chiark - git - mdw - mLib/blob - bits.h

   1 /* -*-c-*-
   2  *
   3  * $Id: bits.h,v 1.6 2000/07/16 12:28:28 mdw Exp $
   4  *
   5  * Portable bit-level manipulation macros
   6  *
   7  * (c) 1998 Straylight/Edgeware
   8  */
   9
  10 /*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
  11  *
  12  * This file is part of the mLib utilities library.
  13  *
  14  * mLib is free software; you can redistribute it and/or modify
  15  * it under the terms of the GNU Library General Public License as
  16  * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
  17  * License, or (at your option) any later version.
  18  *
  19  * mLib is distributed in the hope that it will be useful,
  20  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  21  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  22  * GNU Library General Public License for more details.
  23  *
  24  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  25  * License along with mLib; if not, write to the Free
  26  * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
  27  * MA 02111-1307, USA.
  28  */
  29
  30 /*----- Revision history --------------------------------------------------*
  31  *
  32  * $Log: bits.h,v $
  33  * Revision 1.6  2000/07/16 12:28:28  mdw
  34  * Add 64-bit support, with faked arithmetic on 32-bit hosts.
  35  *
  36  * Revision 1.5  2000/06/17 10:36:06  mdw
  37  * Support for 24-bit types.
  38  *
  39  * Revision 1.4  1999/12/10 23:42:04  mdw
  40  * Change header file guard names.
  41  *
  42  * Revision 1.3  1999/06/20 23:31:52  mdw
  43  * More portability enhancements.
  44  *
  45  * Revision 1.2  1999/06/17 00:12:46  mdw
  46  * Improve portability for shift and rotate macros.
  47  *
  48  * Revision 1.1  1999/06/01 09:46:19  mdw
  49  * New addition: bit manipulation macros.
  50  *
  51  */
  52
  53 #ifndef MLIB_BITS_H
  54 #define MLIB_BITS_H
  55
  56 #ifdef __cplusplus
  57   extern "C" {
  58 #endif
  59
  60 /*----- Header files ------------------------------------------------------*/
  61
  62 #include <limits.h>
  63 #include <stddef.h>
  64 #if __STDC_VERSION__ >= 199900l
  65 #  include <stdint.h>
  66 #endif
  67
  68 /*----- Decide on some types ----------------------------------------------*/
  69
  70 /* --- Decide on a 32-bit type --- *
  71  *
  72  * I want a type which is capable of expressing 32-bit numbers.  Because some
  73  * implementations have 64-bit @long@s (infinitely preferable to the abortion
  74  * that is @long long@), using @unsigned long@ regardless is wasteful.  So,
  75  * if @int@ appears to be good enough, then I'll go with that.
  76  */
  77
  78 #if UINT_MAX >= 0xffffffffu
  79   typedef unsigned int uint32;
  80 #else
  81   typedef unsigned long uint32;
  82 #endif
  83
  84 /* --- Decide on a 64-bit type --- *
  85  *
  86  * The test is quite subtle.  Think about it.  Note that (at least on my
  87  * machine), the 32-bit macros are *much* faster than GCC's @long long@
  88  * support.
  89  */
  90
  91 #if defined(ULONG_LONG_MAX) && !defined(ULLONG_MAX)
  92 #  define ULLONG_MAX ULONG_LONG_MAX
  93 #endif
  94
  95 #if UINT_MAX >> 31 > 0xffffffff
  96 # define HAVE_UINT64
  97   typedef unsigned int uint64;
  98 #elif ULONG_MAX >> 31 > 0xffffffff
  99 # define HAVE_UINT64
 100   typedef unsigned long uint64;
 101 #elif defined(ULLONG_MAX)
 102 # define HAVE_UINT64
 103   typedef unsigned long long uint64;
 104 #endif
 105
 106 #ifdef DEBUG64
 107 #  undef HAVE_UINT64
 108 #endif
 109
 110 #ifdef HAVE_UINT64
 111   typedef struct { uint64 i; } kludge64;
 112 #else
 113   typedef struct { uint32 hi, lo; } kludge64;
 114 #endif
 115
 116 /* --- Decide on a 24-bit type --- */
 117
 118 #if UINT_MAX >= 0x00ffffffu
 119   typedef unsigned int uint24;
 120 #else
 121   typedef unsigned long uint24;
 122 #endif
 123
 124 /* --- Decide on 16-bit and 8-bit types --- *
 125  *
 126  * This is more for brevity than anything else.
