s/full\>/ful/.
[libfirm] / ir / adt / raw_bitset.h
index d58c2f1..8847ad8 100644 (file)
+/*
+ * Copyright (C) 1995-2008 University of Karlsruhe.  All right reserved.
+ *
+ * This file is part of libFirm.
+ *
+ * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
+ * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
+ * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
+ * packaging of this file.
+ *
+ * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
+ * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
+ * Agreement provided with the Software.
+ *
+ * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
+ * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
+ * PURPOSE.
+ */
+
 /**
- * @file bitset.h
- * @date 15.10.2004
- * @author Matthias Braun
- * @brief helper functions for working with raw bitsets
- * @summary
- *     Raw bitsets are constructed from int arrays. Additional information
- *     like the size of the bitset or the used memory aren't saved for
- *     efficiency reasons.
+ * @file
+ * @brief   raw bitsets (low-level bitset operations)
+ * @date    15.10.2004
+ * @author  Matthias Braun
+ * @version $Id$
+ *
+ *     Raw bitsets are constructed from unsigned int arrays. Additional
+ *     information like the size of the bitset or the used memory are not
+ *     stored for (memory) efficiency reasons.
  *
  *     These bitsets need less space than bitset_t and their representation
  *     as int arrays allows having constant bitsets in the ro data segment.
  *     They should for smaller bitset, whose length is known through other means
  *     (a typical usage case is a set of cpu registers)
  *
- *     The bitset is built as an array of unsigned integers. It is assumed that
- *     exactly 32 bits may be put into each element of the array. If there are
- *     remaining bits, then they should be 0
+ *     The bitset is built as an array of unsigned integers. The unused bits
+ *     must be zero.
  */
-#ifndef __FIRM_RAW_BITSET_H
-#define __FIRM_RAW_BITSET_H
+#ifndef FIRM_ADT_RAW_BITSET_H
+#define FIRM_ADT_RAW_BITSET_H
 
 #include <assert.h>
-#include "bitset.h"
-#include "bitset_std.h"
+#include <stdbool.h>
+#include "bitfiddle.h"
 #include "obst.h"
 
-#define BITS_PER_ELEM                   32
-#define BITSET_SIZE_ELEMS(size_bits)    ((size_bits)/32 + 1)
-#define BITSET_SIZE_BYTES(size_bits)    (BITSET_SIZE_ELEMS(size_bits)*4)
-#define BITSET_ELEM(bitset,pos)         bitset[pos / 32]
+#define BITS_PER_ELEM                (sizeof(unsigned) * 8)
+#define BITSET_SIZE_ELEMS(size_bits) ((size_bits+BITS_PER_ELEM-1)/BITS_PER_ELEM)
+#define BITSET_SIZE_BYTES(size_bits) (BITSET_SIZE_ELEMS(size_bits) * sizeof(unsigned))
+#define BITSET_ELEM(bitset,pos)      bitset[pos / BITS_PER_ELEM]
 
-static INLINE unsigned *rbitset_alloca(unsigned size)
+/**
+ * Allocate an empty raw bitset on the heap.
+ *
+ * @param size  number of bits in the bitset
+ *
+ * @return the new bitset
+ */
+static inline unsigned *rbitset_malloc(unsigned size)
 {
-       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
-       unsigned *res = alloca(size_bytes);
+       unsigned  size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       unsigned *res        = xmalloc(size_bytes);
        memset(res, 0, size_bytes);
 
        return res;
 }
 
-static INLINE unsigned *rbitset_obstack_alloc(struct obstack *obst, unsigned size)
+/**
+ * Allocate an empty raw bitset on the stack.
+ *
+ * @param res   will contain the newly allocated bitset
+ * @param size  number of bits in the bitset
+ */
+#define rbitset_alloca(res, size) \
+do { \
+       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size); \
+       res = alloca(size_bytes); \
+       memset(res, 0, size_bytes); \
+} while(0)
+
+/**
+ * Allocate an empty raw bitset on an obstack.
+ *
+ * @param obst  the obstack where the bitset is allocated on
+ * @param size  number of bits in the bitset
+ *
+ * @return the new bitset
+ */
+static inline unsigned *rbitset_obstack_alloc(struct obstack *obst,
+                                              unsigned size)
 {
-       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
-       unsigned *res = obstack_alloc(obst, size_bytes);
+       unsigned  size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       unsigned *res        = obstack_alloc(obst, size_bytes);
+       memset(res, 0, size_bytes);
+
+       return res;
+}
+
+/**
+ * Allocate an empty raw bitset including the size on an obstack.
+ * The size of this bitset can be accessed by bitset[-1].
+ *
+ * @param obst  the obstack where the bitset is allocated on
+ * @param size  number of bits in the bitset
+ *
+ * @return the new bitset
+ */
+static inline unsigned *rbitset_w_size_obstack_alloc(struct obstack *obst,
+                                                     unsigned size)
+{
+       unsigned  size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       unsigned *res        = obstack_alloc(obst, size_bytes + sizeof(unsigned));
+       *res = size;
+       ++res;
        memset(res, 0, size_bytes);
 
