   if (bits) {                                                           \
 162     fixfinal;                                                           \
 163     while (bits > 0) MPX_PUTBITS(ibits, obits, oavail, putbits);        \
 164   }                                                                     \
 165   clear;                                                                \
 166 }
 167
 168 #define EMPTY
 169
 170 /* --- Macros for @getbits@ and @putbits@ --- */
 171
 172 #define GETMPW(t) do { t = *v++; } while (0)
 173 #define PUTMPW(x) do { *v++ = MPW(x); } while (0)
 174
 175 #define GETOCTETI(t) do { t = *p++; } while (0)
 176 #define PUTOCTETD(x) do { *--q = U8(x); } while (0)
 177
 178 #define PUTOCTETI(x) do { *p++ = U8(x); } while (0)
 179 #define GETOCTETD(t) do { t = *--q; } while (0)
 180
 181 /* --- Machinery for two's complement I/O --- */
 182
 183 #define DECL_2CN                                                        \
 184   unsigned c = 1;
 185
 186 #define GETMPW_2CN(t) do {                                              \
 187   t = MPW(~*v++ + c);                                                   \
 188   c = c && !t;                                                          \
 189 } while (0)
 190
 191 #define PUTMPW_2CN(t) do {                                              \
 192   mpw _t = MPW(~(t) + c);                                               \
 193   c = c && !_t;                                                         \
 194   *v++ = _t;                                                            \
 195 } while (0)
 196
 197 #define FIXFINALW_2CN do {                                              \
 198   if (c && !w && !t);                                                   \
 199   else if (bits == 8) t ^= ~(mpw)0xffu;                                 \
 200   else t ^= ((mpw)1 << (MPW_BITS - bits + 8)) - 256u;                   \
 201 } while (0)
 202
 203 #define FLUSHO_2CN do {                                                 \
 204   memset(p, c ? 0 : 0xff, q - p);                                       \
 205 } while (0)
 206
 207 /* --- @mpx_storel@ --- *
 208  *
 209  * Arguments:   @const mpw *v, *vl@ = base and limit of source vector
 210  *              @void *pp@ = pointer to octet array
 211  *              @size_t sz@ = size of octet array
 212  *
 213  * Returns:     ---
 214  *
 215  * Use:         Stores an MP in an octet array, least significant octet
 216  *              first.  High-end octets are silently discarded if there
 217  *              isn't enough space for them.
 218  */
 219
 220 MPX_LOADSTORE(storel, const, EMPTY, EMPTY,
 221               MPW_BITS, (v < vl), GETMPW,
 222               8, (p < q), PUTOCTETI,
 223               EMPTY, { memset(p, 0, q - p); })
 224
 225 /* --- @mpx_loadl@ --- *
 226  *
 227  * Arguments:   @mpw *v, *vl@ = base and limit of destination vector
 228  *              @const void *pp@ = pointer to octet array
 229  *              @size_t sz@ = size of octet array
 230  *
 231  * Returns:     ---
 232  *
 233  * Use:         Loads an MP in an octet array, least significant octet
 234  *              first.  High-end octets are ignored if there isn't enough
 235  *              space for them.
 236  */
 237
 238 MPX_LOADSTORE(loadl, EMPTY, const, EMPTY,
 239               8, (p < q), GETOCTETI,
 240               MPW_BITS, (v < vl), PUTMPW,
 241               EMPTY, { MPX_ZERO(v, vl); })
 242
 243
 244 /* --- @mpx_storeb@ --- *
 245  *
 246  * Arguments:   @const mpw *v, *vl@ = base and limit of source vector
 247  *              @void *pp@ = pointer to octet array
 248  *              @size_t sz@ = size of octet array
 249  *
 250  * Returns:     ---
 251  *
 252  * Use:         Stores an MP in an octet array, most significant octet
 253  *              first.  High-end octets are silently discarded if there
 254  *              isn't enough space for them.
 255  */
 256
 257 MPX_LOADSTORE(storeb, const, EMPTY, EMPTY,
 258               MPW_BITS, (v < vl), GETMPW,
 259               8, (p < q), PUTOCTETD,
 260               EMPTY, { memset(p, 0, q - p); })
 261
 262 /* --- @mpx_loadb@ --- *
 263  *
 264  * Arguments:   @mpw *v, *vl@ = base and limit of destination vector
 265  *              @const void *pp@ = pointer to octet array
 266  *              @size_t sz@ = size of octet array
 267  *
 268  * Returns:     ---
 269  *
 270  * Use:         Loads an MP in an octet array, most significant octet
 271  *              first.  High-end octets are ignored if there isn't enough
 272  *              space for them.
 273  */
 274
 275 MPX_LOADSTORE(loadb, EMPTY, const, EMPTY,
 276               8, (p < q), GETOCTETD,
 277               MPW_BITS, (v < vl), PUTMPW,
 278               EMPTY, { MPX_ZERO(v, vl); })
 279
 280 /* --- @mpx_storel2cn@ --- *
 281  *
 282  * Arguments:   @const mpw *v, *vl@ = base and limit of source vector
 283  *              @void *pp@ = pointer to octet array
 284  *              @size_t sz@ = size of octet array
 285  *
 286  * Returns:     ---
 287  *
 288  * Use:         Stores a negative MP in an octet array, least significant
 289  *              octet first, as two's complement.  High-end octets are
 290  *              silently discarded if there isn't enough space for them.
 291  *              This obviously makes the output bad.
 292  */
 293
 294 MPX_LOADSTORE(storel2cn, const, EMPTY, DECL_2CN,
 295               MPW_BITS, (v < vl), GETMPW_2CN,
 296               8, (p < q), PUTOCTETI,
 297               EMPTY, { FLUSHO_2CN; })
 298
 299 /* --- @mpx_loadl2cn@ --- *
 300  *
 301  * Arguments:   @mpw *v, *vl@ = base and limit of destination vector
 302  *              @const void *pp@ = pointer to octet array
 303  *              @size_t sz@ = size of octet array
 304  *
 305  * Returns:     ---
 306  *
 307  * Use:         Loads a negative MP in an octet array, least significant
 308  *              octet first, as two's complement.  High-end octets are
 309  *              ignored if there isn't enough space for them.  This probably
 310  *              means you made the wrong choice coming here.
 311  */
 312
 313 MPX_LOADSTORE(loadl2cn, EMPTY, const, DECL_2CN,
 314               8, (p < q), GETOCTETI,
 315               MPW_BITS, (v < vl), PUTMPW_2CN,
 316               { FIXFINALW_2CN; }, { MPX_ZERO(v, vl); })
 317
 318 /* --- @mpx_storeb2cn@ --- *
 319  *
 320  * Arguments:   @const mpw *v, *vl@ = base and limit of source vector
 321  *              @void *pp@ = pointer to octet array
 322  *              @size_t sz@ = size of octet array
 323  *
 324  * Returns:     ---
 325  *
 326  * Use:         Stores a negative MP in an octet array, most significant
 327  *              octet first, as two's complement.  High-end octets are
 328  *              silently discarded if there isn't enough space for them,
 329  *              which probably isn't what you meant.
