1 | package uint128 // import "lukechampine.com/uint128"
|
---|
2 |
|
---|
3 | import (
|
---|
4 | "encoding/binary"
|
---|
5 | "errors"
|
---|
6 | "fmt"
|
---|
7 | "math"
|
---|
8 | "math/big"
|
---|
9 | "math/bits"
|
---|
10 | )
|
---|
11 |
|
---|
12 | // Zero is a zero-valued uint128.
|
---|
13 | var Zero Uint128
|
---|
14 |
|
---|
15 | // Max is the largest possible uint128 value.
|
---|
16 | var Max = New(math.MaxUint64, math.MaxUint64)
|
---|
17 |
|
---|
18 | // A Uint128 is an unsigned 128-bit number.
|
---|
19 | type Uint128 struct {
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---|
20 | Lo, Hi uint64
|
---|
21 | }
|
---|
22 |
|
---|
23 | // IsZero returns true if u == 0.
|
---|
24 | func (u Uint128) IsZero() bool {
|
---|
25 | // NOTE: we do not compare against Zero, because that is a global variable
|
---|
26 | // that could be modified.
|
---|
27 | return u == Uint128{}
|
---|
28 | }
|
---|
29 |
|
---|
30 | // Equals returns true if u == v.
|
---|
31 | //
|
---|
32 | // Uint128 values can be compared directly with ==, but use of the Equals method
|
---|
33 | // is preferred for consistency.
|
---|
34 | func (u Uint128) Equals(v Uint128) bool {
|
---|
35 | return u == v
|
---|
36 | }
|
---|
37 |
|
---|
38 | // Equals64 returns true if u == v.
|
---|
39 | func (u Uint128) Equals64(v uint64) bool {
|
---|
40 | return u.Lo == v && u.Hi == 0
|
---|
41 | }
|
---|
42 |
|
---|
43 | // Cmp compares u and v and returns:
|
---|
44 | //
|
---|
45 | // -1 if u < v
|
---|
46 | // 0 if u == v
|
---|
47 | // +1 if u > v
|
---|
48 | //
|
---|
49 | func (u Uint128) Cmp(v Uint128) int {
|
---|
50 | if u == v {
|
---|
51 | return 0
|
---|
52 | } else if u.Hi < v.Hi || (u.Hi == v.Hi && u.Lo < v.Lo) {
|
---|
53 | return -1
|
---|
54 | } else {
|
---|
55 | return 1
|
---|
56 | }
|
---|
57 | }
|
---|
58 |
|
---|
59 | // Cmp64 compares u and v and returns:
|
---|
60 | //
|
---|
61 | // -1 if u < v
|
---|
62 | // 0 if u == v
|
---|
63 | // +1 if u > v
|
---|
64 | //
|
---|
65 | func (u Uint128) Cmp64(v uint64) int {
|
---|
66 | if u.Hi == 0 && u.Lo == v {
|
---|
67 | return 0
|
---|
68 | } else if u.Hi == 0 && u.Lo < v {
|
---|
69 | return -1
|
---|
70 | } else {
|
---|
71 | return 1
|
---|
72 | }
|
---|
73 | }
|
---|
74 |
|
---|
75 | // And returns u&v.
|
---|
76 | func (u Uint128) And(v Uint128) Uint128 {
|
---|
77 | return Uint128{u.Lo & v.Lo, u.Hi & v.Hi}
|
---|
78 | }
|
---|
79 |
|
---|
80 | // And64 returns u&v.
|
---|
81 | func (u Uint128) And64(v uint64) Uint128 {
|
---|
82 | return Uint128{u.Lo & v, u.Hi & 0}
|
---|
83 | }
|
---|
84 |
|
---|
85 | // Or returns u|v.
|
---|
86 | func (u Uint128) Or(v Uint128) Uint128 {
|
---|
87 | return Uint128{u.Lo | v.Lo, u.Hi | v.Hi}
|
---|
88 | }
|
---|
89 |
|
---|
90 | // Or64 returns u|v.
|
---|
91 | func (u Uint128) Or64(v uint64) Uint128 {
|
---|
92 | return Uint128{u.Lo | v, u.Hi | 0}
|
---|
93 | }
|
---|
94 |
|
---|
95 | // Xor returns u^v.
|
---|
96 | func (u Uint128) Xor(v Uint128) Uint128 {
|
---|
97 | return Uint128{u.Lo ^ v.Lo, u.Hi ^ v.Hi}
|
---|
98 | }
|
---|
99 |
|
---|
100 | // Xor64 returns u^v.
