Rearrange the file tree.
[u/mdw/catacomb] / math / pgen.c
diff --git a/math/pgen.c b/math/pgen.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9a822f5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,420 @@
+/* -*-c-*-
+ *
+ * Prime generation glue
+ *
+ * (c) 1999 Straylight/Edgeware
+ */
+
+/*----- Licensing notice --------------------------------------------------*
+ *
+ * This file is part of Catacomb.
+ *
+ * Catacomb is free software; you can redistribute it and/or modify
+ * it under the terms of the GNU Library General Public License as
+ * published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
+ * License, or (at your option) any later version.
+ *
+ * Catacomb is distributed in the hope that it will be useful,
+ * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ * GNU Library General Public License for more details.
+ *
+ * You should have received a copy of the GNU Library General Public
+ * License along with Catacomb; if not, write to the Free
+ * Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330, Boston,
+ * MA 02111-1307, USA.
+ */
+
+/*----- Header files ------------------------------------------------------*/
+
+#include <assert.h>
+#include <stdio.h>
+#include <stdlib.h>
+#include <string.h>
+
+#include "fibrand.h"
+#include "grand.h"
+#include "mp.h"
+#include "mprand.h"
+#include "pgen.h"
+#include "pfilt.h"
+#include "rabin.h"
+
+/*----- Standard prime filter ---------------------------------------------*/
+
+/* --- @pgen_filter@ --- */
+
+int pgen_filter(int rq, pgen_event *ev, void *p)
+{
+  pgen_filterctx *f = p;
+  int rc = PGEN_FAIL;
+
+  switch (rq) {
+    case PGEN_BEGIN:
+      rc = pfilt_create(&f->f, ev->m);
+      mp_drop(ev->m);
+      break;
+    case PGEN_TRY:
+      mp_drop(ev->m);
+      break;
+    case PGEN_DONE:
+      pfilt_destroy(&f->f);
+      return (PGEN_DONE);
+    default:
+      rc = PGEN_ABORT;
+      break;
+  }
+
+  if (rc == PGEN_FAIL && !((f->step | f->f.m->v[0]) & 1))
+    rc = pfilt_step(&f->f, 1);
+  while (rc == PGEN_FAIL)
+    rc = pfilt_step(&f->f, f->step);
+  ev->m = MP_COPY(f->f.m);
+  return (rc);
+}
+
+/* --- @pgen_jump@ --- *
+ *
+ * Similar to the standard @pgen_filter@, but jumps in large steps rather
+ * than small ones.
+ */
+
+int pgen_jump(int rq, pgen_event *ev, void *p)
+{
+  pgen_jumpctx *f = p;
+  int rc = PGEN_ABORT;
+
+  switch (rq) {
+    case PGEN_BEGIN: {
+      mp *g = MP_NEW;
+      mp_gcd(&g, 0, 0, ev->m, f->j->m);
+      if (MP_CMP(g, >, MP_ONE)) {
+       mp_drop(g);
+       return (PGEN_ABORT);
+      }
+      mp_drop(g);
+      rc = pfilt_create(&f->f, ev->m);
+      mp_drop(ev->m);
+    } break;
+    case PGEN_TRY:
+      mp_drop(ev->m);
+      rc = pfilt_jump(&f->f, f->j);
+      break;
+    case PGEN_DONE:
+      pfilt_destroy(&f->f);
+      return (PGEN_DONE);
+  }
+
+  while (rc == PGEN_FAIL)
+    rc = pfilt_jump(&f->f, f->j);
+  ev->m = MP_COPY(f->f.m);
+  return (rc);
+}
+
+/*----- Standard prime test -----------------------------------------------*/
+
+/* --- @pgen_test@ --- */
+
+int pgen_test(int rq, pgen_event *ev, void *p)
+{
+  rabin *r = p;
+  int rc = PGEN_ABORT;
+
+  switch (rq) {
+    case PGEN_BEGIN:
+      rabin_create(r, ev->m);
+      rc = PGEN_TRY;
+      break;
+    case PGEN_TRY:
+      if (!ev->tests)
+       rc = rabin_rtest(r, MP_TWO);
+      else {
+       mp *a = mprand_range(MP_NEW, ev->m, ev->r, 0);
+       rc = rabin_rtest(r, a);
+       mp_drop(a);
+      }
+      break;
+    case PGEN_DONE:
+      rabin_destroy(r);
+      rc = PGEN_DONE;
+      break;
+  }
+
+  return (rc);
+}
+
+/*----- The main driver ---------------------------------------------------*/
+
+/* --- @pgen@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @const char *name@ = name of the value being searched for
+ *             @mp *d@ = destination for the result integer
+ *             @mp *m@ = start value to pass to stepper
+ *             @pgen_proc *event@ = event handler function
+ *             @void *ectx@ = context argument for event andler
+ *             @unsigned steps@ = number of steps to take in search
+ *             @pgen_proc *step@ = stepper function to use
+ *             @void *sctx@ = context argument for stepper
+ *             @unsigned tests@ = number of tests to make
+ *             @pgen_proc *test@ = tester function to use
+ *             @void *tctx@ = context argument for tester
+ *
+ * Returns:    Pointer to final result, or null.