 330  */
 331
 332 MPX_LOADSTORE(storeb2cn, const, EMPTY, DECL_2CN,
 333               MPW_BITS, (v < vl), GETMPW_2CN,
 334               8, (p < q), PUTOCTETD,
 335               EMPTY, { FLUSHO_2CN; })
 336
 337 /* --- @mpx_loadb2cn@ --- *
 338  *
 339  * Arguments:   @mpw *v, *vl@ = base and limit of destination vector
 340  *              @const void *pp@ = pointer to octet array
 341  *              @size_t sz@ = size of octet array
 342  *
 343  * Returns:     ---
 344  *
 345  * Use:         Loads a negative MP in an octet array, most significant octet
 346  *              first as two's complement.  High-end octets are ignored if
 347  *              there isn't enough space for them.  This probably means you
 348  *              chose this function wrongly.
 349  */
 350
 351 MPX_LOADSTORE(loadb2cn, EMPTY, const, DECL_2CN,
 352               8, (p < q), GETOCTETD,
 353               MPW_BITS, (v < vl), PUTMPW_2CN,
 354               { FIXFINALW_2CN; }, { MPX_ZERO(v, vl); })
 355
 356 /*----- Logical shifting --------------------------------------------------*/
 357
 358 /* --- @MPX_SHIFT1@ --- *
 359  *
 360  * Arguments:   @init@ = initial accumulator value
 361  *              @out@ = expression to store in each output word
 362  *              @next@ = expression for next accumulator value
 363  *
 364  * Use:         Performs a single-position shift.  The input is scanned
 365  *              right-to-left.  In the expressions @out@ and @next@, the
 366  *              accumulator is available in @w@ and the current input word is
 367  *              in @t@.
 368  *
 369  *              This macro is intended to be used in the @shift1@ argument of
 370  *              @MPX_SHIFTOP@, and expects variables describing the operation
 371  *              to be set up accordingly.
 372  */
 373
 374 #define MPX_SHIFT1(init, out, next) do {                                \
 375   mpw t, w = (init);                                                    \
 376   while (av < avl) {                                                    \
 377     if (dv >= dvl) break;                                               \
 378     t = MPW(*av++);                                                     \
 379     *dv++ = (out);                                                      \
 380     w = (next);                                                         \
 381   }                                                                     \
 382   if (dv < dvl) { *dv++ = MPW(w); MPX_ZERO(dv, dvl); }                  \
 383 } while (0)
 384
 385 /* --- @MPX_SHIFTW@ --- *
 386  *
 387  * Arguments:   @max@ = the maximum shift (in words) which is nontrivial
 388  *              @clear@ = function (or macro) to clear low-order output words
 389  *              @copy@ = statement to copy words from input to output
 390  *
 391  * Use:         Performs a shift by a whole number of words.  If the shift
 392  *              amount is @max@ or more words, then the destination is
 393  *              @clear@ed entirely; otherwise, @copy@ is executed.
 394  *
 395  *              This macro is intended to be used in the @shiftw@ argument of
 396  *              @MPX_SHIFTOP@, and expects variables describing the operation
 397  *              to be set up accordingly.
 398  */
 399
 400 #define MPX_SHIFTW(max, clear, copy) do {                               \
 401   if (nw >= (max)) clear(dv, dvl);                                      \
 402   else copy                                                             \
 403 } while (0)
 404
 405 /* --- @MPX_SHIFTOP@ --- *
 406  *
 407  * Arguments:   @name@ = name of function to define (without `@mpx_@' prefix)
 408  *              @shift1@ = statement to shift by a single bit
 409  *              @shiftw@ = statement to shift by a whole number of words
 410  *              @shift@ = statement to perform a general shift
 411  *
 412  * Use:         Emits a shift operation.  The input is @av@..@avl@; the
 413  *              output is @dv@..@dvl@; and the shift amount (in bits) is
 414  *              @n@.  In @shiftw@ and @shift@, @nw@ and @nb@ are set up such
 415  *              that @n = nw*MPW_BITS + nb@ and @nb < MPW_BITS@.
 416  */
 417
 418 #define MPX_SHIFTOP(name, shift1, shiftw, shift)                        \
 419                                                                         \
 420 void mpx_##name(mpw *dv, mpw *dvl,                                      \
 421                 const mpw *av, const mpw *avl,                          \
 422                 size_t n)                                               \
 423 {                                                                       \
 424                                                                         \
 425   if (n == 0)                                                           \
 426     MPX_COPY(dv, dvl, av, avl);                                         \
 427   else if (n == 1)                                                      \
 428     do shift1 while (0);                                                \
 429   else {                                                                \
 430     size_t nw = n/MPW_BITS;                                             \
 431     unsigned nb = n%MPW_BITS;                                           \
 432     if (!nb) do shiftw while (0);                                       \
 433     else do shift while (0);                                            \
 434   }                                                                     \
 435 }
 436
 437 /* --- @MPX_SHIFT_LEFT@ --- *
 438  *
 439  * Arguments:   @name@ = name of function to define (without `@mpx_@' prefix)
 440  *              @init1@ = initializer for single-bit shift accumulator
 441  *              @clear@ = function (or macro) to clear low-order output words
 442  *              @flush@ = expression for low-order nontrivial output word
 443  *
 444  * Use:         Emits a left-shift operation.  This expands to a call on
 445  *              @MPX_SHIFTOP@, but implements the complicated @shift@
 446  *              statement.
 447  *
 448  *              The @init1@ argument is as for @MPX_SHIFT1@, and @clear@ is
 449  *              as for @MPX_SHIFTW@ (though is used elsewhere).  In a general
 450  *              shift, @nw@ whole low-order output words are set using
 451  *              @clear@; high-order words are zeroed; and the remaining words
 452  *              set with a left-to-right pass across the input; at the end of
 453  *              the operation, the least significant output word above those
 454  *              @clear@ed is set using @flush@, which may use the accumulator
 455  *              @w@ = @av[0] << nb@.
 456  */
 457
 458 #define MPX_SHIFT_LEFT(name, init1, clear, flush)                       \
 459 MPX_SHIFTOP(name, {                                                     \
 460   MPX_SHIFT1(init1,                                                     \
 461              w | (t << 1),                                              \
 462              t >> (MPW_BITS - 1));                                      \
 463 }, {                                                                    \
 464   MPX_SHIFTW(dvl - dv, clear, {                                         \
 465     MPX_COPY(dv + nw, dvl, av, avl);                                    \
 466     clear(dv, dv + nw);                                                 \
 467   });                                                                   \
 468 }, {                                                                    \
 469   size_t nr = MPW_BITS - nb;                                            \
 470   size_t dvn = dvl - dv;                                                \
 471   size_t avn = avl - av;                                                \
 472   mpw w;                                                                \
 473                                                                         \
 474   if (dvn <= nw) {                                                      \
 475     clear(dv, dvl);                                                     \
 476     break;                                                              \
 477   }                                                                     \
 478                                                                         \
 479   if (dvn <= avn + nw) {                                                \
 480     avl = av + dvn - nw;                                                \
 481     w = *--avl << nb;                                                   \
 482   } else {                                                              \
 483     size_t off = avn + nw + 1;                                          \
 484     MPX_ZERO(dv + off, dvl);                                            \
 485     dvl = dv + off;                                                     \
 486     w = 0;                                                              \
 487   }                                                                     \
 488                                                                         \
 489   while (avl > av) {                                                    \
 490     mpw t = *--avl;                                                     \
 491     *--dvl = MPW(w | (t >> nr));                                        \
 492     w = t << nb;                                                        \
 493   }                                                                     \
 494                                                                         \
 495   *--dvl = MPW(flush);                                                  \
 496   clear(dv, dvl);                                                       \
 497 })
 498
 499 /* --- @mpx_lsl@ --- *
 500  *
 501  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 502  *              @const mpw *av, *avl@ = source vector base and limit
 503  *              @size_t n@ = number of bit positions to shift by
 504  *
 505  * Returns:     ---
 506  *
 507  * Use:         Performs a logical shift left operation on an integer.
