Remove Control.Parallel*, now in package parallel
[haskell-directory.git] / Data / Bits.hs
index 8a37e82..88f707a 100644 (file)
@@ -1,17 +1,19 @@
-{-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
+{-# OPTIONS_GHC -fno-implicit-prelude #-}
 -----------------------------------------------------------------------------
--- 
+-- |
 -- Module      :  Data.Bits
 -- Copyright   :  (c) The University of Glasgow 2001
--- License     :  BSD-style (see the file libraries/core/LICENSE)
+-- License     :  BSD-style (see the file libraries/base/LICENSE)
 -- 
 -- Maintainer  :  libraries@haskell.org
 -- Stability   :  experimental
--- Portability :  non-portable
---
--- $Id: Bits.hs,v 1.1 2001/06/28 14:15:02 simonmar Exp $
+-- Portability :  portable
 --
--- Bitwise operations.
+-- This module defines bitwise operations for signed and unsigned
+-- integers.  Instances of the class 'Bits' for the 'Int' and
+-- 'Integer' types are available from this module, and instances for
+-- explicitly sized integral types are available from the
+-- "Data.Int" and "Data.Word" modules.
 --
 -----------------------------------------------------------------------------
 
@@ -27,10 +29,11 @@ module Data.Bits (
     complementBit,     -- :: a -> Int -> a
     testBit,           -- :: a -> Int -> Bool
     bitSize,           -- :: a -> Int
-    isSigned           -- :: a -> Bool
-  ),
-  shiftL, shiftR,      -- :: Bits a => a -> Int -> a
-  rotateL, rotateR,    -- :: Bits a => a -> Int -> a
+    isSigned,          -- :: a -> Bool
+    shiftL, shiftR,    -- :: a -> Int -> a
+    rotateL, rotateR   -- :: a -> Int -> a
+  )
+
   -- instance Bits Int
   -- instance Bits Integer
  ) where
@@ -39,76 +42,224 @@ module Data.Bits (
 -- See library document for details on the semantics of the
 -- individual operations.
 
-#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
+#if defined(__GLASGOW_HASKELL__) || defined(__HUGS__)
 #include "MachDeps.h"
+#endif
+
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
 import GHC.Num
 import GHC.Real
 import GHC.Base
 #endif
 
---ADR: The fixity for .|. conflicts with that for .|. in Fran.
---     Removing all fixities is a fairly safe fix; fixing the "one fixity
---     per symbol per program" limitation in Hugs would take a lot longer.
-#ifndef __HUGS__
-infixl 8 `shift`, `rotate`
+#ifdef __HUGS__
+import Hugs.Bits
+#endif
+
+infixl 8 `shift`, `rotate`, `shiftL`, `shiftR`, `rotateL`, `rotateR`
 infixl 7 .&.
 infixl 6 `xor`
 infixl 5 .|.
-#endif
 