 127  */
 128
 129 typedef unsigned short uint16;
 130 typedef unsigned char octet;
 131
 132 /* --- WARNING! --- *
 133  *
 134  * Never lose sight of the fact that the above types may be wider than the
 135  * names suggest.  Some architectures have 32-bit @short@s for example.
 136  */
 137
 138 /*----- Macros ------------------------------------------------------------*/
 139
 140 /* --- Useful masks --- */
 141
 142 #define MASK8 0xffu
 143 #define MASK16 0xffffu
 144 #define MASK24 0xffffffu
 145 #define MASK32 0xffffffffu
 146
 147 #ifdef HAVE_UINT64
 148 #  define MASK64 0xffffffffffffffffull
 149 #endif
 150
 151 /* --- Type coercions --- */
 152
 153 #define U8(x) ((octet)((x) & MASK8))
 154 #define U16(x) ((uint16)((x) & MASK16))
 155 #define U24(x) ((uint24)((x) & MASK24))
 156 #define U32(x) ((uint32)((x) & MASK32))
 157
 158 #ifdef HAVE_UINT64
 159 #  define U64(x) ((uint64)(x) & MASK64)
 160 #  define U64_(d, x) ((d).i = U64(x).i)
 161 #else
 162 #  define U64_(d, x) ((d).hi = U32((x).hi), (d).lo = U32((x).lo))
 163 #endif
 164
 165 /* --- Safe shifting macros --- */
 166
 167 #define LSL8(v, s) U8(U8(v) << ((s) & 7u))
 168 #define LSR8(v, s) U8(U8(v) >> ((s) & 7u))
 169 #define LSL16(v, s) U16(U16(v) << ((s) & 15u))
 170 #define LSR16(v, s) U16(U16(v) >> ((s) & 15u))
 171 #define LSL24(v, s) U24(U24(v) << ((s) % 24u))
 172 #define LSR24(v, s) U24(U24(v) >> ((s) % 24u))
 173 #define LSL32(v, s) U32(U32(v) << ((s) & 31u))
 174 #define LSR32(v, s) U32(U32(v) >> ((s) & 31u))
 175
 176 #ifdef HAVE_UINT64
 177 #  define LSL64(v, s) U64(U64(v) << ((s) & 63u))
 178 #  define LSR64(v, s) U64(U64(v) >> ((s) & 63u))
 179 #  define LSL64_(d, v, s) ((d).i = LSL64((v).i, (s)))
 180 #  define LSR64_(d, v, s) ((d).i = LSR64((v).i, (s)))
 181 #else
 182 #  define LSL64_(d, v, s) do {                                          \
 183      unsigned _s = (s) & 63u;                                           \
 184      uint32 _l = (v).lo, _h = (v).hi;                                   \
 185      kludge64 *_d = &(d);                                               \
 186      if (_s >= 32) {                                                    \
 187        _d->hi = LSL32(_l, _s - 32u);                                    \
 188        _d->lo = 0;                                                      \
 189      } else if (!_s) {                                                  \
 190        _d->lo = _l;                                                     \
 191        _d->hi = _h;                                                     \
 192      } else {                                                           \
 193        _d->hi = LSL32(_h, _s) | LSR32(_l, 32u - _s);                    \
 194        _d->lo = LSL32(_l, _s);                                          \
 195      }                                                                  \
 196    } while (0)
 197 #  define LSR64_(d, v, s) do {                                          \
 198      unsigned _s = (s) & 63u;                                           \
 199      uint32 _l = (v).lo, _h = (v).hi;                                   \
 200      kludge64 *_d = &(d);                                               \
 201      if (_s >= 32) {                                                    \
 202        _d->lo = LSR32(_h, _s - 32u);                                    \
 203        _d->hi = 0;                                                      \
 204      } else if (!_s) {                                                  \
