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karatsuba multiplication: doesn't work yet
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parent
3510274fce
commit
4d6017b974
313
src/ops.rs
313
src/ops.rs
@ -1,6 +1,6 @@
|
||||
use crate::SmallUint;
|
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use crate::smallint::SmallUintType;
|
||||
use core::ops::Add;
|
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use core::ops::{Add, Sub, Mul};
|
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use core::mem::ManuallyDrop;
|
||||
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||||
macro_rules! basic_op {
|
||||
@ -83,12 +83,13 @@ fn add_two_slices(slice1: &[u32], slice2: &[u32]) -> Vec<u32> {
|
||||
if carry {
|
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res.push(1);
|
||||
}
|
||||
while res[res.len() - 1] == 0 {
|
||||
while res.len() != 1 && res[res.len() - 1] == 0 {
|
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res.pop();
|
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}
|
||||
res
|
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}
|
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|
||||
|
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fn add(a: &SmallUint, b: &SmallUint) -> SmallUint {
|
||||
|
||||
match (&a.0, &b.0) {
|
||||
@ -153,6 +154,103 @@ fn add(a: &SmallUint, b: &SmallUint) -> SmallUint {
|
||||
|
||||
basic_op!(Add, SmallUint, add);
|
||||
|
||||
fn sub_two_slices(slice1: &[u32], slice2: &[u32]) -> Vec<u32> {
|
||||
let b = slice1.len();
|
||||
let s = slice2.len();
|
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|
||||
if b < s {
|
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panic!("First number is smaller than second.");
|
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}
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let mut res = Vec::with_capacity(std::cmp::max(s, b));
|
||||
let mut borrow = false;
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for i in 0..b {
|
||||
let mut value1 = slice1[i];
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let value2 = if i < s {
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slice2[i]
|
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} else {
|
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0
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};
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if borrow {
|
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let (temp, b) = value1.overflowing_sub(1);
|
||||
value1 = temp;
|
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borrow = b;
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}
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||||
if value2 > value1 {
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borrow = true;
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}
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let val = value1.wrapping_sub(value2);
|
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res.push(val);
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|
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}
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|
||||
if borrow {
|
||||
panic!("First number is smaller than second. ");
|
||||
}
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|
||||
res
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||||
|
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}
|
||||
|
||||
fn sub(a: &SmallUint, b: &SmallUint) -> SmallUint {
|
||||
|
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match (&a.0, &b.0) {
|
||||
(&SmallUintType::Inline(i), &SmallUintType::Inline(j)) => {
|
||||
if let (t, false) = i.overflowing_sub(j) {
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Inline(t))
|
||||
} else {
|
||||
panic!("First number is smaller than second. ");
|
||||
}
|
||||
},
|
||||
(&SmallUintType::Heap((r, s)), &SmallUintType::Inline(i)) => {
|
||||
let slice1 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(r, s) };
|
||||
|
||||
let mut res = [0, 0, 0, 0];
|
||||
|
||||
let mut v = i;
|
||||
#[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
for r in 0..4 {
|
||||
res[r] = v as u32;
|
||||
|
||||
v >>= 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let result = sub_two_slices(slice1, &res[..]);
|
||||
let size = result.len();
|
||||
|
||||
let mut slice = ManuallyDrop::new(result.into_boxed_slice());
|
||||
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
|
||||
|
||||
},
|
||||
(&SmallUintType::Inline(_), &SmallUintType::Heap((_, _))) => {
|
||||
panic!("First number is smaller than second. ");
|
||||
|
||||
},
|
||||
(&SmallUintType::Heap((r, s)), &SmallUintType::Heap((i, j))) => {
|
||||
|
||||
let slice1 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(r, s) };
|
||||
let slice2 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(i, j) };
|
||||
|
||||
let res = sub_two_slices(slice1, slice2);
|
||||
let size = res.len();
|
||||
|
||||
let mut slice = ManuallyDrop::new(res.into_boxed_slice());
|
||||
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
basic_op!(Sub, SmallUint, sub);
|
||||
|
||||
// Taken from https://github.com/rust-lang/rust/issues/85532#issuecomment-916309635. Credit to
|
||||
// AaronKutch.