 508  */
 509
 510 MPX_SHIFT_LEFT(lsl, 0, MPX_ZERO, w)
 511
 512 /* --- @mpx_lslc@ --- *
 513  *
 514  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 515  *              @const mpw *av, *avl@ = source vector base and limit
 516  *              @size_t n@ = number of bit positions to shift by
 517  *
 518  * Returns:     ---
 519  *
 520  * Use:         Performs a logical shift left operation on an integer, only
 521  *              it fills in the bits with ones instead of zeroes.
 522  */
 523
 524 MPX_SHIFT_LEFT(lslc, 1, MPX_ONE, w | (MPW_MAX >> nr))
 525
 526 /* --- @mpx_lsr@ --- *
 527  *
 528  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 529  *              @const mpw *av, *avl@ = source vector base and limit
 530  *              @size_t n@ = number of bit positions to shift by
 531  *
 532  * Returns:     ---
 533  *
 534  * Use:         Performs a logical shift right operation on an integer.
 535  */
 536
 537 MPX_SHIFTOP(lsr, {
 538   MPX_SHIFT1(av < avl ? *av++ >> 1 : 0,
 539              w | (t << (MPW_BITS - 1)),
 540              t >> 1);
 541 }, {
 542   MPX_SHIFTW(avl - av, MPX_ZERO,
 543              { MPX_COPY(dv, dvl, av + nw, avl); });
 544 }, {
 545   size_t nr = MPW_BITS - nb;
 546   mpw w;
 547
 548   if (nw >= avl - av)
 549     w = 0;
 550   else {
 551     av += nw;
 552     w = *av++;
 553
 554     while (av < avl) {
 555       mpw t;
 556       if (dv >= dvl) goto done;
 557       t = *av++;
 558       *dv++ = MPW((w >> nb) | (t << nr));
 559       w = t;
 560     }
 561   }
 562
 563   if (dv < dvl) {
 564     *dv++ = MPW(w >> nb);
 565     MPX_ZERO(dv, dvl);
 566   }
 567 done:;
 568 })
 569
 570 /*----- Bitwise operations ------------------------------------------------*/
 571
 572 /* --- @mpx_bitop@ --- *
 573  *
 574  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector
 575  *              @const mpw *av, *avl@ = first source vector
 576  *              @const mpw *bv, *bvl@ = second source vector
 577  *
 578  * Returns:     ---
 579  *
 580  * Use;         Provides the dyadic boolean functions.
 581  */
 582
 583 #define MPX_BITBINOP(string)                                            \
 584                                                                         \
 585 void mpx_bit##string(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl,  \
 586                      const mpw *bv, const mpw *bvl)                     \
 587 {                                                                       \
 588   MPX_SHRINK(av, avl);                                                  \
 589   MPX_SHRINK(bv, bvl);                                                  \
 590                                                                         \
 591   while (dv < dvl) {                                                    \
 592     mpw a, b;                                                           \
 593     a = (av < avl) ? *av++ : 0;                                         \
 594     b = (bv < bvl) ? *bv++ : 0;                                         \
 595     *dv++ = B##string(a, b);                                            \
 596     IGNORE(a); IGNORE(b);                                               \
 597   }                                                                     \
 598 }
 599
 600 MPX_DOBIN(MPX_BITBINOP)
 601
 602 void mpx_not(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl)
 603 {
 604   MPX_SHRINK(av, avl);
 605
 606   while (dv < dvl) {
 607     mpw a;
 608     a = (av < avl) ? *av++ : 0;
 609     *dv++ = ~a;
 610   }
 611 }
 612
 613 /*----- Unsigned arithmetic -----------------------------------------------*/
 614
 615 /* --- @mpx_2c@ --- *
 616  *
 617  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector
 618  *              @const mpw *v, *vl@ = source vector
 619  *
 620  * Returns:     ---
 621  *
 622  * Use:         Calculates the two's complement of @v@.
 623  */
 624
 625 void mpx_2c(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *v, const mpw *vl)
 626 {
 627   mpw c = 0;
 628   while (dv < dvl && v < vl)
 629     *dv++ = c = MPW(~*v++);
 630   if (dv < dvl) {
 631     if (c > MPW_MAX / 2)
 632       c = MPW(~0);
 633     while (dv < dvl)
 634       *dv++ = c;
 635   }
 636   MPX_UADDN(dv, dvl, 1);
 637 }
 638
 639 /* --- @mpx_ueq@ --- *
 640  *
 641  * Arguments:   @const mpw *av, *avl@ = first argument vector base and limit
 642  *              @const mpw *bv, *bvl@ = second argument vector base and limit
 643  *
 644  * Returns:     Nonzero if the two vectors are equal.
 645  *
 646  * Use:         Performs an unsigned integer test for equality.
 647  */
 648
 649 int mpx_ueq(const mpw *av, const mpw *avl, const mpw *bv, const mpw *bvl)
 650 {
 651   MPX_SHRINK(av, avl);
 652   MPX_SHRINK(bv, bvl);
 653   if (avl - av != bvl - bv)
 654     return (0);
 655   while (av < avl) {
 656     if (*av++ != *bv++)
 657       return (0);
 658   }
 659   return (1);
 660 }
 661
 662 /* --- @mpx_ucmp@ --- *
 663  *
 664  * Arguments:   @const mpw *av, *avl@ = first argument vector base and limit
 665  *              @const mpw *bv, *bvl@ = second argument vector base and limit
 666  *
 667  * Returns:     Less than, equal to, or greater than zero depending on
 668  *              whether @a@ is less than, equal to or greater than @b@,
 669  *              respectively.
 670  *
 671  * Use:         Performs an unsigned integer comparison.
 672  */
 673
 674 int mpx_ucmp(const mpw *av, const mpw *avl, const mpw *bv, const mpw *bvl)
 675 {
 676   MPX_SHRINK(av, avl);
 677   MPX_SHRINK(bv, bvl);
 678
 679   if (avl - av > bvl - bv)
 680     return (+1);
 681   else if (avl - av < bvl - bv)
 682     return (-1);
 683   else while (avl > av) {
 684     mpw a = *--avl, b = *--bvl;
 685     if (a > b)
 686       return (+1);
 687     else if (a < b)
 688       return (-1);
 689   }
 690   return (0);
 691 }
 692
 693 /* --- @mpx_uadd@ --- *
 694  *
 695  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 696  *              @const mpw *av, *avl@ = first addend vector base and limit
 697  *              @const mpw *bv, *bvl@ = second addend vector base and limit
 698  *
 699  * Returns:     ---
 700  *
 701  * Use:         Performs unsigned integer addition.  If the result overflows
 702  *              the destination vector, high-order bits are discarded.  This
 703  *              means that two's complement addition happens more or less for
 704  *              free, although that's more a side-effect than anything else.
 705  *              The result vector may be equal to either or both source
 706  *              vectors, but may not otherwise overlap them.