        return res;
 }
 
-static INLINE
-unsigned *rbitset_duplicate_obstack_alloc(struct obstack *obst,
-                                                 const unsigned *old_bitset,
-                                          unsigned size)
+/** Return the size of a bitset allocated with a *_w_size_* function */
+#define rbitset_size(set)      (set)[-1]
+
+/**
+ * Duplicate a raw bitset on an obstack.
+ *
+ * @param obst       the obstack where the bitset is allocated on
+ * @param old_bitset the bitset to be duplicated
+ * @param size       number of bits in the bitset
+ *
+ * @return the new bitset
+ */
+static inline unsigned *rbitset_duplicate_obstack_alloc(struct obstack *obst,
+       const unsigned *old_bitset, unsigned size)
 {
-       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
-       unsigned *res = obstack_alloc(obst, size_bytes);
+       unsigned  size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       unsigned *res        = obstack_alloc(obst, size_bytes);
        memcpy(res, old_bitset, size_bytes);
 
        return res;
 }
 
-static INLINE void rbitset_set(unsigned *bitset, unsigned pos)
+/**
+ * Check if a bitset is empty, ie all bits cleared.
+ */
+static inline bool rbitset_is_empty(const unsigned *bitset, unsigned size)
+{
+       unsigned i;
+       unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               if (bitset[i] != 0) {
+                       return false;
+               }
+       }
+       return true;
+}
+
+/**
+ * Set a bit at position pos.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param pos     the position of the bit to be set
+ */
+static inline void rbitset_set(unsigned *bitset, unsigned pos)
 {
        BITSET_ELEM(bitset,pos) |= 1 << (pos % BITS_PER_ELEM);
 }
 
-static INLINE void rbitset_clear(unsigned *bitset, unsigned pos)
+/**
+ * Flip a bit at position pos. A zero bit becomes one, a one bit becomes zero.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param pos     position of the bit to be flipped
+ */
+static inline void rbitset_flip(unsigned *bitset, unsigned pos)
+{
+       BITSET_ELEM(bitset, pos) ^= 1 << (pos % BITS_PER_ELEM);
+}
+
+static inline unsigned rbitset_last_mask_(unsigned size)
+{
+       unsigned p;
+       if (size == 0)
+               return 0;
+       p = size % BITS_PER_ELEM;
+       return p == 0 ? ~0u : (1u << p)-1u;
+}
+
+/**
+ * Set all bits in a given bitset.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param size    number of bits in the bitset
+ */
+static inline void rbitset_set_all(unsigned *bitset, unsigned size)
+{
+       unsigned i;
+       unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+
+       if (n == 0)
+               return;
+
+       for (i = 0; i < n-1; ++i) {
+               bitset[i] = ~0u;
+       }
+       bitset[i] = rbitset_last_mask_(size);
+}
+
+/**
+ * Clear a bit at position pos.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param pos     the position of the bit to be clear
+ */
+static inline void rbitset_clear(unsigned *bitset, unsigned pos)
 {
        BITSET_ELEM(bitset, pos) &= ~(1 << (pos % BITS_PER_ELEM));
 }
 
-static INLINE int rbitset_is_set(const unsigned *bitset, unsigned pos)
+/**
+ * Clear all bits in a given bitset.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param size    number of bits in the bitset
+ */
+static inline void rbitset_clear_all(unsigned *bitset, unsigned size)
 {
-       return BITSET_ELEM(bitset, pos) & (1 << (pos % BITS_PER_ELEM));
+       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       memset(bitset, 0, size_bytes);
 }
 