|
||||
const fn carrying_mul_u128(lhs: u128, rhs: u128, carry: u128) -> (u128, u128) {
|
||||
@ -189,55 +287,162 @@ const fn carrying_mul_u128(lhs: u128, rhs: u128, carry: u128) -> (u128, u128) {
|
||||
(sum0, sum1)
|
||||
}
|
||||
|
||||
// fn mul_two_slices(slice1: &[u32], slice2: &[u32]) -> Vec<u32> {
|
||||
//
|
||||
// let l1 = slice1.len();
|
||||
// let l2 = slice2.len();
|
||||
//
|
||||
//
|
||||
// }
|
||||
//
|
||||
//
|
||||
// fn mul(a: &SmallUint, b: &SmallUint) -> SmallUint {
|
||||
// match (&a.0, &b.0) {
|
||||
// (&SmallUintType::Inline(i), &SmallUintType::Inline(j)) => {
|
||||
// match carrying_mul_u128(i, j, 0) {
|
||||
// (t, 0) => SmallUint(SmallUintType::Inline(t)),
|
||||
// (t, o) => {
|
||||
// let mut res = Vec::with_capacity(8);
|
||||
//
|
||||
// let mut v = t;
|
||||
// #[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
// for _ in 0..4 {
|
||||
// res.push(v as u32);
|
||||
//
|
||||
// v >>= 32;
|
||||
// }
|
||||
//
|
||||
// let mut v = o;
|
||||
// for _ in 4..8 {
|
||||
// res.push(v as u32);
|
||||
//
|
||||
// v >>= 32;
|
||||
// }
|
||||
//
|
||||
// while res[res.len() - 1] == 0 {
|
||||
// res.pop();
|
||||
// }
|
||||
//
|
||||
// let size = res.len();
|
||||
//
|
||||
// let mut slice = ManuallyDrop::new(res.into_boxed_slice());
|
||||
//
|
||||
// SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
//
|
||||
// }
|
||||
// }
|
||||
// },
|
||||
// (&SmallUintType::Heap((r, s)), &SmallUintType::Inline(i)) | (&SmallUintType::Inline(i), &SmallUintType::Heap((r, s))) => {
|
||||
//
|
||||
// }
|
||||
// }
|
||||
// }
|
||||
//
|
||||
//
|
||||
fn mul_two_slices(slice1: &[u32], slice2: &[u32]) -> Vec<u32> {
|
||||
|
||||
// https://en.wikipedia.org/wiki/Karatsuba_algorithm
|
||||
|
||||
let l1 = slice1.len();
|
||||
let l2 = slice2.len();
|
||||
|
||||
|
||||
if l1 == 0 || l2 == 0 {
|
||||
return vec![];
|
||||
} else if l1 == 1 {
|
||||
let mut overflow = 0;
|
||||
let mut res: Vec<u32> = Vec::with_capacity(l2 + 1);
|
||||
|
||||
#[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
for i in 0..l2 {
|
||||
let mut r = (slice2[i] as u64) * (slice1[0] as u64);
|
||||
r += overflow as u64;
|
||||
let m = r as u32;
|
||||
overflow = (r >> 32) as u32;
|
||||
res.push(m);
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
if overflow != 0 {
|
||||
res.push(overflow);
|
||||
}
|
||||
|
||||
return res;
|
||||
} else if l2 == 1 {
|
||||
|
||||
let mut overflow = 0;
|
||||
let mut res: Vec<u32> = Vec::with_capacity(l2 + 1);
|
||||
|
||||
#[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
for i in 0..l1 {
|
||||
let mut r = (slice1[i] as u64) * (slice2[0] as u64);
|
||||
r += overflow as u64;
|
||||
let m = r as u32;
|
||||
overflow = (r >> 32) as u32;
|
||||
res.push(m);
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
if overflow != 0 {
|
||||
res.push(overflow);
|
||||
}
|
||||
|
||||
return res;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let m = std::cmp::min(l1, l2);
|
||||
let m2 = (m as u32) / 2;
|
||||
|
||||
let (low1, high1) = slice1.split_at(m2 as usize);
|
||||
let (low2, high2) = slice2.split_at(m2 as usize);
|
||||
|
||||
println!("z0: {:?}, {:?}", low1, low2);
|
||||
println!("z1: {:?}, {:?}", &add_two_slices(low1, high1), &add_two_slices(low2, high2));
|
||||
println!("z2: {:?}, {:?}", high1, high2);
|
||||
|
||||
let z0 = mul_two_slices(low1, low2);
|
||||
let z1 = mul_two_slices(&add_two_slices(low1, high1), &add_two_slices(low2, high2));
|
||||
let z2 = mul_two_slices(high1, high2);
|
||||
|
||||
let mut op0 = z0.clone();
|
||||
|
||||
for _ in 0..(m2 * 2) {
|
||||
op0.insert(0, 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
let mut op1 = sub_two_slices(&sub_two_slices(&z1, &z2), &z0);
|
||||
|
||||
for _ in 0..m2 {
|
||||
op1.insert(0, 0);
|
||||
}
|
||||
|
||||
add_two_slices(&add_two_slices(&op0, &op1), &z0)
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
fn mul(a: &SmallUint, b: &SmallUint) -> SmallUint {
|
||||
match (&a.0, &b.0) {
|
||||
(&SmallUintType::Inline(i), &SmallUintType::Inline(j)) => {
|
||||
match carrying_mul_u128(i, j, 0) {
|
||||
(t, 0) => SmallUint(SmallUintType::Inline(t)),
|
||||
(t, o) => {