|
---|
101 | func (u Uint128) Xor64(v uint64) Uint128 {
|
---|
102 | return Uint128{u.Lo ^ v, u.Hi ^ 0}
|
---|
103 | }
|
---|
104 |
|
---|
105 | // Add returns u+v.
|
---|
106 | func (u Uint128) Add(v Uint128) Uint128 {
|
---|
107 | lo, carry := bits.Add64(u.Lo, v.Lo, 0)
|
---|
108 | hi, carry := bits.Add64(u.Hi, v.Hi, carry)
|
---|
109 | if carry != 0 {
|
---|
110 | panic("overflow")
|
---|
111 | }
|
---|
112 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
113 | }
|
---|
114 |
|
---|
115 | // AddWrap returns u+v with wraparound semantics; for example,
|
---|
116 | // Max.AddWrap(From64(1)) == Zero.
|
---|
117 | func (u Uint128) AddWrap(v Uint128) Uint128 {
|
---|
118 | lo, carry := bits.Add64(u.Lo, v.Lo, 0)
|
---|
119 | hi, _ := bits.Add64(u.Hi, v.Hi, carry)
|
---|
120 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
121 | }
|
---|
122 |
|
---|
123 | // Add64 returns u+v.
|
---|
124 | func (u Uint128) Add64(v uint64) Uint128 {
|
---|
125 | lo, carry := bits.Add64(u.Lo, v, 0)
|
---|
126 | hi, carry := bits.Add64(u.Hi, 0, carry)
|
---|
127 | if carry != 0 {
|
---|
128 | panic("overflow")
|
---|
129 | }
|
---|
130 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
131 | }
|
---|
132 |
|
---|
133 | // AddWrap64 returns u+v with wraparound semantics; for example,
|
---|
134 | // Max.AddWrap64(1) == Zero.
|
---|
135 | func (u Uint128) AddWrap64(v uint64) Uint128 {
|
---|
136 | lo, carry := bits.Add64(u.Lo, v, 0)
|
---|
137 | hi := u.Hi + carry
|
---|
138 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
139 | }
|
---|
140 |
|
---|
141 | // Sub returns u-v.
|
---|
142 | func (u Uint128) Sub(v Uint128) Uint128 {
|
---|
143 | lo, borrow := bits.Sub64(u.Lo, v.Lo, 0)
|
---|
144 | hi, borrow := bits.Sub64(u.Hi, v.Hi, borrow)
|
---|
145 | if borrow != 0 {
|
---|
146 | panic("underflow")
|
---|
147 | }
|
---|
148 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
149 | }
|
---|
150 |
|
---|
151 | // SubWrap returns u-v with wraparound semantics; for example,
|
---|
152 | // Zero.SubWrap(From64(1)) == Max.
|
---|
153 | func (u Uint128) SubWrap(v Uint128) Uint128 {
|
---|
154 | lo, borrow := bits.Sub64(u.Lo, v.Lo, 0)
|
---|
155 | hi, _ := bits.Sub64(u.Hi, v.Hi, borrow)
|
---|
156 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
157 | }
|
---|
158 |
|
---|
159 | // Sub64 returns u-v.
|
---|
160 | func (u Uint128) Sub64(v uint64) Uint128 {
|
---|
161 | lo, borrow := bits.Sub64(u.Lo, v, 0)
|
---|
162 | hi, borrow := bits.Sub64(u.Hi, 0, borrow)
|
---|
163 | if borrow != 0 {
|
---|
164 | panic("underflow")
|
---|
165 | }
|
---|
166 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
167 | }
|
---|
168 |
|
---|
169 | // SubWrap64 returns u-v with wraparound semantics; for example,
|
---|
170 | // Zero.SubWrap64(1) == Max.
|
---|
171 | func (u Uint128) SubWrap64(v uint64) Uint128 {
|
---|
172 | lo, borrow := bits.Sub64(u.Lo, v, 0)
|
---|
173 | hi := u.Hi - borrow
|
---|
174 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
175 | }
|
---|
176 |
|
---|
177 | // Mul returns u*v, panicking on overflow.