 205        _d->lo = _l;                                                     \
 206        _d->hi = _h;                                                     \
 207      } else {                                                           \
 208        _d->lo = LSR32(_l, _s) | LSL32(_h, 32u - _s);                    \
 209        _d->hi = LSR32(_h, _s);                                          \
 210      }                                                                  \
 211    } while (0)
 212 #endif
 213
 214 /* --- Rotation macros --- */
 215
 216 #define ROL8(v, s) (LSL8((v), (s)) | (LSR8((v), 8u - (s))))
 217 #define ROR8(v, s) (LSR8((v), (s)) | (LSL8((v), 8u - (s))))
 218 #define ROL16(v, s) (LSL16((v), (s)) | (LSR16((v), 16u - (s))))
 219 #define ROR16(v, s) (LSR16((v), (s)) | (LSL16((v), 16u - (s))))
 220 #define ROL24(v, s) (LSL24((v), (s)) | (LSR24((v), 24u - (s))))
 221 #define ROR24(v, s) (LSR24((v), (s)) | (LSL24((v), 24u - (s))))
 222 #define ROL32(v, s) (LSL32((v), (s)) | (LSR32((v), 32u - (s))))
 223 #define ROR32(v, s) (LSR32((v), (s)) | (LSL32((v), 32u - (s))))
 224
 225 #ifdef HAVE_UINT64
 226 #  define ROL64(v, s) (LSL64((v), (s)) | (LSR64((v), 64u - (s))))
 227 #  define ROR64(v, s) (LSR64((v), (s)) | (LSL64((v), 64u - (s))))
 228 #  define ROL64_(d, v, s) ((d).i = ROL64((v).i, (s)))
 229 #  define ROR64_(d, v, s) ((d).i = ROR64((v).i, (s)))
 230 #else
 231 #  define ROL64_(d, v, s) do {                                          \
 232      unsigned _s = (s) & 63u;                                           \
 233      uint32 _l = (v).lo, _h = (v).hi;                                   \
 234      kludge64 *_d = &(d);                                               \
 235      if (_s >= 32) {                                                    \
 236        _d->hi = LSL32(_l, _s - 32u) | LSR32(_h, 64u - _s);              \
 237        _d->lo = LSL32(_h, _s - 32u) | LSR32(_l, 64u - _s);              \
 238      } else if (!_s) {                                                  \
 239        _d->lo = _l;                                                     \
 240        _d->hi = _h;                                                     \
 241      } else {                                                           \
 242        _d->hi = LSL32(_h, _s) | LSR32(_l, 32u - _s);                    \
 243        _d->lo = LSL32(_l, _s) | LSR32(_h, 32u - _s);                    \
 244      }                                                                  \
 245    } while (0)
 246 #  define ROR64_(d, v, s) do {                                          \
 247      unsigned _s = (s) & 63u;                                           \
 248      uint32 _l = (v).lo, _h = (v).hi;                                   \
 249      kludge64 *_d = &(d);                                               \
 250      if (_s >= 32) {                                                    \
 251        _d->hi = LSR32(_l, _s - 32u) | LSL32(_h, 64u - _s);              \
 252        _d->lo = LSR32(_h, _s - 32u) | LSL32(_l, 64u - _s);              \
 253      } else if (!_s) {                                                  \
 254        _d->lo = _l;                                                     \
 255        _d->hi = _h;                                                     \
 256      } else {                                                           \
 257        _d->hi = LSR32(_h, _s) | LSL32(_l, 32u - _s);                    \