+{-| 
+The 'Bits' class defines bitwise operations over integral types.
+
+* Bits are numbered from 0 with bit 0 being the least
+  significant bit.
+
+Minimal complete definition: '.&.', '.|.', 'xor', 'complement',
+('shift' or ('shiftL' and 'shiftR')), ('rotate' or ('rotateL' and 'rotateR')),
+'bitSize' and 'isSigned'.
+-}
 class Num a => Bits a where
-    (.&.), (.|.), xor :: a -> a -> a
+    -- | Bitwise \"and\"
+    (.&.) :: a -> a -> a
+
+    -- | Bitwise \"or\"
+    (.|.) :: a -> a -> a
+
+    -- | Bitwise \"xor\"
+    xor :: a -> a -> a
+
+    {-| Reverse all the bits in the argument -}
     complement        :: a -> a
+
+    {-| @'shift' x i@ shifts @x@ left by @i@ bits if @i@ is positive,
+       or right by @-i@ bits otherwise.
+       Right shifts perform sign extension on signed number types;
+       i.e. they fill the top bits with 1 if the @x@ is negative
+       and with 0 otherwise.
+
+       An instance can define either this unified 'shift' or 'shiftL' and
+       'shiftR', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
     shift             :: a -> Int -> a
+
+    x `shift`   i | i<0  = x `shiftR` (-i)
+                  | i==0 = x
+                  | i>0  = x `shiftL` i
+
+    {-| @'rotate' x i@ rotates @x@ left by @i@ bits if @i@ is positive,
+       or right by @-i@ bits otherwise.
+
+        For unbounded types like 'Integer', 'rotate' is equivalent to 'shift'.
+
+       An instance can define either this unified 'rotate' or 'rotateL' and
+       'rotateR', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
     rotate            :: a -> Int -> a
+
+    x `rotate`  i | i<0  = x `rotateR` (-i)
+                  | i==0 = x
+                  | i>0  = x `rotateL` i
+
+    {-
+    -- Rotation can be implemented in terms of two shifts, but care is
+    -- needed for negative values.  This suggested implementation assumes
+    -- 2's-complement arithmetic.  It is commented out because it would
+    -- require an extra context (Ord a) on the signature of 'rotate'.
+    x `rotate`  i | i<0 && isSigned x && x<0
+                         = let left = i+bitSize x in
+                           ((x `shift` i) .&. complement ((-1) `shift` left))
+                           .|. (x `shift` left)
+                  | i<0  = (x `shift` i) .|. (x `shift` (i+bitSize x))
+                  | i==0 = x
+                  | i>0  = (x `shift` i) .|. (x `shift` (i-bitSize x))
+    -}
+
+    -- | @bit i@ is a value with the @i@th bit set
     bit               :: Int -> a
+
+    -- | @x \`setBit\` i@ is the same as @x .|. bit i@
     setBit            :: a -> Int -> a
+
+    -- | @x \`clearBit\` i@ is the same as @x .&. complement (bit i)@
     clearBit          :: a -> Int -> a
+
+    -- | @x \`complementBit\` i@ is the same as @x \`xor\` bit i@
     complementBit     :: a -> Int -> a
+
+    -- | Return 'True' if the @n@th bit of the argument is 1
     testBit           :: a -> Int -> Bool
+
+    {-| Return the number of bits in the type of the argument.  The actual
+       value of the argument is ignored.  The function 'bitSize' is
+       undefined for types that do not have a fixed bitsize, like 'Integer'.
+       -}
     bitSize           :: a -> Int
+
+    {-| Return 'True' if the argument is a signed type.  The actual
+        value of the argument is ignored -}
     isSigned          :: a -> Bool
 
-    bit i               = 1 `shift` i
+    bit i               = 1 `shiftL` i
     x `setBit` i        = x .|. bit i
     x `clearBit` i      = x .&. complement (bit i)
     x `complementBit` i = x `xor` bit i
     x `testBit` i       = (x .&. bit i) /= 0
 
-shiftL, shiftR   :: Bits a => a -> Int -> a
-rotateL, rotateR :: Bits a => a -> Int -> a
-x `shiftL`  i = x `shift`  i
-x `shiftR`  i = x `shift`  (-i)
-x `rotateL` i = x `rotate` i
-x `rotateR` i = x `rotate` (-i)
+    {-| Shift the argument left by the specified number of bits
+       (which must be non-negative).
+
+       An instance can define either this and 'shiftR' or the unified
+       'shift', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
+    shiftL            :: a -> Int -> a
+    x `shiftL`  i = x `shift`  i
+
+    {-| Shift the first argument right by the specified number of bits
+       (which must be non-negative).
+       Right shifts perform sign extension on signed number types;
+       i.e. they fill the top bits with 1 if the @x@ is negative
+       and with 0 otherwise.
+
+       An instance can define either this and 'shiftL' or the unified
+       'shift', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
+    shiftR            :: a -> Int -> a
+    x `shiftR`  i = x `shift`  (-i)
+
+    {-| Rotate the argument left by the specified number of bits
+       (which must be non-negative).
+
+       An instance can define either this and 'rotateR' or the unified
+       'rotate', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
+    rotateL           :: a -> Int -> a
+    x `rotateL` i = x `rotate` i
+
+    {-| Rotate the argument right by the specified number of bits
+       (which must be non-negative).
+
+       An instance can define either this and 'rotateL' or the unified
+       'rotate', depending on which is more convenient for the type in
+       question. -}
+    rotateR           :: a -> Int -> a
+    x `rotateR` i = x `rotate` (-i)
 