|
---|
178 | func (u Uint128) Mul(v Uint128) Uint128 {
|
---|
179 | hi, lo := bits.Mul64(u.Lo, v.Lo)
|
---|
180 | p0, p1 := bits.Mul64(u.Hi, v.Lo)
|
---|
181 | p2, p3 := bits.Mul64(u.Lo, v.Hi)
|
---|
182 | hi, c0 := bits.Add64(hi, p1, 0)
|
---|
183 | hi, c1 := bits.Add64(hi, p3, c0)
|
---|
184 | if (u.Hi != 0 && v.Hi != 0) || p0 != 0 || p2 != 0 || c1 != 0 {
|
---|
185 | panic("overflow")
|
---|
186 | }
|
---|
187 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
188 | }
|
---|
189 |
|
---|
190 | // MulWrap returns u*v with wraparound semantics; for example,
|
---|
191 | // Max.MulWrap(Max) == 1.
|
---|
192 | func (u Uint128) MulWrap(v Uint128) Uint128 {
|
---|
193 | hi, lo := bits.Mul64(u.Lo, v.Lo)
|
---|
194 | hi += u.Hi*v.Lo + u.Lo*v.Hi
|
---|
195 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
196 | }
|
---|
197 |
|
---|
198 | // Mul64 returns u*v, panicking on overflow.
|
---|
199 | func (u Uint128) Mul64(v uint64) Uint128 {
|
---|
200 | hi, lo := bits.Mul64(u.Lo, v)
|
---|
201 | p0, p1 := bits.Mul64(u.Hi, v)
|
---|
202 | hi, c0 := bits.Add64(hi, p1, 0)
|
---|
203 | if p0 != 0 || c0 != 0 {
|
---|
204 | panic("overflow")
|
---|
205 | }
|
---|
206 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
207 | }
|
---|
208 |
|
---|
209 | // MulWrap64 returns u*v with wraparound semantics; for example,
|
---|
210 | // Max.MulWrap64(2) == Max.Sub64(1).
|
---|
211 | func (u Uint128) MulWrap64(v uint64) Uint128 {
|
---|
212 | hi, lo := bits.Mul64(u.Lo, v)
|
---|
213 | hi += u.Hi * v
|
---|
214 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
215 | }
|
---|
216 |
|
---|
217 | // Div returns u/v.
|
---|
218 | func (u Uint128) Div(v Uint128) Uint128 {
|
---|
219 | q, _ := u.QuoRem(v)
|
---|
220 | return q
|
---|
221 | }
|
---|
222 |
|
---|
223 | // Div64 returns u/v.
|
---|
224 | func (u Uint128) Div64(v uint64) Uint128 {
|
---|
225 | q, _ := u.QuoRem64(v)
|
---|
226 | return q
|
---|
227 | }
|
---|
228 |
|
---|
229 | // QuoRem returns q = u/v and r = u%v.
|
---|
230 | func (u Uint128) QuoRem(v Uint128) (q, r Uint128) {
|
---|
231 | if v.Hi == 0 {
|
---|
232 | var r64 uint64
|
---|
233 | q, r64 = u.QuoRem64(v.Lo)
|
---|
234 | r = From64(r64)
|
---|
235 | } else {
|
---|
236 | // generate a "trial quotient," guaranteed to be within 1 of the actual
|
---|
237 | // quotient, then adjust.
|
---|
238 | n := uint(bits.LeadingZeros64(v.Hi))
|
---|
239 | v1 := v.Lsh(n)
|
---|
240 | u1 := u.Rsh(1)
|
---|
241 | tq, _ := bits.Div64(u1.Hi, u1.Lo, v1.Hi)
|
---|
242 | tq >>= 63 - n
|
---|
243 | if tq != 0 {
|
---|
244 | tq--
|
---|
245 | }
|
---|
246 | q = From64(tq)
|
---|
247 | // calculate remainder using trial quotient, then adjust if remainder is
|
---|
248 | // greater than divisor
|
---|
249 | r = u.Sub(v.Mul64(tq))
|
---|
250 | if r.Cmp(v) >= 0 {
|
---|
251 | q = q.Add64(1)
|
---|
252 | r = r.Sub(v)
|
---|
253 | }
|
---|
254 | }
|
---|
255 | return
|
---|
256 | }
|
---|
257 |
|
---|
258 | // QuoRem64 returns q = u/v and r = u%v.
|
---|
259 | func (u Uint128) QuoRem64(v uint64) (q Uint128, r uint64) {
|
---|
260 | if u.Hi < v {
|
---|
261 | q.Lo, r = bits.Div64(u.Hi, u.Lo, v)
|
---|
262 | } else {
|
---|
263 | q.Hi, r = bits.Div64(0, u.Hi, v)
|
---|
264 | q.Lo, r = bits.Div64(r, u.Lo, v)
|
---|
265 | }
|
---|
266 | return
|
---|
267 | }
|
---|
268 |
|
---|
269 | // Mod returns r = u%v.