 258        _d->lo = LSR32(_l, _s) | LSL32(_h, 32u - _s);                    \
 259      }                                                                  \
 260    } while (0)
 261 #endif
 262
 263 /* --- Storage and retrieval --- */
 264
 265 #define GETBYTE(p, o) (((octet *)(p))[o] & MASK8)
 266 #define PUTBYTE(p, o, v) (((octet *)(p))[o] = U8((v)))
 267
 268 #define LOAD8(p) (GETBYTE((p), 0))
 269 #define STORE8(p, v) (PUTBYTE((p), 0, (v)))
 270
 271 #define LOAD16_B(p)                                                     \
 272   (((uint16)GETBYTE((p), 0) << 8) |                                     \
 273    ((uint16)GETBYTE((p), 1) << 0))
 274 #define LOAD16_L(p)                                                     \
 275   (((uint16)GETBYTE((p), 0) << 0) |                                     \
 276    ((uint16)GETBYTE((p), 1) << 8))
 277 #define LOAD16(p) LOAD16_B((p))
 278
 279 #define STORE16_B(p, v)                                                 \
 280   (PUTBYTE((p), 0, (uint16)(v) >> 8),                                   \
 281    PUTBYTE((p), 1, (uint16)(v) >> 0))
 282 #define STORE16_L(p, v)                                                 \
 283   (PUTBYTE((p), 0, (uint16)(v) >> 0),                                   \
 284    PUTBYTE((p), 1, (uint16)(v) >> 8))
 285 #define STORE16(p, v) STORE16_B((p), (v))
 286
 287 #define LOAD24_B(p)                                                     \
 288   (((uint24)GETBYTE((p), 0) << 16) |                                    \
 289    ((uint24)GETBYTE((p), 1) <<  8) |                                    \
 290    ((uint24)GETBYTE((p), 2) <<  0))
 291 #define LOAD24_L(p)                                                     \
 292   (((uint24)GETBYTE((p), 0) <<  0) |                                    \
 293    ((uint24)GETBYTE((p), 1) <<  8) |                                    \
 294    ((uint24)GETBYTE((p), 2) << 16))
 295 #define LOAD24(p) LOAD24_B((p))
 296
 297 #define STORE24_B(p, v)                                                 \
 298   (PUTBYTE((p), 0, (uint24)(v) >> 16),                                  \
 299    PUTBYTE((p), 1, (uint24)(v) >>  8),                                  \
 300    PUTBYTE((p), 2, (uint24)(v) >>  0))
 301 #define STORE24_L(p, v)                                                 \
 302   (PUTBYTE((p), 0, (uint24)(v) >>  0),                                  \
 303    PUTBYTE((p), 1, (uint24)(v) >>  8),                                  \
 304    PUTBYTE((p), 2, (uint24)(v) >> 16))
 305 #define STORE24(p, v) STORE24_B((p), (v))
 306
 307 #define LOAD32_B(p)                                                     \
 308   (((uint32)GETBYTE((p), 0) << 24) |                                    \
 309    ((uint32)GETBYTE((p), 1) << 16) |                                    \
 310    ((uint32)GETBYTE((p), 2) <<  8) |                                    \
 311    ((uint32)GETBYTE((p), 3) <<  0))
 312 #define LOAD32_L(p)                                                     \
 313   (((uint32)GETBYTE((p), 0) <<  0) |                                    \
 314    ((uint32)GETBYTE((p), 1) <<  8) |                                    \
 315    ((uint32)GETBYTE((p), 2) << 16) |                                    \
 316    ((uint32)GETBYTE((p), 3) << 24))
 317 #define LOAD32(p) LOAD32_B((p))
 318
 319 #define STORE32_B(p, v)                                                 \
 320   (PUTBYTE((p), 0, (uint32)(v) >> 24),                                  \
 321    PUTBYTE((p), 1, (uint32)(v) >> 16),                                  \