 707  */
 708
 709 void mpx_uadd(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl,
 710               const mpw *bv, const mpw *bvl)
 711 {
 712   mpw c = 0;
 713
 714   while (av < avl || bv < bvl) {
 715     mpw a, b;
 716     mpd x;
 717     if (dv >= dvl)
 718       return;
 719     a = (av < avl) ? *av++ : 0;
 720     b = (bv < bvl) ? *bv++ : 0;
 721     x = (mpd)a + (mpd)b + c;
 722     *dv++ = MPW(x);
 723     c = x >> MPW_BITS;
 724   }
 725   if (dv < dvl) {
 726     *dv++ = c;
 727     MPX_ZERO(dv, dvl);
 728   }
 729 }
 730
 731 /* --- @mpx_uaddn@ --- *
 732  *
 733  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = source and destination base and limit
 734  *              @mpw n@ = other addend
 735  *
 736  * Returns:     ---
 737  *
 738  * Use:         Adds a small integer to a multiprecision number.
 739  */
 740
 741 void mpx_uaddn(mpw *dv, mpw *dvl, mpw n) { MPX_UADDN(dv, dvl, n); }
 742
 743 /* --- @mpx_uaddnlsl@ --- *
 744  *
 745  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination and first argument vector
 746  *              @mpw a@ = second argument
 747  *              @unsigned o@ = offset in bits
 748  *
 749  * Returns:     ---
 750  *
 751  * Use:         Computes %$d + 2^o a$%.  If the result overflows then
 752  *              high-order bits are discarded, as usual.  We must have
 753  *              @0 < o < MPW_BITS@.
 754  */
 755
 756 void mpx_uaddnlsl(mpw *dv, mpw *dvl, mpw a, unsigned o)
 757 {
 758   mpd x = (mpd)a << o;
 759
 760   while (x && dv < dvl) {
 761     x += *dv;
 762     *dv++ = MPW(x);
 763     x >>= MPW_BITS;
 764   }
 765 }
 766
 767 /* --- @mpx_usub@ --- *
 768  *
 769  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 770  *              @const mpw *av, *avl@ = first argument vector base and limit
 771  *              @const mpw *bv, *bvl@ = second argument vector base and limit
 772  *
 773  * Returns:     ---
 774  *
 775  * Use:         Performs unsigned integer subtraction.  If the result
 776  *              overflows the destination vector, high-order bits are
 777  *              discarded.  This means that two's complement subtraction
 778  *              happens more or less for free, althuogh that's more a side-
 779  *              effect than anything else.  The result vector may be equal to
 780  *              either or both source vectors, but may not otherwise overlap
 781  *              them.
 782  */
 783
 784 void mpx_usub(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl,
 785               const mpw *bv, const mpw *bvl)
 786 {
 787   mpw c = 0;
 788
 789   while (av < avl || bv < bvl) {
 790     mpw a, b;
 791     mpd x;
 792     if (dv >= dvl)
 793       return;
 794     a = (av < avl) ? *av++ : 0;
 795     b = (bv < bvl) ? *bv++ : 0;
 796     x = (mpd)a - (mpd)b - c;
 797     *dv++ = MPW(x);
 798     if (x >> MPW_BITS)
 799       c = 1;
 800     else
 801       c = 0;
 802   }
 803   if (c)
 804     c = MPW_MAX;
 805   while (dv < dvl)
 806     *dv++ = c;
 807 }
 808
 809 /* --- @mpx_usubn@ --- *
 810  *
 811  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = source and destination base and limit
 812  *              @n@ = subtrahend
 813  *
 814  * Returns:     ---
 815  *
 816  * Use:         Subtracts a small integer from a multiprecision number.
 817  */
 818
 819 void mpx_usubn(mpw *dv, mpw *dvl, mpw n) { MPX_USUBN(dv, dvl, n); }
 820
 821 /* --- @mpx_usubnlsl@ --- *
 822  *
 823  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination and first argument vector
 824  *              @mpw a@ = second argument
 825  *              @unsigned o@ = offset in bits
 826  *
 827  * Returns:     ---
 828  *
 829  * Use:         Computes %$d + 2^o a$%.  If the result overflows then
 830  *              high-order bits are discarded, as usual.  We must have
 831  *              @0 < o < MPW_BITS@.
 832  */
 833
 834 void mpx_usubnlsl(mpw *dv, mpw *dvl, mpw a, unsigned o)
 835 {
 836   mpw b = a >> (MPW_BITS - o);
 837   a <<= o;
 838
 839   if (dv < dvl) {
 840     mpd x = (mpd)*dv - MPW(a);
 841     *dv++ = MPW(x);
 842     if (x >> MPW_BITS)
 843       b++;
 844     MPX_USUBN(dv, dvl, b);
 845   }
 846 }
 847
 848 /* --- @mpx_umul@ --- *
 849  *
 850  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 851  *              @const mpw *av, *avl@ = multiplicand vector base and limit
 852  *              @const mpw *bv, *bvl@ = multiplier vector base and limit
 853  *
 854  * Returns:     ---
 855  *
 856  * Use:         Performs unsigned integer multiplication.  If the result
 857  *              overflows the desination vector, high-order bits are
 858  *              discarded.  The result vector may not overlap the argument
 859  *              vectors in any way.
 860  */
 861
 862 CPU_DISPATCH(EMPTY, (void), void, mpx_umul,
 863              (mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl,
 864               const mpw *bv, const mpw *bvl),
 865              (dv, dvl, av, avl, bv, bvl), pick_umul, simple_umul);
 866
 867 static void simple_umul(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl,
 868                         const mpw *bv, const mpw *bvl)
 869 {
 870   /* --- This is probably worthwhile on a multiply --- */
 871
 872   MPX_SHRINK(av, avl);
 873   MPX_SHRINK(bv, bvl);
 874
 875   /* --- Deal with a multiply by zero --- */
 876
 877   if (bv == bvl) {
 878     MPX_ZERO(dv, dvl);
 879     return;
 880   }
 881
 882   /* --- Do the initial multiply and initialize the accumulator --- */
 883
 884   MPX_UMULN(dv, dvl, av, avl, *bv++);
 885
 886   /* --- Do the remaining multiply/accumulates --- */
 887
 888   while (dv < dvl && bv < bvl) {
 889     mpw m = *bv++;
 890     mpw c = 0;
 891     const mpw *avv = av;
 892     mpw *dvv = ++dv;
 893
 894     while (avv < avl) {
 895       mpd x;
 896       if (dvv >= dvl)
 897         goto next;
 898       x = (mpd)*dvv + (mpd)m * (mpd)*avv++ + c;
 899       *dvv++ = MPW(x);
 900       c = x >> MPW_BITS;
 901     }
 902     MPX_UADDN(dvv, dvl, c);
 903   next:;
 904   }
 905 }
 906
 907 #define MAYBE_UMUL4(impl)                                               \
 908   extern void mpx_umul4_##impl(mpw */*dv*/,                             \
 909                                const mpw */*av*/, const mpw */*avl*/,   \
 910                                const mpw */*bv*/, const mpw */*bvl*/);  \
 911   static void maybe_umul4_##impl(mpw *dv, mpw *dvl,                     \
 912                                  const mpw *av, const mpw *avl,         \
 913                                  const mpw *bv, const mpw *bvl)         \
 914   {                                                                     \
 915     size_t an = avl - av, bn = bvl - bv, dn = dvl - dv;                 \
 916     if (!an || an%4 != 0 || !bn || bn%4 != 0 || dn < an + bn)           \
 917       simple_umul(dv, dvl, av, avl, bv, bvl);                           \
 918     else {                                                              \
 919       mpx_umul4_##impl(dv, av, avl, bv, bvl);                           \
 920       MPX_ZERO(dv + an + bn, dvl);                                      \
 921     }                                                                   \
 922   }
 923
 924 #if CPUFAM_X86
 925   MAYBE_UMUL4(x86_sse2)
 926   MAYBE_UMUL4(x86_avx)
 927 #endif
 928
 929 #if CPUFAM_AMD64
 930   MAYBE_UMUL4(amd64_sse2)
 931   MAYBE_UMUL4(amd64_avx)
 932 #endif
 933
 934 #if CPUFAM_ARMEL
 935   MAYBE_UMUL4(arm_neon)
 936 #endif
 937
 938 #if CPUFAM_ARM64
 939   MAYBE_UMUL4(arm64_simd)
 940 #endif
 941
 942 static mpx_umul__functype *pick_umul(void)
 943 {
 944 #if CPUFAM_X86
 945   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_x86_avx,
 946                      cpu_feature_p(CPUFEAT_X86_AVX));
 947   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_x86_sse2,
 948                      cpu_feature_p(CPUFEAT_X86_SSE2));
 949 #endif
 950 #if CPUFAM_AMD64
 951   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_amd64_avx,
 952                      cpu_feature_p(CPUFEAT_X86_AVX));
 953   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_amd64_sse2,
 954                      cpu_feature_p(CPUFEAT_X86_SSE2));
 955 #endif
 956 #if CPUFAM_ARMEL
 957   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_arm_neon,
 958                      cpu_feature_p(CPUFEAT_ARM_NEON));
 959 #endif
 960 #if CPUFAM_ARM64
 961   DISPATCH_PICK_COND(mpx_umul, maybe_umul4_arm64_simd, 1);
 962 #endif
 963   DISPATCH_PICK_FALLBACK(mpx_umul, simple_umul);
 964 }
 965
 966 /* --- @mpx_umuln@ --- *
 967  *
 968  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
 969  *              @const mpw *av, *avl@ = multiplicand vector base and limit
 970  *              @mpw m@ = multiplier
 971  *
 972  * Returns:     ---
 973  *
 974  * Use:         Multiplies a multiprecision integer by a single-word value.
