add GHC.HetMet.{hetmet_kappa,hetmet_kappa_app}
[ghc-base.git] / Data / Bits.hs
index 8303545..cbf7b37 100644 (file)
@@ -1,17 +1,20 @@
-{-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
+{-# LANGUAGE CPP, NoImplicitPrelude, BangPatterns, MagicHash #-}
+
 -----------------------------------------------------------------------------
--- 
+-- |
 -- 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 :  portable
 --
--- $Id: Bits.hs,v 1.3 2001/12/21 15:07:21 simonmar Exp $
---
--- 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 +30,11 @@ 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
@@ -39,98 +43,325 @@ 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 `shiftL` i
+                  | otherwise = x
+
+    {-| @'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 `rotateL` i
+                  | otherwise = x
+
+    {-
+    -- 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 and all other bits clear
     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
+    {-# INLINE bit #-}
+    {-# INLINE setBit #-}
+    {-# INLINE clearBit #-}
+    {-# INLINE complementBit #-}
+    {-# INLINE testBit #-}
+    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
+    {-# INLINE shiftL #-}
+    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
+    {-# INLINE shiftR #-}
+    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
+    {-# INLINE rotateL #-}
+    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
+    {-# INLINE rotateR #-}
+    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#)
+
+    {-# INLINE rotate #-}      -- See Note [Constant folding for rotate]
     (I# x#) `rotate` (I# i#) =
-        I# (word2Int# ((x'# `shiftL#` i'#) `or#`
-                       (x'# `shiftRL#` (wsib -# i'#))))
-        where
-        x'# = int2Word# x#
-        i'# = word2Int# (int2Word# i# `and#` int2Word# (wsib -# 1#))
-       wsib = WORD_SIZE_IN_BITS#   {- work around preprocessor problem (??) -}
-    bitSize  _                 = WORD_SIZE_IN_BITS
-    isSigned _                 = True
+        I# (word2Int# ((x'# `uncheckedShiftL#` i'#) `or#`
+                       (x'# `uncheckedShiftRL#` (wsib -# i'#))))
+      where
+        !x'# = int2Word# x#
+        !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
-   (S# x) .&. (S# y) = S# (word2Int# (int2Word# x `and#` int2Word# y))
-   x@(S# _) .&. y = toBig x .&. y
-   x .&. y@(S# _) = x .&. toBig y
-   (J# s1 d1) .&. (J# s2 d2) = 
-       case andInteger# s1 d1 s2 d2 of
-         (# s, d #) -> J# s d
-   
-   (S# x) .|. (S# y) = S# (word2Int# (int2Word# x `or#` int2Word# y))
-   x@(S# _) .|. y = toBig x .|. y
-   x .|. y@(S# _) = x .|. toBig y
-   (J# s1 d1) .|. (J# s2 d2) = 
-       case orInteger# s1 d1 s2 d2 of
-         (# s, d #) -> J# s d
+#if defined(__GLASGOW_HASKELL__)
+   (.&.) = andInteger
+   (.|.) = orInteger
+   xor = xorInteger
+   complement = complementInteger
+   shift x i@(I# i#) | i >= 0    = shiftLInteger x i#
+                     | otherwise = shiftRInteger x (negateInt# i#)
+#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
    
-   (S# x) `xor` (S# y) = S# (word2Int# (int2Word# x `xor#` int2Word# y))
-   x@(S# _) `xor` y = toBig x `xor` y
-   x `xor` y@(S# _) = x `xor` toBig y
-   (J# s1 d1) `xor` (J# s2 d2) =
-       case xorInteger# s1 d1 s2 d2 of
-         (# s, d #) -> J# s d
+   x .|. y   | x<0 || y<0 = complement (complement x `posAnd` complement y)
+             | otherwise  = x `posOr` y
    
-   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
+   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
    shift x i | i >= 0    = x * 2^i
-            | otherwise = x `div` 2^(-i)
+             | otherwise = x `div` 2^(-i)
+#endif
 
    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
+
+#if !defined(__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__ */
+
+{-     Note [Constant folding for rotate]
+       ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+The INLINE on the Int instance of rotate enables it to be constant
+folded.  For example:
+     sumU . mapU (`rotate` 3) . replicateU 10000000 $ (7 :: Int)
+goes to:
+   Main.$wfold =
+     \ (ww_sO7 :: Int#) (ww1_sOb :: Int#) ->
+       case ww1_sOb of wild_XM {
+         __DEFAULT -> Main.$wfold (+# ww_sO7 56) (+# wild_XM 1);
+         10000000 -> ww_sO7
+whereas before it was left as a call to $wrotate.
+
+All other Bits instances seem to inline well enough on their
+own to enable constant folding; for example 'shift':
+     sumU . mapU (`shift` 3) . replicateU 10000000 $ (7 :: Int)
+ goes to:
+     Main.$wfold =
+       \ (ww_sOb :: Int#) (ww1_sOf :: Int#) ->
+         case ww1_sOf of wild_XM {
+           __DEFAULT -> Main.$wfold (+# ww_sOb 56) (+# wild_XM 1);
+           10000000 -> ww_sOb
+         }
+-} 
+     
+