 322    PUTBYTE((p), 2, (uint32)(v) >>  8),                                  \
 323    PUTBYTE((p), 3, (uint32)(v) >>  0))
 324 #define STORE32_L(p, v)                                                 \
 325   (PUTBYTE((p), 0, (uint32)(v) >>  0),                                  \
 326    PUTBYTE((p), 1, (uint32)(v) >>  8),                                  \
 327    PUTBYTE((p), 2, (uint32)(v) >> 16),                                  \
 328    PUTBYTE((p), 3, (uint32)(v) >> 24))
 329 #define STORE32(p, v) STORE32_B((p), (v))
 330
 331 #ifdef HAVE_UINT64
 332
 333 #  define LOAD64_B(p)                                                   \
 334     (((uint64)GETBYTE((p), 0) << 56) |                                  \
 335      ((uint64)GETBYTE((p), 1) << 48) |                                  \
 336      ((uint64)GETBYTE((p), 2) << 40) |                                  \
 337      ((uint64)GETBYTE((p), 3) << 32) |                                  \
 338      ((uint64)GETBYTE((p), 4) << 24) |                                  \
 339      ((uint64)GETBYTE((p), 5) << 16) |                                  \
 340      ((uint64)GETBYTE((p), 6) <<  8) |                                  \
 341      ((uint64)GETBYTE((p), 7) <<  0))
 342 #  define LOAD64_L(p)                                                   \
 343     (((uint64)GETBYTE((p), 0) <<  0) |                                  \
 344      ((uint64)GETBYTE((p), 1) <<  8) |                                  \
 345      ((uint64)GETBYTE((p), 2) << 16) |                                  \
 346      ((uint64)GETBYTE((p), 3) << 24) |                                  \
 347      ((uint64)GETBYTE((p), 4) << 32) |                                  \
 348      ((uint64)GETBYTE((p), 5) << 40) |                                  \
 349      ((uint64)GETBYTE((p), 6) << 48) |                                  \
 350      ((uint64)GETBYTE((p), 7) << 56))
 351 #  define LOAD64(p) LOAD64_B((p))
 352 #  define LOAD64_B_(d, p) ((d).i = LOAD64_B((p)))
 353 #  define LOAD64_L_(d, p) ((d).i = LOAD64_L((p)))
 354 #  define LOAD64_(d, p) LOAD64_B_((d), (p))
 355
 356 #  define STORE64_B(p, v)                                               \
 357     (PUTBYTE((p), 0, (uint64)(v) >> 56),                                \
 358      PUTBYTE((p), 1, (uint64)(v) >> 48),                                \
 359      PUTBYTE((p), 2, (uint64)(v) >> 40),                                \
 360      PUTBYTE((p), 3, (uint64)(v) >> 32),                                \
 361      PUTBYTE((p), 4, (uint64)(v) >> 24),                                \
 362      PUTBYTE((p), 5, (uint64)(v) >> 16),                                \
 363      PUTBYTE((p), 6, (uint64)(v) >>  8),                                \
 364      PUTBYTE((p), 7, (uint64)(v) >>  0))
 365 #  define STORE64_L(p, v)                                               \
 366     (PUTBYTE((p), 0, (uint64)(v) >>  0),                                \
 367      PUTBYTE((p), 1, (uint64)(v) >>  8),                                \
 368      PUTBYTE((p), 2, (uint64)(v) >> 16),                                \
 369      PUTBYTE((p), 3, (uint64)(v) >> 24),                                \
 370      PUTBYTE((p), 4, (uint64)(v) >> 32),                                \
 371      PUTBYTE((p), 5, (uint64)(v) >> 40),                                \
 372      PUTBYTE((p), 6, (uint64)(v) >> 48),                                \
 373      PUTBYTE((p), 7, (uint64)(v) >> 56))