+ *
+ * Use:                A generalized prime-number search skeleton.  Yes, that's a
+ *             scary number of arguments.
+ */
+
+mp *pgen(const char *name, mp *d, mp *m, pgen_proc *event, void *ectx,
+        unsigned steps, pgen_proc *step, void *sctx,
+        unsigned tests, pgen_proc *test, void *tctx)
+{
+  pgen_event ev;
+  int rq, rc;
+  pgen_proc *proc;
+  void *ctx;
+  int p;
+
+  enum { P_STEP, P_TEST };
+
+  /* --- Set up the initial event block --- */
+
+  ev.name = name;
+  if (m)
+    ev.m = MP_COPY(m);
+  else
+    ev.m = 0;
+  ev.steps = 0;
+  ev.tests = 0;
+  ev.r = fibrand_create(0);
+
+  /* --- Tell the event handler we're under way --- */
+
+  if (event && event(PGEN_BEGIN, &ev, ectx) == PGEN_ABORT) {
+    ev.r->ops->destroy(ev.r);
+    return (0);
+  }
+
+  /* --- Set up for the initial call --- */
+
+  proc = step; ctx = sctx; p = P_STEP; rq = PGEN_BEGIN;
+
+  /* --- Enter the great maelstrom of state transitions --- */
+
+  for (;;) {
+    unsigned act = 0;
+
+#define A_STEP 1u
+#define A_TEST 2u
+#define A_EVENT 4u
+#define A_ENDTEST 8u
+#define A_ENDSTEP 16u
+#define A_DONE 32u
+
+    /* --- Call the procedure and decide what to do next --- */
+
+    rc = proc(rq, &ev, ctx);
+    switch (rc) {
+      case PGEN_TRY:
+       if (p == P_TEST)
+         rq = PGEN_TRY;
+       else {
+         act |= A_EVENT;
+         proc = test; ctx = tctx; p = P_TEST;
+         rq = PGEN_BEGIN;
+       }
+       break;
+      case PGEN_PASS:
+       act |= A_TEST | A_EVENT;
+       if (p == P_TEST)
+         rq = PGEN_TRY;
+       else {
+         proc = test; ctx = tctx; p = P_TEST;
+         rq = PGEN_BEGIN;
+       }
+       break;
+      case PGEN_FAIL:
+       act |= A_STEP;
+       if (p == P_TEST) {
+         act |= A_ENDTEST | A_EVENT;
+         proc = step; ctx = sctx; p = P_STEP;
+       }
+       rq = PGEN_TRY;
+       break;
+      case PGEN_DONE:
+       act |= A_EVENT | A_DONE | A_ENDSTEP;
+       if (p == P_TEST)
+         act |= A_ENDTEST;
+       break;
+      case PGEN_ABORT:
+       act |= A_EVENT | A_DONE;
+       if (p == P_TEST || rq == PGEN_TRY)
+         act |= A_ENDSTEP;
+       if (p == P_TEST && rq != PGEN_BEGIN)
+         act |= A_ENDTEST;
+       break;
+      default:
+       assert(((void)"Invalid response from function", 0));
+       break;
+    }
+
+    /* --- If decrementing counters is requested, do that --- */
+
+    if ((act & A_STEP) && steps) {
+      ev.steps++;
+      if (ev.steps == steps) {
+       act |= A_EVENT | A_ENDSTEP | A_DONE;
+       rc = PGEN_ABORT;
+      }
+      ev.tests = 0;
+    }
+
+    if ((act & A_TEST) && tests) {
+      ev.tests++;
+      if (ev.tests == tests) {
+       act |= A_ENDTEST | A_ENDSTEP | A_DONE;
+       rc = PGEN_DONE;
+      }
+    }
+
+    /* --- Report an event if so directed --- */
+
+    if ((act & A_EVENT) && event && event(rc, &ev, ectx) == PGEN_ABORT) {
+      rc = PGEN_ABORT;
+      if (!(act & A_DONE)) {
+       act |= A_ENDSTEP | A_DONE;
+       if (p == P_TEST)
+         act |= A_ENDTEST;
+      }
+    }
+
+    /* --- Close down tester and stepper functions --- */
+
+    if (act & A_ENDTEST)
+      test(PGEN_DONE, &ev, tctx);
+    if (act & A_ENDSTEP)
+      step(PGEN_DONE, &ev, sctx);
+
+    /* --- Stop the entire test if necessary --- */
+
+    if (act & A_DONE)
+      break;
+  }
+
+  /* --- Tidy up and return --- */
+
+  if (rc == PGEN_ABORT) {
+    mp_drop(ev.m);
+    ev.m = 0;
+  }
+  ev.r->ops->destroy(ev.r);
+  mp_drop(d);
+
+  return (ev.m);
+}
+
+/* --- @pgen_primep@ --- *
+ *
+ * Arguments:  @mp *p@ = a number to check
+ *             @grand *gr@ = a random number source
+ *
+ * Returns:    Nonzero if @p@ is really prime.