 975  *              The destination and source may be equal.  The destination
 976  *              is completely cleared after use.
 977  */
 978
 979 void mpx_umuln(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl, mpw m)
 980   { MPX_UMULN(dv, dvl, av, avl, m); }
 981
 982 /* --- @mpx_umlan@ --- *
 983  *
 984  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination/accumulator base and limit
 985  *              @const mpw *av, *avl@ = multiplicand vector base and limit
 986  *              @mpw m@ = multiplier
 987  *
 988  * Returns:     ---
 989  *
 990  * Use:         Multiplies a multiprecision integer by a single-word value
 991  *              and adds the result to an accumulator.
 992  */
 993
 994 void mpx_umlan(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl, mpw m)
 995   { MPX_UMLAN(dv, dvl, av, avl, m); }
 996
 997 /* --- @mpx_usqr@ --- *
 998  *
 999  * Arguments:   @mpw *dv, *dvl@ = destination vector base and limit
1000  *              @const mpw *av, *av@ = source vector base and limit
1001  *
1002  * Returns:     ---
1003  *
1004  * Use:         Performs unsigned integer squaring.  The result vector must
1005  *              not overlap the source vector in any way.
1006  */
1007
1008 void mpx_usqr(mpw *dv, mpw *dvl, const mpw *av, const mpw *avl)
1009 {
1010   MPX_ZERO(dv, dvl);
1011
1012   /* --- Main loop --- */
1013
1014   while (av < avl) {
1015     const mpw *avv = av;
1016     mpw *dvv = dv;
1017     mpw a = *av;
1018     mpd c;
1019
1020     /* --- Stop if I've run out of destination --- */
1021
1022     if (dvv >= dvl)
1023       break;
1024
1025     /* --- Work out the square at this point in the proceedings --- */
1026
1027     {
1028       mpd x = (mpd)a * (mpd)a + *dvv;
1029       *dvv++ = MPW(x);
1030       c = MPW(x >> MPW_BITS);
1031     }
1032
1033     /* --- Now fix up the rest of the vector upwards --- */
1034
1035     avv++;
1036     while (dvv < dvl && avv < avl) {
1037       mpd x = (mpd)a * (mpd)*avv++;
1038       mpd y = ((x << 1) & MPW_MAX) + c + *dvv;
1039       c = (x >> (MPW_BITS - 1)) + (y >> MPW_BITS);
1040       *dvv++ = MPW(y);
1041     }
1042     while (dvv < dvl && c) {
1043       mpd x = c + *dvv;
1044       *dvv++ = MPW(x);
1045       c = x >> MPW_BITS;
1046     }
1047
1048     /* --- Get ready for the next round --- */
1049
1050     av++;
1051     dv += 2;
1052   }
1053 }
1054
1055 /* --- @mpx_udiv@ --- *
1056  *
1057  * Arguments:   @mpw *qv, *qvl@ = quotient vector base and limit
1058  *              @mpw *rv, *rvl@ = dividend/remainder vector base and limit
1059  *              @const mpw *dv, *dvl@ = divisor vector base and limit
1060  *              @mpw *sv, *svl@ = scratch workspace
1061  *
1062  * Returns:     ---
1063  *
1064  * Use:         Performs unsigned integer division.  If the result overflows
1065  *              the quotient vector, high-order bits are discarded.  (Clearly
1066  *              the remainder vector can't overflow.)  The various vectors
1067  *              may not overlap in any way.  Yes, I know it's a bit odd
1068  *              requiring the dividend to be in the result position but it
1069  *              does make some sense really.  The remainder must have
1070  *              headroom for at least two extra words.  The scratch space
1071  *              must be at least one word larger than the divisor.
1072  */
1073
1074 void mpx_udiv(mpw *qv, mpw *qvl, mpw *rv, mpw *rvl,
1075               const mpw *dv, const mpw *dvl,
1076               mpw *sv, mpw *svl)
1077 {
1078   unsigned norm = 0;
1079   size_t scale;
1080   mpw d, dd;
1081
1082   /* --- Initialize the quotient --- */
1083
1084   MPX_ZERO(qv, qvl);
1085
1086   /* --- Perform some sanity checks --- */
1087
1088   MPX_SHRINK(dv, dvl);
1089   assert(((void)"division by zero in mpx_udiv", dv < dvl));
1090
1091   /* --- Normalize the divisor --- *
1092    *
1093    * The algorithm requires that the divisor be at least two digits long.
1094    * This is easy to fix.
1095    */
1096
1097   {
1098     unsigned b;
1099
1100     d = dvl[-1];
1101     for (b = MPW_P2; b; b >>= 1) {
1102       if (d <= (MPW_MAX >> b)) {
1103         d <<= b;
1104         norm += b;
1105       }
1106     }
1107     if (dv + 1 == dvl)
1108       norm += MPW_BITS;
1109   }
1110
1111   /* --- Normalize the dividend/remainder to match --- */
1112
1113   if (norm) {
1114     mpx_lsl(rv, rvl, rv, rvl, norm);
1115     mpx_lsl(sv, svl, dv, dvl, norm);
1116     dv = sv;
1117     dvl = svl;
1118     MPX_SHRINK(dv, dvl);
1119   }
1120
1121   MPX_SHRINK(rv, rvl);
1122   d = dvl[-1];
1123   dd = dvl[-2];
1124
1125   /* --- Work out the relative scales --- */
1126
1127   {
1128     size_t rvn = rvl - rv;
1129     size_t dvn = dvl - dv;
1130
1131     /* --- If the divisor is clearly larger, notice this --- */
1132
1133     if (dvn > rvn) {
1134       mpx_lsr(rv, rvl, rv, rvl, norm);
1135       return;
1136     }
1137
1138     scale = rvn - dvn;
1139   }
1140
1141   /* --- Calculate the most significant quotient digit --- *
1142    *
1143    * Because the divisor has its top bit set, this can only happen once.  The
1144    * pointer arithmetic is a little contorted, to make sure that the
1145    * behaviour is defined.