 374 #  define STORE64(p, v) STORE64_B((p), (v))
 375 #  define STORE64_B_(p, v) STORE64_B((p), (v).i)
 376 #  define STORE64_L_(p, v) STORE64_L((p), (v).i)
 377 #  define STORE64_(p, v) STORE64_B_((p), (v))
 378
 379 #else
 380
 381 #  define LOAD64_B_(d, p)                                               \
 382     ((d).hi = LOAD32_B((octet *)(p) + 0),                               \
 383      (d).lo = LOAD32_B((octet *)(p) + 4))
 384 #  define LOAD64_L_(d, p)                                               \
 385     ((d).lo = LOAD32_L((octet *)(p) + 0),                               \
 386      (d).hi = LOAD32_L((octet *)(p) + 4))
 387 #  define LOAD64_(d, p) LOAD64_B_((d), (p))
 388
 389 #  define STORE64_B_(p, v)                                              \
 390     (STORE32_B((octet *)(p) + 0, (v).hi),                               \
 391      STORE32_B((octet *)(p) + 4, (v).lo))
 392 #  define STORE64_L_(p, v)                                              \
 393     (STORE32_L((octet *)(p) + 0, (v).lo),                               \
 394      STORE32_L((octet *)(p) + 4, (v).hi))
 395 #  define STORE64_(p, v) STORE64_B_((p), (v))
 396
 397 #endif
 398
 399 /* --- Other operations on 64-bit integers --- */
 400
 401 #ifdef HAVE_UINT64
 402 #  define SET64(d, h, l) ((d).i = (U64((h)) << 32) | U64((l)))
 403 #  define ASSIGN64(d, x) ((d).i = U64((x)))
 404 #  define HI64(x) U32((x).i >> 32)
 405 #  define LO64(x) U32((x).i)
 406 #else
 407 #  define SET64(d, h, l) ((d).hi = U32(h), (d).lo = U32(l))
 408 #  define ASSIGN64(d, x)                                                \
 409     ((d).hi = ((x & ~MASK32) >> 16) >> 16, (d).lo = U32(x))
 410 #  define HI64(x) U32((x).hi)
 411 #  define LO64(x) U32((x).lo)
 412 #endif
 413
 414 #ifdef HAVE_UINT64
 415 #  define AND64(d, x, y) ((d).i = (x).i & (y).i)
 416 #  define OR64(d, x, y) ((d).i = (x).i | (y).i)
 417 #  define XOR64(d, x, y) ((d).i = (x).i ^ (y).i)
 418 #  define CPL64(d, x) ((d).i = ~(x).i)
 419 #  define ADD64(d, x, y) ((d).i = (x).i + (y).i)
 420 #  define SUB64(d, x, y) ((d).i = (x).i - (y).i)
 421 #  define CMP64(x, op, y) ((x).i op (y).i)
 422 #  define ZERO64(x) ((x) == 0)
 423 #else
 424 #  define AND64(d, x, y) ((d).lo = (x).lo & (y).lo, (d).hi = (x).hi & (y).hi)
 425 #  define OR64(d, x, y) ((d).lo = (x).lo | (y).lo, (d).hi = (x).hi | (y).hi)
 426 #  define XOR64(d, x, y) ((d).lo = (x).lo ^ (y).lo, (d).hi = (x).hi ^ (y).hi)
 427 #  define CPL64(d, x) ((d).lo = ~(x).lo, (d).hi = ~(x).hi)
 428 #  define ADD64(d, x, y) do {                                           \
 429      uint32 _x = U32((x).lo + (y).lo);                                  \
 430      (d).hi = (x).hi + (y).hi + (_x < (x).lo);                          \
 431      (d).lo = _x;                                                       \
 432    } while (0)
 433 #  define SUB64(d, x, y) do {                                           \
 434      uint32 _x = U32((x).lo - (y).lo);                                  \
 435      (d).hi = (x).hi - (y).hi - (_x > (x).lo);                          \
 436      (d).lo = _x;                                                       \
 437    } while (0)
 438 #  define CMP64(x, op, y)                                               \
 439     ((x).hi == (y).hi ? (x).lo op (y).lo : (x).hi op (y).hi)
 440 #  define ZERO64(x) ((x).lo == 0 && (x).hi == 0)
 441 #endif
 442
 443 /*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/
 444
 445 #ifdef __cplusplus
 446   }
 447 #endif
 448
 449 #endif