contrib/gmp/mpn/generic/toom22_mul.c

   1 /* mpn_toom22_mul -- Multiply {ap,an} and {bp,bn} where an >= bn.  Or more
   2    accurately, bn <= an < 2bn.
   3
   4    Contributed to the GNU project by Torbjorn Granlund.
   5
   6    THE FUNCTION IN THIS FILE IS INTERNAL WITH A MUTABLE INTERFACE.  IT IS ONLY
   7    SAFE TO REACH IT THROUGH DOCUMENTED INTERFACES.  IN FACT, IT IS ALMOST
   8    GUARANTEED THAT IT WILL CHANGE OR DISAPPEAR IN A FUTURE GNU MP RELEASE.
   9
  10 Copyright 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation, Inc.
  11
  12 This file is part of the GNU MP Library.
  13
  14 The GNU MP Library is free software; you can redistribute it and/or modify
  15 it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
  16 the Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
  17 option) any later version.
  18
  19 The GNU MP Library is distributed in the hope that it will be useful, but
  20 WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
  21 or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public
  22 License for more details.
  23
  24 You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
  25 along with the GNU MP Library.  If not, see http://www.gnu.org/licenses/.  */
  26
  27
  28 #include "gmp.h"
  29 #include "gmp-impl.h"
  30
  31 /* Evaluate in: -1, 0, +inf
  32
  33   <-s--><--n-->
  34    ____ ______
  35   |_a1_|___a0_|
  36    |b1_|___b0_|
  37    <-t-><--n-->
  38
  39   v0  =  a0     * b0       #   A(0)*B(0)
  40   vm1 = (a0- a1)*(b0- b1)  #  A(-1)*B(-1)
  41   vinf=      a1 *     b1   # A(inf)*B(inf)
  42 */
  43
  44 #if TUNE_PROGRAM_BUILD
  45 #define MAYBE_mul_toom22   1
  46 #else
  47 #define MAYBE_mul_toom22                                                \
  48   (MUL_TOOM33_THRESHOLD >= 2 * MUL_TOOM22_THRESHOLD)
  49 #endif
  50
  51 #define TOOM22_MUL_N_REC(p, a, b, n, ws)                                \
  52   do {                                                                  \
  53     if (! MAYBE_mul_toom22                                              \
  54         || BELOW_THRESHOLD (n, MUL_KARATSUBA_THRESHOLD))                \
  55       mpn_mul_basecase (p, a, n, b, n);                                 \
  56     else                                                                \
  57       mpn_toom22_mul (p, a, n, b, n, ws);                               \
  58   } while (0)
  59
  60 void
  61 mpn_toom22_mul (mp_ptr pp,
  62                 mp_srcptr ap, mp_size_t an,
  63                 mp_srcptr bp, mp_size_t bn,
  64                 mp_ptr scratch)
  65 {
  66   mp_size_t n, s, t;
  67   int vm1_neg;
  68   mp_limb_t cy, cy2;
  69   mp_ptr asm1;
  70   mp_ptr bsm1;
  71
  72 #define a0  ap
  73 #define a1  (ap + n)
  74 #define b0  bp
  75 #define b1  (bp + n)
  76
  77   s = an >> 1;
  78   n = an - s;
  79   t = bn - n;
  80
  81   ASSERT (an >= bn);
  82
  83   ASSERT (0 < s && s <= n);
  84   ASSERT (0 < t && t <= s);
  85
  86   asm1 = pp;
  87   bsm1 = pp + n;
  88
  89   vm1_neg = 0;
  90
  91   /* Compute asm1.  */
  92   if (s == n)
  93     {
  94       if (mpn_cmp (a0, a1, n) < 0)
  95         {
  96           mpn_sub_n (asm1, a1, a0, n);
  97           vm1_neg = 1;
  98         }
  99       else
 100         {
 101           mpn_sub_n (asm1, a0, a1, n);
 102         }
 103     }
 104   else
 105     {
 106       if (mpn_zero_p (a0 + s, n - s) && mpn_cmp (a0, a1, s) < 0)
 107         {
 108           mpn_sub_n (asm1, a1, a0, s);
 109           MPN_ZERO (asm1 + s, n - s);
 110           vm1_neg = 1;
 111         }
 112       else
 113         {
 114           mpn_sub (asm1, a0, n, a1, s);
 115         }
 116     }
 117
 118   /* Compute bsm1.  */
 119   if (t == n)
 120     {
 121       if (mpn_cmp (b0, b1, n) < 0)
 122         {
 123           mpn_sub_n (bsm1, b1, b0, n);
 124           vm1_neg ^= 1;
 125         }
 126       else
 127         {
 128           mpn_sub_n (bsm1, b0, b1, n);
 129         }
 130     }
 131   else
 132     {
 133       if (mpn_zero_p (b0 + t, n - t) && mpn_cmp (b0, b1, t) < 0)
 134         {
 135           mpn_sub_n (bsm1, b1, b0, t);
 136           MPN_ZERO (bsm1 + t, n - t);
 137           vm1_neg ^= 1;
 138         }
 139       else
 140         {
 141           mpn_sub (bsm1, b0, n, b1, t);
 142         }
 143     }
 144
 145 #define v0      pp                              /* 2n */
 146 #define vinf    (pp + 2 * n)                    /* s+t */
 147 #define vm1     scratch                         /* 2n */
 148 #define scratch_out     scratch + 2 * n
 149
 150   /* vm1, 2n limbs */
 151   TOOM22_MUL_N_REC (vm1, asm1, bsm1, n, scratch_out);
 152
 153   /* vinf, s+t limbs */
 154   mpn_mul (vinf, a1, s, b1, t);
 155
 156   /* v0, 2n limbs */
 157   TOOM22_MUL_N_REC (v0, ap, bp, n, scratch_out);
 158
 159   /* H(v0) + L(vinf) */
 160   cy = mpn_add_n (pp + 2 * n, v0 + n, vinf, n);
 161
 162   /* L(v0) + H(v0) */
 163   cy2 = cy + mpn_add_n (pp + n, pp + 2 * n, v0, n);
 164
 165   /* L(vinf) + H(vinf) */
 166   cy += mpn_add (pp + 2 * n, pp + 2 * n, n, vinf + n, s + t - n);
 167
 168   if (vm1_neg)
 169     cy += mpn_add_n (pp + n, pp + n, vm1, 2 * n);
 170   else
 171     cy -= mpn_sub_n (pp + n, pp + n, vm1, 2 * n);
 172
 173   ASSERT (cy + 1  <= 3);
 174   ASSERT (cy2 <= 2);
 175
 176   mpn_incr_u (pp + 2 * n, cy2);
 177   if (LIKELY (cy <= 2))
 178     mpn_incr_u (pp + 3 * n, cy);
 179   else
 180     mpn_decr_u (pp + 3 * n, 1);
 181 }