-#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
 instance Bits Int where
+    {-# INLINE shift #-}
+
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
     (I# x#) .&.   (I# y#)  = I# (word2Int# (int2Word# x# `and#` int2Word# y#))
     (I# x#) .|.   (I# y#)  = I# (word2Int# (int2Word# x# `or#`  int2Word# y#))
     (I# x#) `xor` (I# y#)  = I# (word2Int# (int2Word# x# `xor#` int2Word# y#))
     complement (I# x#)     = I# (word2Int# (int2Word# x# `xor#` int2Word# (-1#)))
     (I# x#) `shift` (I# i#)
-        | i# >=# 0#            = I# (x# `iShiftL#` i#)
-        | otherwise            = I# (x# `iShiftRA#` negateInt# i#)
+        | i# >=# 0#        = I# (x# `iShiftL#` i#)
+        | otherwise        = I# (x# `iShiftRA#` negateInt# i#)
     (I# x#) `rotate` (I# i#) =
-#if WORD_SIZE_IN_BYTES == 4
-        I# (word2Int# ((x'# `shiftL#` i'#) `or#`
-                       (x'# `shiftRL#` (32# -# i'#))))
+        I# (word2Int# ((x'# `uncheckedShiftL#` i'#) `or#`
+                       (x'# `uncheckedShiftRL#` (wsib -# i'#))))
         where
         x'# = int2Word# x#
-        i'# = word2Int# (int2Word# i# `and#` int2Word# 31#)
-#else
-        I# (word2Int# ((x'# `shiftL#` i'#) `or#`
-                       (x'# `shiftRL#` (64# -# i'#))))
-        where
-        x'# = int2Word# x#
-        i'# = word2Int# (int2Word# i# `and#` int2Word# 63#)
-#endif
-    bitSize  _                 = WORD_SIZE_IN_BYTES * 8
-    isSigned _                 = True
+        i'# = word2Int# (int2Word# i# `and#` int2Word# (wsib -# 1#))
+       wsib = WORD_SIZE_IN_BITS#   {- work around preprocessor problem (??) -}
+    bitSize  _             = WORD_SIZE_IN_BITS
+#else /* !__GLASGOW_HASKELL__ */
+
+#ifdef __HUGS__
+    (.&.)                  = primAndInt
+    (.|.)                  = primOrInt
+    xor                    = primXorInt
+    complement             = primComplementInt
+    shift                  = primShiftInt
+    bit                    = primBitInt
+    testBit                = primTestInt
+    bitSize _              = SIZEOF_HSINT*8
+#elif defined(__NHC__)
+    (.&.)                  = nhc_primIntAnd
+    (.|.)                  = nhc_primIntOr
+    xor                    = nhc_primIntXor
+    complement             = nhc_primIntCompl
+    shiftL                 = nhc_primIntLsh
+    shiftR                 = nhc_primIntRsh
+    bitSize _              = 32
+#endif /* __NHC__ */
+
+    x `rotate`  i
+       | i<0 && x<0       = let left = i+bitSize x in
+                             ((x `shift` i) .&. complement ((-1) `shift` left))
+                             .|. (x `shift` left)
+       | i<0              = (x `shift` i) .|. (x `shift` (i+bitSize x))
+       | i==0             = x
+       | i>0              = (x `shift` i) .|. (x `shift` (i-bitSize x))
+
+#endif /* !__GLASGOW_HASKELL__ */
+
+    isSigned _             = True
+
+#ifdef __NHC__
+foreign import ccall nhc_primIntAnd :: Int -> Int -> Int
+foreign import ccall nhc_primIntOr  :: Int -> Int -> Int
+foreign import ccall nhc_primIntXor :: Int -> Int -> Int
+foreign import ccall nhc_primIntLsh :: Int -> Int -> Int
+foreign import ccall nhc_primIntRsh :: Int -> Int -> Int
+foreign import ccall nhc_primIntCompl :: Int -> Int
+#endif /* __NHC__ */
 