+ */
+
+int pgen_primep(mp *p, grand *gr)
+{
+  int i;
+  rabin r;
+  mp *x = MP_NEW;
+
+  if (MP_NEGP(p)) return (0);
+  switch (pfilt_smallfactor(p)) {
+    case PGEN_DONE: return (1);
+    case PGEN_FAIL: return (0);
+  }
+  rabin_create(&r, p);
+  for (i = 32; i; i--) {
+    x = mprand_range(x, p, gr, 0);
+    if (rabin_rtest(&r, x) == PGEN_FAIL)
+      break;
+  }
+  MP_DROP(x);
+  rabin_destroy(&r);
+  return (!i);
+}
+
+/*----- Test rig ----------------------------------------------------------*/
+
+#ifdef TEST_RIG
+
+#include <mLib/testrig.h>
+
+static int t_primep(dstr *v)
+{
+  mp *m = *(mp **)v[0].buf;
+  int e = *(int *)v[1].buf;
+  int r;
+  grand *rng;
+  int ok = 1;
+
+  rng = fibrand_create(0);
+  r = pgen_primep(m, rng);
+  GR_DESTROY(rng);
+  if (e != r) {
+    fputs("\n*** primep failed", stderr);
+    fputs("\nm = ", stderr); mp_writefile(m, stderr, 10);
+    fprintf(stderr, "\nexpected %d", e);
+    fprintf(stderr, "\nreported %d", r);
+    fputc('\n', stderr);
+    ok = 0;
+  }
+
+  mp_drop(m);
+  assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
+  return (ok);
+}
+
+static int verify(dstr *v)
+{
+  mp *m = *(mp **)v[0].buf;
+  mp *q = *(mp **)v[1].buf;
+  mp *p;
+  int ok = 1;
+
+  pgen_filterctx pf;
+  rabin r;
+
+  pf.step = 2;
+  p = pgen("p", MP_NEW, m, pgen_evspin, 0, 0, pgen_filter, &pf,
+          rabin_iters(mp_bits(m)), pgen_test, &r);
+  if (!p || !MP_EQ(p, q)) {
+    fputs("\n*** pgen failed", stderr);
+    fputs("\nm = ", stderr); mp_writefile(m, stderr, 10);
+    fputs("\np = ", stderr); mp_writefile(p, stderr, 10);
+    fputs("\nq = ", stderr); mp_writefile(q, stderr, 10);
+    fputc('\n', stderr);
+    ok = 0;
+  }
+
+  mp_drop(m);
+  mp_drop(q);
+  mp_drop(p);
+  assert(mparena_count(MPARENA_GLOBAL) == 0);
+  return (ok);
+}
+
+static test_chunk tests[] = {
+  { "pgen", verify, { &type_mp, &type_mp, 0 } },
+  { "primep", t_primep, { &type_mp, &type_int, 0 } },
+  { 0, 0, { 0 } }
+};
+
+int main(int argc, char *argv[])
+{
+  sub_init();
+  test_run(argc, argv, tests, SRCDIR "/t/pgen");
+  return (0);
+}
+#endif
+
+/*----- That's all, folks -------------------------------------------------*/