1146    */
1147
1148   if (MPX_UCMP(rv + scale, rvl, >=, dv, dvl)) {
1149     mpx_usub(rv + scale, rvl, rv + scale, rvl, dv, dvl);
1150     if (qvl - qv > scale)
1151       qv[scale] = 1;
1152   }
1153
1154   /* --- Now for the main loop --- */
1155
1156   {
1157     mpw *rvv = rvl - 2;
1158
1159     while (scale) {
1160       mpw q;
1161       mpd rh;
1162
1163       /* --- Get an estimate for the next quotient digit --- */
1164
1165       mpw r = rvv[1];
1166       mpw rr = rvv[0];
1167       mpw rrr = *--rvv;
1168
1169       scale--;
1170       rh = ((mpd)r << MPW_BITS) | rr;
1171       if (r == d)
1172         q = MPW_MAX;
1173       else
1174         q = MPW(rh / d);
1175
1176       /* --- Refine the estimate --- */
1177
1178       {
1179         mpd yh = (mpd)d * q;
1180         mpd yy = (mpd)dd * q;
1181         mpw yl;
1182
1183         if (yy > MPW_MAX)
1184           yh += yy >> MPW_BITS;
1185         yl = MPW(yy);
1186
1187         while (yh > rh || (yh == rh && yl > rrr)) {
1188           q--;
1189           yh -= d;
1190           if (yl < dd)
1191             yh--;
1192           yl = MPW(yl - dd);
1193         }
1194       }
1195
1196       /* --- Remove a chunk from the dividend --- */
1197
1198       {
1199         mpw *svv;
1200         const mpw *dvv;
1201         mpw mc = 0, sc = 0;
1202
1203         /* --- Calculate the size of the chunk --- *
1204          *
1205          * This does the whole job of calculating @r >> scale - qd@.
1206          */
1207
1208         for (svv = rv + scale, dvv = dv;
1209              dvv < dvl && svv < rvl;
1210              svv++, dvv++) {
1211           mpd x = (mpd)*dvv * (mpd)q + mc;
1212           mc = x >> MPW_BITS;
1213           x = (mpd)*svv - MPW(x) - sc;
1214           *svv = MPW(x);
1215           if (x >> MPW_BITS)
1216             sc = 1;
1217           else
1218             sc = 0;
1219         }
1220
1221         if (svv < rvl) {
1222           mpd x = (mpd)*svv - mc - sc;
1223           *svv++ = MPW(x);
1224           if (x >> MPW_BITS)
1225             sc = MPW_MAX;
1226           else
1227             sc = 0;
1228           while (svv < rvl)
1229             *svv++ = sc;
1230         }
1231
1232         /* --- Fix if the quotient was too large --- *
1233          *
1234          * This doesn't seem to happen very often.
1235          */
1236
1237         if (rvl[-1] > MPW_MAX / 2) {
1238           mpx_uadd(rv + scale, rvl, rv + scale, rvl, dv, dvl);
1239           q--;
1240         }
1241       }
1242
1243       /* --- Done for another iteration --- */
1244
1245       if (qvl - qv > scale)
1246         qv[scale] = q;
1247       r = rr;
1248       rr = rrr;
1249     }
1250   }
1251
1252   /* --- Now fiddle with unnormalizing and things --- */
1253
1254   mpx_lsr(rv, rvl, rv, rvl, norm);
1255 }
1256
1257 /* --- @mpx_udivn@ --- *
1258  *
1259  * Arguments:   @mpw *qv, *qvl@ = storage for the quotient (may overlap
1260  *                      dividend)
1261  *              @const mpw *rv, *rvl@ = dividend
1262  *              @mpw d@ = single-precision divisor
1263  *
1264  * Returns:     Remainder after divison.
1265  *
1266  * Use:         Performs a single-precision division operation.
1267  */
1268
1269 mpw mpx_udivn(mpw *qv, mpw *qvl, const mpw *rv, const mpw *rvl, mpw d)
1270 {
1271   size_t i;
1272   size_t ql = qvl - qv;
1273   mpd r = 0;
1274
1275   i = rvl - rv;
1276   while (i > 0) {
1277     i--;
1278     r = (r << MPW_BITS) | rv[i];
1279     if (i < ql)
1280       qv[i] = r / d;
1281     r %= d;
1282   }
1283   return (MPW(r));
1284 }
1285
1286 /*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
1287
1288 #ifdef TEST_RIG
1289
1290 #include <mLib/alloc.h>
1291 #include <mLib/dstr.h>
1292 #include <mLib/macros.h>
1293 #include <mLib/quis.h>
1294 #include <mLib/testrig.h>
1295
1296 #ifdef ENABLE_ASM_DEBUG
1297 #  include "regdump.h"
1298 #endif
1299
1300 #include "mpscan.h"
1301
1302 #define ALLOC(v, vl, sz) do {                                           \
1303   size_t _sz = (sz);                                                    \
1304   mpw *_vv = xmalloc(MPWS(_sz));                                        \
1305   mpw *_vvl = _vv + _sz;                                                \
1306   memset(_vv, 0xa5, MPWS(_sz));                                         \
1307   (v) = _vv;                                                            \
1308   (vl) = _vvl;                                                          \
1309 } while (0)
1310
1311 #define LOAD(v, vl, d) do {                                             \
1312   const dstr *_d = (d);                                                 \
1313   mpw *_v, *_vl;                                                        \
1314   ALLOC(_v, _vl, MPW_RQ(_d->len));                                      \
1315   mpx_loadb(_v, _vl, _d->buf, _d->len);                                 \
1316   (v) = _v;                                                             \
1317   (vl) = _vl;                                                           \
1318 } while (0)
1319
1320 #define MAX(x, y) ((x) > (y) ? (x) : (y))
1321
1322 static void dumpbits(const char *msg, const void *pp, size_t sz)
1323 {
1324   const octet *p = pp;
1325   fputs(msg, stderr);
1326   for (; sz; sz--)
1327     fprintf(stderr, " %02x", *p++);
1328   fputc('\n', stderr);
1329 }
1330
1331 static void dumpmp(const char *msg, const mpw *v, const mpw *vl)