 instance Bits Integer where
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
    (S# x) .&. (S# y) = S# (word2Int# (int2Word# x `and#` int2Word# y))
    x@(S# _) .&. y = toBig x .&. y
    x .&. y@(S# _) = x .&. toBig y
@@ -132,12 +283,60 @@ instance Bits Integer where
    
    complement (S# x) = S# (word2Int# (int2Word# x `xor#` int2Word# (0# -# 1#)))
    complement (J# s d) = case complementInteger# s d of (# s, d #) -> J# s d
+#else
+   -- reduce bitwise binary operations to special cases we can handle
+
+   x .&. y   | x<0 && y<0 = complement (complement x `posOr` complement y)
+            | otherwise  = x `posAnd` y
+   
+   x .|. y   | x<0 || y<0 = complement (complement x `posAnd` complement y)
+            | otherwise  = x `posOr` y
+   
+   x `xor` y | x<0 && y<0 = complement x `posXOr` complement y
+            | x<0        = complement (complement x `posXOr` y)
+            |        y<0 = complement (x `posXOr` complement y)
+            | otherwise  = x `posXOr` y
+
+   -- assuming infinite 2's-complement arithmetic
+   complement a = -1 - a
+#endif
 
    shift x i | i >= 0    = x * 2^i
             | otherwise = x `div` 2^(-i)
 
    rotate x i = shift x i   -- since an Integer never wraps around
 
-   bitSize _  = error "Bits.bitSize(Integer)"
+   bitSize _  = error "Data.Bits.bitSize(Integer)"
    isSigned _ = True
-#endif
+
+#ifndef __GLASGOW_HASKELL__
+-- Crude implementation of bitwise operations on Integers: convert them
+-- to finite lists of Ints (least significant first), zip and convert
+-- back again.
+
+-- posAnd requires at least one argument non-negative
+-- posOr and posXOr require both arguments non-negative
+
+posAnd, posOr, posXOr :: Integer -> Integer -> Integer
+posAnd x y   = fromInts $ zipWith (.&.) (toInts x) (toInts y)
+posOr x y    = fromInts $ longZipWith (.|.) (toInts x) (toInts y)
+posXOr x y   = fromInts $ longZipWith xor (toInts x) (toInts y)
+
+longZipWith :: (a -> a -> a) -> [a] -> [a] -> [a]
+longZipWith f xs [] = xs
+longZipWith f [] ys = ys
+longZipWith f (x:xs) (y:ys) = f x y:longZipWith f xs ys
+
+toInts :: Integer -> [Int]
+toInts n
+    | n == 0 = []
+    | otherwise = mkInt (n `mod` numInts):toInts (n `div` numInts)
+  where mkInt n | n > toInteger(maxBound::Int) = fromInteger (n-numInts)
+               | otherwise = fromInteger n
+
+fromInts :: [Int] -> Integer
+fromInts = foldr catInt 0
+    where catInt d n = (if d<0 then n+1 else n)*numInts + toInteger d
+
+numInts = toInteger (maxBound::Int) - toInteger (minBound::Int) + 1
+#endif /* !__GLASGOW_HASKELL__ */