|
---|
270 | func (u Uint128) Mod(v Uint128) (r Uint128) {
|
---|
271 | _, r = u.QuoRem(v)
|
---|
272 | return
|
---|
273 | }
|
---|
274 |
|
---|
275 | // Mod64 returns r = u%v.
|
---|
276 | func (u Uint128) Mod64(v uint64) (r uint64) {
|
---|
277 | _, r = u.QuoRem64(v)
|
---|
278 | return
|
---|
279 | }
|
---|
280 |
|
---|
281 | // Lsh returns u<<n.
|
---|
282 | func (u Uint128) Lsh(n uint) (s Uint128) {
|
---|
283 | if n > 64 {
|
---|
284 | s.Lo = 0
|
---|
285 | s.Hi = u.Lo << (n - 64)
|
---|
286 | } else {
|
---|
287 | s.Lo = u.Lo << n
|
---|
288 | s.Hi = u.Hi<<n | u.Lo>>(64-n)
|
---|
289 | }
|
---|
290 | return
|
---|
291 | }
|
---|
292 |
|
---|
293 | // Rsh returns u>>n.
|
---|
294 | func (u Uint128) Rsh(n uint) (s Uint128) {
|
---|
295 | if n > 64 {
|
---|
296 | s.Lo = u.Hi >> (n - 64)
|
---|
297 | s.Hi = 0
|
---|
298 | } else {
|
---|
299 | s.Lo = u.Lo>>n | u.Hi<<(64-n)
|
---|
300 | s.Hi = u.Hi >> n
|
---|
301 | }
|
---|
302 | return
|
---|
303 | }
|
---|
304 |
|
---|
305 | // LeadingZeros returns the number of leading zero bits in u; the result is 128
|
---|
306 | // for u == 0.
|
---|
307 | func (u Uint128) LeadingZeros() int {
|
---|
308 | if u.Hi > 0 {
|
---|
309 | return bits.LeadingZeros64(u.Hi)
|
---|
310 | }
|
---|
311 | return 64 + bits.LeadingZeros64(u.Lo)
|
---|
312 | }
|
---|
313 |
|
---|
314 | // TrailingZeros returns the number of trailing zero bits in u; the result is
|
---|
315 | // 128 for u == 0.
|
---|
316 | func (u Uint128) TrailingZeros() int {
|
---|
317 | if u.Lo > 0 {
|
---|
318 | return bits.TrailingZeros64(u.Lo)
|
---|
319 | }
|
---|
320 | return 64 + bits.TrailingZeros64(u.Hi)
|
---|
321 | }
|
---|
322 |
|
---|
323 | // OnesCount returns the number of one bits ("population count") in u.
|
---|
324 | func (u Uint128) OnesCount() int {
|
---|
325 | return bits.OnesCount64(u.Hi) + bits.OnesCount64(u.Lo)
|
---|
326 | }
|
---|
327 |
|
---|
328 | // RotateLeft returns the value of u rotated left by (k mod 128) bits.
|
---|
329 | func (u Uint128) RotateLeft(k int) Uint128 {
|
---|
330 | const n = 128
|
---|
331 | s := uint(k) & (n - 1)
|
---|
332 | return u.Lsh(s).Or(u.Rsh(n - s))
|
---|
333 | }
|
---|
334 |
|
---|
335 | // RotateRight returns the value of u rotated left by (k mod 128) bits.
|
---|
336 | func (u Uint128) RotateRight(k int) Uint128 {
|
---|
337 | return u.RotateLeft(-k)
|
---|
338 | }
|
---|
339 |
|
---|
340 | // Reverse returns the value of u with its bits in reversed order.
|
---|
341 | func (u Uint128) Reverse() Uint128 {
|
---|
342 | return Uint128{bits.Reverse64(u.Hi), bits.Reverse64(u.Lo)}
|
---|
343 | }
|
---|
344 |
|
---|
345 | // ReverseBytes returns the value of u with its bytes in reversed order.
|
---|
346 | func (u Uint128) ReverseBytes() Uint128 {
|
---|
347 | return Uint128{bits.ReverseBytes64(u.Hi), bits.ReverseBytes64(u.Lo)}
|
---|
348 | }
|
---|
349 |
|
---|
350 | // Len returns the minimum number of bits required to represent u; the result is
|
---|
351 | // 0 for u == 0.