1332 {
1333   fputs(msg, stderr);
1334   MPX_SHRINK(v, vl);
1335   while (v < vl)
1336     fprintf(stderr, " %08lx", (unsigned long)*--vl);
1337   fputc('\n', stderr);
1338 }
1339
1340 static int chkscan(const mpw *v, const mpw *vl,
1341                    const void *pp, size_t sz, int step)
1342 {
1343   mpscan mps;
1344   const octet *p = pp;
1345   unsigned bit = 0;
1346   int ok = 1;
1347
1348   mpscan_initx(&mps, v, vl);
1349   while (sz) {
1350     unsigned x = *p;
1351     int i;
1352     p += step;
1353     for (i = 0; i < 8 && MPSCAN_STEP(&mps); i++) {
1354       if (MPSCAN_BIT(&mps) != (x & 1)) {
1355         fprintf(stderr,
1356                 "\n*** error, step %i, bit %u, expected %u, found %u\n",
1357                 step, bit, x & 1, MPSCAN_BIT(&mps));
1358         ok = 0;
1359       }
1360       x >>= 1;
1361       bit++;
1362     }
1363     sz--;
1364   }
1365
1366   return (ok);
1367 }
1368
1369 static int loadstore(dstr *v)
1370 {
1371   dstr d = DSTR_INIT;
1372   size_t sz = MPW_RQ(v->len) * 2, diff;
1373   mpw *m, *ml;
1374   int ok = 1;
1375
1376   dstr_ensure(&d, v->len);
1377   m = xmalloc(MPWS(sz));
1378
1379   for (diff = 0; diff < sz; diff += 5) {
1380     size_t oct;
1381
1382     ml = m + sz - diff;
1383
1384     mpx_loadl(m, ml, v->buf, v->len);
1385     if (!chkscan(m, ml, v->buf, v->len, +1))
1386       ok = 0;
1387     MPX_OCTETS(oct, m, ml);
1388     mpx_storel(m, ml, d.buf, d.sz);
1389     if (MEMCMP(d.buf, !=, v->buf, oct)) {
1390       dumpbits("\n*** storel failed", d.buf, d.sz);
1391       ok = 0;
1392     }
1393
1394     mpx_loadb(m, ml, v->buf, v->len);
1395     if (!chkscan(m, ml, v->buf + v->len - 1, v->len, -1))
1396       ok = 0;
1397     MPX_OCTETS(oct, m, ml);
1398     mpx_storeb(m, ml, d.buf, d.sz);
1399     if (MEMCMP(d.buf + d.sz - oct, !=, v->buf + v->len - oct, oct)) {
1400       dumpbits("\n*** storeb failed", d.buf, d.sz);
1401       ok = 0;
1402     }
1403   }
1404
1405   if (!ok)
1406     dumpbits("input data", v->buf, v->len);
1407
1408   xfree(m);
1409   dstr_destroy(&d);
1410   return (ok);
1411 }
1412
1413 static int twocl(dstr *v)
1414 {
1415   dstr d = DSTR_INIT;
1416   mpw *m, *ml0, *ml1;
1417   size_t sz0, sz1, szmax;
1418   int ok = 1;
1419   int i;
1420
1421   sz0 = MPW_RQ(v[0].len); sz1 = MPW_RQ(v[1].len);
1422   dstr_ensure(&d, v[0].len > v[1].len ? v[0].len : v[1].len);
1423
1424   szmax = sz0 > sz1 ? sz0 : sz1;
1425   m = xmalloc(MPWS(szmax));
1426   ml0 = m + sz0; ml1 = m + sz1;
1427
1428   for (i = 0; i < 2; i++) {
1429     if (i) ml0 = ml1 = m + szmax;
1430
1431     mpx_loadl(m, ml0, v[0].buf, v[0].len);
1432     mpx_storel2cn(m, ml0, d.buf, v[1].len);
1433     if (MEMCMP(d.buf, !=, v[1].buf, v[1].len)) {
1434       dumpbits("\n*** storel2cn failed", d.buf, v[1].len);
1435       ok = 0;
1436     }
1437
1438     mpx_loadl2cn(m, ml1, v[1].buf, v[1].len);
1439     mpx_storel(m, ml1, d.buf, v[0].len);
1440     if (MEMCMP(d.buf, !=, v[0].buf, v[0].len)) {
1441       dumpbits("\n*** loadl2cn failed", d.buf, v[0].len);
1442       ok = 0;
1443     }
1444   }
1445
1446   if (!ok) {
1447     dumpbits("pos", v[0].buf, v[0].len);
1448     dumpbits("neg", v[1].buf, v[1].len);
1449   }
1450
1451   xfree(m);
1452   dstr_destroy(&d);
1453
1454   return (ok);
1455 }
1456
1457 static int twocb(dstr *v)
1458 {
1459   dstr d = DSTR_INIT;
1460   mpw *m, *ml0, *ml1;
1461   size_t sz0, sz1, szmax;
1462   int ok = 1;
1463   int i;
1464
1465   sz0 = MPW_RQ(v[0].len); sz1 = MPW_RQ(v[1].len);
1466   dstr_ensure(&d, v[0].len > v[1].len ? v[0].len : v[1].len);
1467
1468   szmax = sz0 > sz1 ? sz0 : sz1;
1469   m = xmalloc(MPWS(szmax));
1470   ml0 = m + sz0; ml1 = m + sz1;
1471
1472   for (i = 0; i < 2; i++) {
1473     if (i) ml0 = ml1 = m + szmax;
1474
1475     mpx_loadb(m, ml0, v[0].buf, v[0].len);
1476     mpx_storeb2cn(m, ml0, d.buf, v[1].len);
1477     if (MEMCMP(d.buf, !=, v[1].buf, v[1].len)) {
1478       dumpbits("\n*** storeb2cn failed", d.buf, v[1].len);
1479       ok = 0;
1480     }
1481
1482     mpx_loadb2cn(m, ml1, v[1].buf, v[1].len);
1483     mpx_storeb(m, ml1, d.buf, v[0].len);
1484     if (MEMCMP(d.buf, !=, v[0].buf, v[0].len)) {
1485       dumpbits("\n*** loadb2cn failed", d.buf, v[0].len);
1486       ok = 0;
1487     }
1488   }
1489
1490   if (!ok) {
1491     dumpbits("pos", v[0].buf, v[0].len);
1492     dumpbits("neg", v[1].buf, v[1].len);
1493   }
1494
1495   xfree(m);
1496   dstr_destroy(&d);
1497
1498   return (ok);
1499 }
1500
1501 static int lsl(dstr *v)
1502 {
1503   mpw *a, *al;
1504   int n = *(int *)v[1].buf;
1505   mpw *c, *cl;
1506   mpw *d, *dl;
1507   int ok = 1;
1508
1509   LOAD(a, al, &v[0]);
1510   LOAD(c, cl, &v[2]);
1511   ALLOC(d, dl, al - a + (n + MPW_BITS - 1) / MPW_BITS);
1512
1513   mpx_lsl(d, dl, a, al, n);
1514   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1515     fprintf(stderr, "\n*** lsl(%i) failed\n", n);
1516     dumpmp("       a", a, al);
1517     dumpmp("expected", c, cl);
1518     dumpmp("  result", d, dl);
1519     ok = 0;
1520   }
1521
1522   xfree(a); xfree(c); xfree(d);
1523   return (ok);
1524 }
1525
1526 static int lslc(dstr *v)
1527 {
1528   mpw *a, *al;
1529   int n = *(int *)v[1].buf;
1530   mpw *c, *cl;
1531   mpw *d, *dl;
1532   int ok = 1;
1533
1534   LOAD(a, al, &v[0]);
1535   LOAD(c, cl, &v[2]);
1536   ALLOC(d, dl, al - a + (n + MPW_BITS - 1) / MPW_BITS);
1537
1538   mpx_lslc(d, dl, a, al, n);
