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       1                 :            : /*
       2                 :            :  * Copyright (c) 2017 Andrew Kelley
       3                 :            :  *
       4                 :            :  * This file is part of zig, which is MIT licensed.
       5                 :            :  * See http://opensource.org/licenses/MIT
       6                 :            :  */
       7                 :            : 
       8                 :            : #ifndef ZIG_BIGINT_HPP
       9                 :            : #define ZIG_BIGINT_HPP
      10                 :            : 
      11                 :            : #include <stdint.h>
      12                 :            : #include <stddef.h>
      13                 :            : 
      14                 :            : struct BigInt {
      15                 :            :     size_t digit_count;
      16                 :            :     union {
      17                 :            :         uint64_t digit;
      18                 :            :         uint64_t *digits; // Least significant digit first
      19                 :            :     } data;
      20                 :            :     bool is_negative;
      21                 :            : };
      22                 :            : 
      23                 :            : struct Buf;
      24                 :            : struct BigFloat;
      25                 :            : 
      26                 :            : enum Cmp {
      27                 :            :     CmpLT,
      28                 :            :     CmpGT,
      29                 :            :     CmpEQ,
      30                 :            : };
      31                 :            : 
      32                 :            : void bigint_init_unsigned(BigInt *dest, uint64_t x);
      33                 :            : void bigint_init_signed(BigInt *dest, int64_t x);
      34                 :            : void bigint_init_bigint(BigInt *dest, const BigInt *src);
      35                 :            : void bigint_init_bigfloat(BigInt *dest, const BigFloat *op);
      36                 :            : void bigint_init_data(BigInt *dest, const uint64_t *digits, size_t digit_count, bool is_negative);
      37                 :            : 
      38                 :            : // panics if number won't fit
      39                 :            : uint64_t bigint_as_u64(const BigInt *bigint);
      40                 :            : uint32_t bigint_as_u32(const BigInt *bigint);
      41                 :            : size_t bigint_as_usize(const BigInt *bigint);
      42                 :            : 
      43                 :            : int64_t bigint_as_signed(const BigInt *bigint);
      44                 :            : 
      45                 :   24108633 : static inline const uint64_t *bigint_ptr(const BigInt *bigint) {
      46         [ +  + ]:   24108633 :     if (bigint->digit_count == 1) {
      47                 :   23851452 :         return &bigint->data.digit;
      48                 :            :     } else {
      49                 :     257181 :         return bigint->data.digits;
      50                 :            :     }
      51                 :            : }
      52                 :            : 
      53                 :            : bool bigint_fits_in_bits(const BigInt *bn, size_t bit_count, bool is_signed);
      54                 :            : void bigint_write_twos_complement(const BigInt *big_int, uint8_t *buf, size_t bit_count, bool is_big_endian);
      55                 :            : void bigint_read_twos_complement(BigInt *dest, const uint8_t *buf, size_t bit_count, bool is_big_endian,
      56                 :            :         bool is_signed);
      57                 :            : void bigint_add(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      58                 :            : void bigint_add_wrap(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2, size_t bit_count, bool is_signed);
      59                 :            : void bigint_sub(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      60                 :            : void bigint_sub_wrap(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2, size_t bit_count, bool is_signed);
      61                 :            : void bigint_mul(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      62                 :            : void bigint_mul_wrap(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2, size_t bit_count, bool is_signed);
      63                 :            : void bigint_div_trunc(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      64                 :            : void bigint_div_floor(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      65                 :            : void bigint_rem(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      66                 :            : void bigint_mod(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      67                 :            : 
      68                 :            : void bigint_or(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      69                 :            : void bigint_and(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      70                 :            : void bigint_xor(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      71                 :            : 
      72                 :            : void bigint_shl(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      73                 :            : void bigint_shl_trunc(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2, size_t bit_count, bool is_signed);
      74                 :            : void bigint_shr(BigInt *dest, const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      75                 :            : 
      76                 :            : void bigint_negate(BigInt *dest, const BigInt *op);
      77                 :            : void bigint_negate_wrap(BigInt *dest, const BigInt *op, size_t bit_count);
      78                 :            : void bigint_not(BigInt *dest, const BigInt *op, size_t bit_count, bool is_signed);
      79                 :            : void bigint_truncate(BigInt *dest, const BigInt *op, size_t bit_count, bool is_signed);
      80                 :            : 
      81                 :            : Cmp bigint_cmp(const BigInt *op1, const BigInt *op2);
      82                 :            : 
      83                 :            : void bigint_append_buf(Buf *buf, const BigInt *op, uint64_t base);
      84                 :            : 
      85                 :            : size_t bigint_ctz(const BigInt *bi, size_t bit_count);
      86                 :            : size_t bigint_clz(const BigInt *bi, size_t bit_count);
      87                 :            : size_t bigint_popcount_signed(const BigInt *bi, size_t bit_count);
      88                 :            : size_t bigint_popcount_unsigned(const BigInt *bi);
      89                 :            : 
      90                 :            : size_t bigint_bits_needed(const BigInt *op);
      91                 :            : 
      92                 :            : 
      93                 :            : // convenience functions
      94                 :            : Cmp bigint_cmp_zero(const BigInt *op);
      95                 :            : 
      96                 :            : void bigint_incr(BigInt *value);
      97                 :            : 
      98                 :            : bool mul_u64_overflow(uint64_t op1, uint64_t op2, uint64_t *result);
      99                 :            : 
     100                 :            : uint32_t bigint_hash(BigInt x);
     101                 :            : bool bigint_eql(BigInt a, BigInt b);
     102                 :            : 
     103                 :            : #endif