-static INLINE unsigned rbitset_popcnt(const unsigned *bitset, unsigned size)
+/**
+ * Flip all bits in a given bitset.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param size    number of bits in the bitset
+ */
+static inline void rbitset_flip_all(unsigned *bitset, unsigned size)
 {
        unsigned pos;
        unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+
+       if (n == 0)
+               return;
+
+       for (pos = 0; pos < n-1; ++pos) {
+               bitset[pos] ^= ~0u;
+       }
+       bitset[pos] ^= rbitset_last_mask_(size);
+}
+
+/**
+ * Check if a bit is set at position pos.
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param pos     the position of the bit to check
+ */
+static inline bool rbitset_is_set(const unsigned *bitset, unsigned pos)
+{
+       return BITSET_ELEM(bitset, pos) & (1 << (pos % BITS_PER_ELEM));
+}
+
+/**
+ * Calculate the number of set bits (number of elements).
+ *
+ * @param bitset  the bitset
+ * @param size    size of the bitset in bits
+ */
+static inline unsigned rbitset_popcount(const unsigned *bitset, unsigned size)
+{
+       unsigned i;
+       unsigned n   = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
        unsigned res = 0;
-       const unsigned *elem = bitset;
 
-       for(pos = 0; pos < n; ++pos) {
-               res += _bitset_inside_pop(elem);
-               elem++;
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               res += popcount(bitset[i]);
        }
 
        return res;
 }
 
-static INLINE unsigned rbitset_next(const unsigned *bitset, unsigned pos, int set)
+/**
+ * Returns the position of the next bit starting from (and including)
+ * a given position.
+ *
+ * @param bitset  a bitset
+ * @param pos     the first position to check
+ * @param set     if 0 search for unset bit, else for set bit
+ *
+ * @return the first position where a matched bit was found
+ *
+ * @note Does NOT check the size of the bitset, so ensure that a bit
+ *       will be found or use a sentinel bit!
+ */
+static inline unsigned rbitset_next(const unsigned *bitset, unsigned pos,
+                                    bool set)
 {
        unsigned p;
        unsigned elem_pos = pos / BITS_PER_ELEM;
        unsigned bit_pos = pos % BITS_PER_ELEM;
 
        unsigned elem = bitset[elem_pos];
+       unsigned mask = set ? 0 : ~0u;
 
        /*
         * Mask out the bits smaller than pos in the current unit.
@@ -104,86 +308,300 @@ static INLINE unsigned rbitset_next(const unsigned *bitset, unsigned pos, int se
         */
        unsigned in_elem_mask = (1 << bit_pos) - 1;
 
-       if(!set)
-               elem = ~elem;
-       p = _bitset_inside_ntz_value(elem & ~in_elem_mask);
+       elem ^= mask;
+       p = ntz(elem & ~in_elem_mask);
 
        /* If there is a bit set in the current elem, exit. */
-       if(p < BITS_PER_ELEM) {
+       if (p < BITS_PER_ELEM) {
                return elem_pos * BITS_PER_ELEM + p;
        }
 
        /* Else search for set bits in the next units. */
-       while(1) {
+       for (;;) {
                elem_pos++;
-               elem = bitset[elem_pos];
-               if(!set)
-                       elem = ~elem;
+               elem = bitset[elem_pos] ^ mask;
 
-               p = _bitset_inside_ntz_value(elem);
-               if(p < BITS_PER_ELEM) {
+               p = ntz(elem);
+               if (p < BITS_PER_ELEM) {
                        return elem_pos * BITS_PER_ELEM + p;
                }
        }
+}
+
+/**
+ * Returns the position of the next bit starting from (and including)
+ * a given position.
+ *
+ * @param bitset  a bitset
+ * @param pos     the first position to check
+ * @param last    first position that is not checked anymore
+ * @param set     if 0 search for unset bit, else for set bit
+ *
+ * @return the first position where a matched bit was found.
+ *         (unsigned)-1 if no bit was found.
+ */
+static inline unsigned rbitset_next_max(const unsigned *bitset, unsigned pos,
+                                        unsigned last, bool set)
+{
+       unsigned p;
+       unsigned elem_pos = pos / BITS_PER_ELEM;
+       unsigned bit_pos  = pos % BITS_PER_ELEM;
+
+       unsigned elem = bitset[elem_pos];
+       unsigned mask = set ? 0 : ~0u;
+       unsigned res  = (unsigned)-1;
+
+       /*
+        * Mask out the bits smaller than pos in the current unit.
+        * We are only interested in bits set higher than pos.
+        */
+       unsigned in_elem_mask = (1 << bit_pos) - 1;
+
+       assert(pos < last);
+
+       elem ^= mask;
+       p = ntz(elem & ~in_elem_mask);
+
+       /* If there is a bit set in the current elem, exit. */
+       if (p < BITS_PER_ELEM) {
+               res = elem_pos * BITS_PER_ELEM + p;
+       } else {
+               unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(last);
+               /* Else search for set bits in the next units. */
+               for (elem_pos++; elem_pos < n; elem_pos++) {
+                       elem = bitset[elem_pos] ^ mask;
+
+                       p = ntz(elem);
+                       if (p < BITS_PER_ELEM) {
+                               res = elem_pos * BITS_PER_ELEM + p;
+                               break;
+                       }
+               }
+       }
+       if (res >= last)
+               res = (unsigned)-1;
 