1539   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1540     fprintf(stderr, "\n*** lslc(%i) failed\n", n);
1541     dumpmp("       a", a, al);
1542     dumpmp("expected", c, cl);
1543     dumpmp("  result", d, dl);
1544     ok = 0;
1545   }
1546
1547   xfree(a); xfree(c); xfree(d);
1548   return (ok);
1549 }
1550
1551 static int lsr(dstr *v)
1552 {
1553   mpw *a, *al;
1554   int n = *(int *)v[1].buf;
1555   mpw *c, *cl;
1556   mpw *d, *dl;
1557   int ok = 1;
1558
1559   LOAD(a, al, &v[0]);
1560   LOAD(c, cl, &v[2]);
1561   ALLOC(d, dl, al - a + (n + MPW_BITS - 1) / MPW_BITS + 1);
1562
1563   mpx_lsr(d, dl, a, al, n);
1564   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1565     fprintf(stderr, "\n*** lsr(%i) failed\n", n);
1566     dumpmp("       a", a, al);
1567     dumpmp("expected", c, cl);
1568     dumpmp("  result", d, dl);
1569     ok = 0;
1570   }
1571
1572   xfree(a); xfree(c); xfree(d);
1573   return (ok);
1574 }
1575
1576 static int uadd(dstr *v)
1577 {
1578   mpw *a, *al;
1579   mpw *b, *bl;
1580   mpw *c, *cl;
1581   mpw *d, *dl;
1582   int ok = 1;
1583
1584   LOAD(a, al, &v[0]);
1585   LOAD(b, bl, &v[1]);
1586   LOAD(c, cl, &v[2]);
1587   ALLOC(d, dl, MAX(al - a, bl - b) + 1);
1588
1589   mpx_uadd(d, dl, a, al, b, bl);
1590   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1591     fprintf(stderr, "\n*** uadd failed\n");
1592     dumpmp("       a", a, al);
1593     dumpmp("       b", b, bl);
1594     dumpmp("expected", c, cl);
1595     dumpmp("  result", d, dl);
1596     ok = 0;
1597   }
1598
1599   xfree(a); xfree(b); xfree(c); xfree(d);
1600   return (ok);
1601 }
1602
1603 static int usub(dstr *v)
1604 {
1605   mpw *a, *al;
1606   mpw *b, *bl;
1607   mpw *c, *cl;
1608   mpw *d, *dl;
1609   int ok = 1;
1610
1611   LOAD(a, al, &v[0]);
1612   LOAD(b, bl, &v[1]);
1613   LOAD(c, cl, &v[2]);
1614   ALLOC(d, dl, al - a);
1615
1616   mpx_usub(d, dl, a, al, b, bl);
1617   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1618     fprintf(stderr, "\n*** usub failed\n");
1619     dumpmp("       a", a, al);
1620     dumpmp("       b", b, bl);
1621     dumpmp("expected", c, cl);
1622     dumpmp("  result", d, dl);
1623     ok = 0;
1624   }
1625
1626   xfree(a); xfree(b); xfree(c); xfree(d);
1627   return (ok);
1628 }
1629
1630 static int umul(dstr *v)
1631 {
1632   mpw *a, *al;
1633   mpw *b, *bl;
1634   mpw *c, *cl;
1635   mpw *d, *dl;
1636   int ok = 1;
1637
1638   LOAD(a, al, &v[0]);
1639   LOAD(b, bl, &v[1]);
1640   LOAD(c, cl, &v[2]);
1641   ALLOC(d, dl, (al - a) + (bl - b));
1642
1643   mpx_umul(d, dl, a, al, b, bl);
1644   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1645     fprintf(stderr, "\n*** umul failed\n");
1646     dumpmp("       a", a, al);
1647     dumpmp("       b", b, bl);
1648     dumpmp("expected", c, cl);
1649     dumpmp("  result", d, dl);
1650     ok = 0;
1651   }
1652
1653   xfree(a); xfree(b); xfree(c); xfree(d);
1654   return (ok);
1655 }
1656
1657 static int usqr(dstr *v)
1658 {
1659   mpw *a, *al;
1660   mpw *c, *cl;
1661   mpw *d, *dl;
1662   int ok = 1;
1663
1664   LOAD(a, al, &v[0]);
1665   LOAD(c, cl, &v[1]);
1666   ALLOC(d, dl, 2 * (al - a));
1667
1668   mpx_usqr(d, dl, a, al);
1669   if (!mpx_ueq(d, dl, c, cl)) {
1670     fprintf(stderr, "\n*** usqr failed\n");
1671     dumpmp("       a", a, al);
1672     dumpmp("expected", c, cl);
1673     dumpmp("  result", d, dl);
1674     ok = 0;
1675   }
1676
1677   xfree(a); xfree(c); xfree(d);
1678   return (ok);
1679 }
1680
1681 static int udiv(dstr *v)
1682 {
1683   mpw *a, *al;
1684   mpw *b, *bl;
1685   mpw *q, *ql;
1686   mpw *r, *rl;
1687   mpw *qq, *qql;
1688   mpw *s, *sl;
1689   int ok = 1;
1690
1691   ALLOC(a, al, MPW_RQ(v[0].len) + 2); mpx_loadb(a, al, v[0].buf, v[0].len);
1692   LOAD(b, bl, &v[1]);
1693   LOAD(q, ql, &v[2]);
1694   LOAD(r, rl, &v[3]);
1695   ALLOC(qq, qql, al - a);
1696   ALLOC(s, sl, (bl - b) + 1);
1697
1698   mpx_udiv(qq, qql, a, al, b, bl, s, sl);
1699   if (!mpx_ueq(qq, qql, q, ql) ||
1700       !mpx_ueq(a, al, r, rl)) {
1701     fprintf(stderr, "\n*** udiv failed\n");
1702     dumpmp(" divisor", b, bl);
1703     dumpmp("expect r", r, rl);
1704     dumpmp("result r", a, al);
1705     dumpmp("expect q", q, ql);
1706     dumpmp("result q", qq, qql);
1707     ok = 0;
1708   }
1709
1710   xfree(a); xfree(b); xfree(r); xfree(q); xfree(s); xfree(qq);
1711   return (ok);
1712 }
1713
1714 static test_chunk defs[] = {
1715   { "load-store", loadstore, { &type_hex, 0 } },
1716   { "2cl", twocl, { &type_hex, &type_hex, } },
1717   { "2cb", twocb, { &type_hex, &type_hex, } },
1718   { "lsl", lsl, { &type_hex, &type_int, &type_hex, 0 } },
1719   { "lslc", lslc, { &type_hex, &type_int, &type_hex, 0 } },
1720   { "lsr", lsr, { &type_hex, &type_int, &type_hex, 0 } },
1721   { "uadd", uadd, { &type_hex, &type_hex, &type_hex, 0 } },
1722   { "usub", usub, { &type_hex, &type_hex, &type_hex, 0 } },
1723   { "umul", umul, { &type_hex, &type_hex, &type_hex, 0 } },
1724   { "usqr", usqr, { &type_hex, &type_hex, 0 } },
1725   { "udiv", udiv, { &type_hex, &type_hex, &type_hex, &type_hex, 0 } },
1726   { 0, 0, { 0 } }
1727 };
1728
1729 int main(int argc, char *argv[])
1730 {
1731 #ifdef ENABLE_ASM_DEBUG
1732   regdump_init();
1733 #endif
1734   test_run(argc, argv, defs, SRCDIR"/t/mpx");
1735   return (0);
1736 }
1737
1738 #endif
1739
1740 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/