|
||||
let mut res = Vec::with_capacity(8);
|
||||
|
||||
let mut v = t;
|
||||
#[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
for _ in 0..4 {
|
||||
res.push(v as u32);
|
||||
|
||||
v >>= 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let mut v = o;
|
||||
for _ in 4..8 {
|
||||
res.push(v as u32);
|
||||
|
||||
v >>= 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
while res[res.len() - 1] == 0 {
|
||||
res.pop();
|
||||
}
|
||||
|
||||
let size = res.len();
|
||||
|
||||
let mut slice = ManuallyDrop::new(res.into_boxed_slice());
|
||||
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
},
|
||||
|
||||
(&SmallUintType::Heap((r, s)), &SmallUintType::Inline(i)) | (&SmallUintType::Inline(i), &SmallUintType::Heap((r, s))) => {
|
||||
let slice1 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(r, s) };
|
||||
|
||||
let mut res = [0, 0, 0, 0];
|
||||
|
||||
let mut v = i;
|
||||
#[allow(clippy::needless_range_loop)]
|
||||
for r in 0..4 {
|
||||
res[r] = v as u32;
|
||||
|
||||
v >>= 32;
|
||||
}
|
||||
|
||||
let result = mul_two_slices(slice1, &res[..]);
|
||||
let size = result.len();
|
||||
|
||||
let mut slice = ManuallyDrop::new(result.into_boxed_slice());
|
||||
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
|
||||
|
||||
},
|
||||
(&SmallUintType::Heap((r, s)), &SmallUintType::Heap((i, j))) => {
|
||||
|
||||
let slice1 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(r, s) };
|
||||
let slice2 = unsafe { core::slice::from_raw_parts(i, j) };
|
||||
|
||||
let res = mul_two_slices(slice1, slice2);
|
||||
let size = res.len();
|
||||
|
||||
let mut slice = ManuallyDrop::new(res.into_boxed_slice());
|
||||
|
||||
SmallUint(SmallUintType::Heap((slice.as_mut_ptr(), size)))
|
||||
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
basic_op!(Mul, SmallUint, mul);
|
||||
|
||||
|
||||
46
src/tests.rs
46
src/tests.rs
@ -45,12 +45,54 @@ fn test_op_add_u_u() {
|
||||
let q = i + k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]) + u128::MAX);
|
||||
|
||||
let i = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![3, 9, 8]));
|
||||
let i = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]));
|
||||
let k = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
let q = i + k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![3, 9, 8]) + BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]) + BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
}
|
||||
|
||||
#[test]
|
||||
#[cfg(feature = "num-bigint")]
|
||||
fn test_op_mul_u_u() {
|
||||
let i = SmallUint::from(u128::MAX);
|
||||
let k = SmallUint::from(u128::MAX);
|
||||
let q = i * k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::from(u128::MAX) * u128::MAX);
|
||||
|
||||
|
||||
let i = SmallUint::from(u32::MAX);
|
||||
let k = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
let q = i * k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]) * u32::MAX);
|
||||
|
||||
let i = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]));
|
||||
let k = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
let q = i * k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]) * BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
#[test]
|
||||
#[cfg(feature = "num-bigint")]
|
||||
fn test_op_sub_u_u() {
|
||||
let i = SmallUint::from(u128::MAX);
|
||||
let k = SmallUint::from(u128::MAX);
|
||||
let q = i - k;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::from(u128::MAX) - u128::MAX);
|
||||
|
||||
let k = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
let i = SmallUint::from(u128::MAX);
|
||||
let q = k - i;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]) - u128::MAX);
|
||||
|
||||
let k = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]));
|
||||
let i = SmallUint::from(&BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]));
|
||||
let q = k - i;
|
||||
assert_eq!(BigUint::from(&q), BigUint::new(vec![5, 4, 9, 3, 1, 81]) - BigUint::new(vec![3, 9, 8, 3, 1]));
|
||||
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
#[test]
|
||||
#[cfg(feature = "num-bigint")]
|
||||
fn test_bigint() {
|
||||
|
||||
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