|
---|
352 | func (u Uint128) Len() int {
|
---|
353 | return 128 - u.LeadingZeros()
|
---|
354 | }
|
---|
355 |
|
---|
356 | // String returns the base-10 representation of u as a string.
|
---|
357 | func (u Uint128) String() string {
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358 | if u.IsZero() {
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---|
359 | return "0"
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---|
360 | }
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---|
361 | buf := []byte("0000000000000000000000000000000000000000") // log10(2^128) < 40
|
---|
362 | for i := len(buf); ; i -= 19 {
|
---|
363 | q, r := u.QuoRem64(1e19) // largest power of 10 that fits in a uint64
|
---|
364 | var n int
|
---|
365 | for ; r != 0; r /= 10 {
|
---|
366 | n++
|
---|
367 | buf[i-n] += byte(r % 10)
|
---|
368 | }
|
---|
369 | if q.IsZero() {
|
---|
370 | return string(buf[i-n:])
|
---|
371 | }
|
---|
372 | u = q
|
---|
373 | }
|
---|
374 | }
|
---|
375 |
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---|
376 | // PutBytes stores u in b in little-endian order. It panics if len(b) < 16.
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---|
377 | func (u Uint128) PutBytes(b []byte) {
|
---|
378 | binary.LittleEndian.PutUint64(b[:8], u.Lo)
|
---|
379 | binary.LittleEndian.PutUint64(b[8:], u.Hi)
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---|
380 | }
|
---|
381 |
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---|
382 | // Big returns u as a *big.Int.
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383 | func (u Uint128) Big() *big.Int {
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---|
384 | i := new(big.Int).SetUint64(u.Hi)
|
---|
385 | i = i.Lsh(i, 64)
|
---|
386 | i = i.Xor(i, new(big.Int).SetUint64(u.Lo))
|
---|
387 | return i
|
---|
388 | }
|
---|
389 |
|
---|
390 | // Scan implements fmt.Scanner.
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391 | func (u *Uint128) Scan(s fmt.ScanState, ch rune) error {
|
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392 | i := new(big.Int)
|
---|
393 | if err := i.Scan(s, ch); err != nil {
|
---|
394 | return err
|
---|
395 | } else if i.Sign() < 0 {
|
---|
396 | return errors.New("value cannot be negative")
|
---|
397 | } else if i.BitLen() > 128 {
|
---|
398 | return errors.New("value overflows Uint128")
|
---|
399 | }
|
---|
400 | u.Lo = i.Uint64()
|
---|
401 | u.Hi = i.Rsh(i, 64).Uint64()
|
---|
402 | return nil
|
---|
403 | }
|
---|
404 |
|
---|
405 | // New returns the Uint128 value (lo,hi).
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---|
406 | func New(lo, hi uint64) Uint128 {
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---|
407 | return Uint128{lo, hi}
|
---|
408 | }
|
---|
409 |
|
---|
410 | // From64 converts v to a Uint128 value.
|
---|
411 | func From64(v uint64) Uint128 {
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---|
412 | return New(v, 0)
|
---|
413 | }
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414 |
|
---|
415 | // FromBytes converts b to a Uint128 value.
|
---|
416 | func FromBytes(b []byte) Uint128 {
|
---|
417 | return New(
|
---|
418 | binary.LittleEndian.Uint64(b[:8]),
|
---|
419 | binary.LittleEndian.Uint64(b[8:]),
|
---|
420 | )
|
---|
421 | }
|
---|
422 |
|
---|
423 | // FromBig converts i to a Uint128 value. It panics if i is negative or
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---|
424 | // overflows 128 bits.
|
---|
425 | func FromBig(i *big.Int) (u Uint128) {
|
---|
426 | if i.Sign() < 0 {
|
---|
427 | panic("value cannot be negative")
|
---|
428 | } else if i.BitLen() > 128 {
|
---|
429 | panic("value overflows Uint128")
|
---|
430 | }
|
---|
431 | u.Lo = i.Uint64()
|
---|
432 | u.Hi = i.Rsh(i, 64).Uint64()
|
---|
433 | return u
|
---|
434 | }
|
---|
435 |
|
---|
436 | // FromString parses s as a Uint128 value.
|
---|
437 | func FromString(s string) (u Uint128, err error) {
|
---|
438 | _, err = fmt.Sscan(s, &u)
|
---|
439 | return
|
---|
440 | }
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