-       assert(0);
-       return 0xdeadbeef;
+       return res;
 }
 
-static INLINE void rbitset_and(unsigned *bitset1, const unsigned *bitset2,
-                               unsigned size)
+/**
+ * Inplace Intersection of two sets.
+ *
+ * @param dst   the destination bitset and first operand
+ * @param src   the second bitset
+ * @param size  size of both bitsets in bits
+ */
+static inline void rbitset_and(unsigned *dst, const unsigned *src, unsigned size)
 {
-       unsigned i = 0;
-       unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+       unsigned i, n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
 
-       for(i = 0; i < n; ++i) {
-               bitset1[i] &= bitset2[i];
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               dst[i] &= src[i];
        }
 }
 
-static INLINE void rbitset_or(unsigned *bitset1, const unsigned *bitset2,
-                              unsigned size)
+/**
+ * Inplace Union of two sets.
+ *
+ * @param dst   the destination bitset and first operand
+ * @param src   the second bitset
+ * @param size  size of both bitsets in bits
+ */
+static inline void rbitset_or(unsigned *dst, const unsigned *src, unsigned size)
 {
-       unsigned i = 0;
-       unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+       unsigned i, n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               dst[i] |= src[i];
+       }
+}
+
+/**
+ * Remove all bits in src from dst.
+ *
+ * @param dst   the destination bitset and first operand
+ * @param src   the second bitset
+ * @param size  size of both bitsets in bits
+ */
+static inline void rbitset_andnot(unsigned *dst, const unsigned *src, unsigned size)
+{
+       unsigned i, n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
 
-       for(i = 0; i < n; ++i) {
-               bitset1[i] |= bitset2[i];
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               dst[i] &= ~src[i];
        }
 }
 
-static INLINE void rbitset_andnot(unsigned *bitset1, const unsigned *bitset2,
-                                  unsigned size)
+/**
+ * Xor of two bitsets.
+ *
+ * @param dst   the destination bitset and first operand
+ * @param src   the second bitset
+ * @param size  size of both bitsets in bits
+ */
+static inline void rbitset_xor(unsigned *dst, const unsigned *src, unsigned size)
+{
+       unsigned i, n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               dst[i] ^= src[i];
+       }
+}
+
+/**
+ * Set bits in a range to zero or one
+ * @param bitset   the bitset
+ * @param from     first bit to set
+ * @param to       last bit (the first bit which is not set anymore)
+ * @param val      wether to set to 1 or 0
+ */
+static inline void rbitset_set_range(unsigned *bitset, unsigned from,
+                                     unsigned to, bool val)
+{
+       /*
+        * A small example (for cleaning bits in the same unit).
+        * from   = 7
+        * to     = 19
+        * do_set = 0
+        * result:         xxxxxxx000000000000xxxxxxxxxxxxx
+        * from_unit_mask: 00000001111111111111111111111111
+        * to_unit_mask:   11111111111111111110000000000000
+        * scale:          01234567890123456789012345678901
+        *                           1         2         3
+        */
+
+       unsigned from_bit       = from % BITS_PER_ELEM;
+       unsigned from_pos       = from / BITS_PER_ELEM;
+       unsigned from_unit_mask = ~((1 << from_bit) - 1);
+
+       unsigned to_bit         = to % BITS_PER_ELEM;
+       unsigned to_pos         = to / BITS_PER_ELEM;
+       unsigned to_unit_mask   = (1 << to_bit) - 1;
+
+       assert(from < to);
+
+       /* do we want to set the bits in the range? */
+       if (val) {
+               if (from_pos == to_pos) {
+                       BITSET_ELEM(bitset, from_pos) |= from_unit_mask & to_unit_mask;
+               } else {
+                       unsigned i;
+                       BITSET_ELEM(bitset, from_pos) |= from_unit_mask;
+                       BITSET_ELEM(bitset, to_pos)   |= to_unit_mask;
+                       for (i = from_pos + 1; i < to_pos; ++i)
+                               BITSET_ELEM(bitset, i) = ~0u;
+               }
+       } else {
+               /* ... or clear them? */
+               if (from_pos == to_pos) {
+                       BITSET_ELEM(bitset, from_pos) &= ~(from_unit_mask & to_unit_mask);
+               } else {
+                       unsigned i;
+                       BITSET_ELEM(bitset, from_pos) &= ~from_unit_mask;
+                       BITSET_ELEM(bitset, to_pos)   &= ~to_unit_mask;
+                       for (i = from_pos + 1; i < to_pos; ++i)
+                               BITSET_ELEM(bitset, i) = 0;
+               }
+       }
+}
+
+/**
+ * Returns 1 of two bitsets are equal.
+ *
+ * @param bitset1  the first bitset
+ * @param bitset2  the second bitset
+ * @param size     size of both bitsets in bits
+ */
+static inline bool rbitsets_equal(const unsigned *bitset1,
+                                  const unsigned *bitset2, unsigned size)
+{
+       unsigned size_bytes = BITSET_SIZE_BYTES(size);
+       return memcmp(bitset1, bitset2, size_bytes) == 0;
+}
+
+/**
+ * Tests wether 2 bitsets wether at least 1 bit is set in both.
+ *
+ * @param bitset1  the first bitset
+ * @param bitset2  the second bitset
+ * @param size     size of both bitsets in bits
+ */
+static inline bool rbitsets_have_common(const unsigned *bitset1,
+                                        const unsigned *bitset2, unsigned size)
 {
-       unsigned i = 0;
+       unsigned i;
        unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
 
-       for(i = 0; i < n; ++i) {
-               bitset1[i] &= ~bitset2[i];
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               if ((bitset1[i] & bitset2[i]) != 0)
+                       return true;
        }
+       return false;
 }
 
-static INLINE void rbitset_xor(unsigned *bitset1, const unsigned *bitset2,
-                               unsigned size)
+/**
+ * Tests wether all bits set in bitset1 are also set in bitset2.
+ *
+ * @param bitset1  the first bitset
+ * @param bitset2  the second bitset
+ * @param size     size of both bitsets in bits
+ */
+static inline bool rbitset_contains(const unsigned *bitset1,
+                                    const unsigned *bitset2, unsigned size)
 {
-       unsigned i = 0;
+       unsigned i;
        unsigned n = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
 
-       for(i = 0; i < n; ++i) {
-               bitset1[i] ^= bitset2[i];
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               if ((bitset1[i] & bitset2[i]) != bitset1[i])
+                       return false;
        }
+       return true;
 }
 
-/** @deprecated */
-static INLINE void rbitset_copy_to_bitset(const unsigned *rbitset, bitset_t *bitset)
+/**
+ * Treat the bitset as a number and subtract 1.
+ * @param  bitset  the bitset.
+ * @return size    size of the bitset in bits
+ */
+static inline void rbitset_minus1(unsigned *bitset, unsigned size)
 {
-       // TODO optimize me (or remove me)
        unsigned i;
-       unsigned n = bitset_size(bitset);
-       for(i = 0; i < n; ++i) {
-               if(rbitset_is_set(rbitset, i))
-                       bitset_set(bitset, i);
+       unsigned n         = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+       unsigned last_mask = rbitset_last_mask_(size);
+
+       for (i = 0; i < n; ++i) {
+               unsigned mask       = i == n-1 ? last_mask : ~0u;
+               unsigned val        = bitset[i] & mask;
+               unsigned val_minus1 = val - 1;
+               bitset[i] = val_minus1 & mask;
+
+               if (((val >> (BITS_PER_ELEM-1)) ^ (val_minus1 >> (BITS_PER_ELEM-1))) == 0)
+                       break;
        }
 }
 
+/**
+ * Copy a raw bitset into another.
+ *
+ * @param dst   the destination set
+ * @param src   the source set
+ * @param size  size of both bitsets in bits
+ */
+static inline void rbitset_copy(unsigned *dst, const unsigned *src,
+                                unsigned size)
+{
+       memcpy(dst, src, BITSET_SIZE_BYTES(size));
+}
+
+static inline void rbitset_copy_into(unsigned *dst, const unsigned *src,
+                                     unsigned size)
+{
+       unsigned n         = BITSET_SIZE_ELEMS(size);
+       unsigned last_mask = rbitset_last_mask_(size);
+
+       memcpy(dst, src, (n-1) * (BITS_PER_ELEM/8));
+       dst[n-1] = (src[n-1] & last_mask) | (dst[n-1] & ~last_mask);
+}
+
 #endif