Problem 334

Spilling the beans: moves = (S2_final - S2_init)/2 for 1500 bowls.

View problem on Project Euler

Performance comparison

Flow source

# Project Euler 334
# Spilling the beans: moves = (S2_final - S2_init)/2 for 1500 bowls.

function main() -> i32 {
    let mut t: i64 = 123456
    let mut N: i64 = 0
    let mut S1: i64 = 0
    let mut S2_init: i64 = 0
    let mut i: i64 = 0
    while i < 1500 {
        if t % 2 == 0 {
            t = t / 2
        } else {
            t = (t / 2) ^ 926252
        }
        let b: i64 = (t % 2048) + 1
        N = N + b
        S1 = S1 + i * b
        S2_init = S2_init + i * i * b
        i = i + 1
    }

    let sumk: i64 = N * (N + 1) / 2
    let sumk2: i64 = N * (N + 1) * (2 * N + 1) / 6
    let mut L: i64 = (S1 - sumk) / N
    let mut H: i64 = (N + 1) * L + sumk - S1
    if H < L || H > L + N {
        L = L + 1
        H = (N + 1) * L + sumk - S1
    }
    let interval_S2: i64 = (N + 1) * (L * L) + 2 * L * sumk + sumk2
    let S2_final: i64 = interval_S2 - H * H
    printf("%lld\n", (S2_final - S2_init) / 2)
    return 0
}

Generated C

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

/* Flow runtime helpers */
typedef struct flow_temp_node { struct flow_temp_node* next; } flow_temp_node;
static flow_temp_node* flow_temp_head = NULL;
static int flow_temp_atexit_set = 0;
__attribute__((unused)) static void flow_temp_free_all(void) {
    while (flow_temp_head) {
        flow_temp_node* n = flow_temp_head;
        flow_temp_head = n->next;
        free(n);
    }
}
__attribute__((unused)) static void* flow_temp_alloc(size_t nbytes) {
    flow_temp_node* node = (flow_temp_node*)malloc(sizeof(flow_temp_node) + nbytes);
    if (!node) return NULL;
    node->next = flow_temp_head;
    flow_temp_head = node;
    if (!flow_temp_atexit_set) {
        flow_temp_atexit_set = 1;
        atexit(flow_temp_free_all);
    }
    return (void*)(node + 1);
}
#ifndef FLOW_DIAG
#define FLOW_DIAG(msg) fprintf(stderr, "%s", (msg))
#endif
#ifndef FLOW_LOG
#define FLOW_LOG(fmt, ...) printf(fmt, __VA_ARGS__)
#endif
#ifndef FLOW_LOG_EMPTY
#define FLOW_LOG_EMPTY(fmt) printf(fmt)
#endif
static char* flow_strcat(const char* a, const char* b) {
    size_t la = strlen(a ? a : ""), lb = strlen(b ? b : "");
    char* r = (char*)flow_temp_alloc(la + lb + 1);
    if (!r) return NULL;
    if (la) memcpy(r, a, la);
    if (lb) memcpy(r + la, b, lb);
    r[la + lb] = '\0';
    return r;
}

#define __flow_in_arr(arr, val) __extension__ ({ \
    int _found = 0; \
    size_t _n = sizeof(arr)/sizeof((arr)[0]); \
    for (size_t _i = 0; _i < _n; _i++) { \
        if ((arr)[_i] == (val)) { _found = 1; break; } \
    } _found; })

/* Unified fault handler (MISRA #279) — override with -DFLOW_FAULT_HANDLER=fn */
#ifndef FLOW_FAULT_HANDLER
__attribute__((unused)) static inline void flow_fault_handler(const char* msg) {
    fprintf(stderr, "flow: %s\n", msg ? msg : "fault");
    abort();
#if defined(__GNUC__) || defined(__clang__)
    __builtin_unreachable();
#endif
}
#else
#define flow_fault_handler FLOW_FAULT_HANDLER
#endif
#define flow_div_by_zero_handler() flow_fault_handler("division by zero")
#define flow_shift_ub_handler() flow_fault_handler("invalid shift (amount out of range or left-shift of negative)")

#ifndef FLOW_CHECKED_DIV
#define FLOW_CHECKED_DIV(L, R) (((R) != 0) ? ((L) / (R)) : (flow_div_by_zero_handler(), (L) * 0))
#endif
#ifndef FLOW_CHECKED_MOD
#define FLOW_CHECKED_MOD(L, R) (((R) != 0) ? ((L) % (R)) : (flow_div_by_zero_handler(), (L) * 0))
#endif
#ifndef FLOW_CHECKED_SHL
#define FLOW_CHECKED_SHL(L, R) ((((R) >= 0) && ((unsigned long long)(R) < (sizeof(L) * 8ull)) && ((L) >= 0)) ? ((L) << (R)) : (flow_shift_ub_handler(), (L) * 0))
#endif
#ifndef FLOW_CHECKED_SHR
#define FLOW_CHECKED_SHR(L, R) ((((R) >= 0) && ((unsigned long long)(R) < (sizeof(L) * 8ull))) ? ((L) >> (R)) : (flow_shift_ub_handler(), (L) * 0))
#endif

#include <math.h>

void* _ui_state = NULL;

static inline float i32_to_f32(int32_t v) { return (float)v; }

/* Host stub for @gpu kernels (device codegen replaces this). */
static inline int32_t gpu_thread_id(void) { return 0; }

int32_t main(void);

int32_t main(void) {
    int64_t t = 123456;
    int64_t N = 0;
    int64_t S1 = 0;
    int64_t S2_init = 0;
    int64_t i = 0;
    while (i < 1500) {
        if (FLOW_CHECKED_MOD((t), (2)) == 0) {
            t = FLOW_CHECKED_DIV((t), (2));
        } else {
            t = (FLOW_CHECKED_DIV((t), (2)) ^ 926252);
        }
        int64_t b = (FLOW_CHECKED_MOD((t), (2048)) + 1);
        N = (N + b);
        S1 = (S1 + (i * b));
        S2_init = (S2_init + ((i * i) * b));
        i = (i + 1);
    }
    int64_t sumk = FLOW_CHECKED_DIV(((N * (N + 1))), (2));
    int64_t sumk2 = FLOW_CHECKED_DIV((((N * (N + 1)) * ((2 * N) + 1))), (6));
    int64_t L = FLOW_CHECKED_DIV(((S1 - sumk)), (N));
    int64_t H = ((((N + 1) * L) + sumk) - S1);
    if ((H < L || H > (L + N))) {
        L = (L + 1);
        H = ((((N + 1) * L) + sumk) - S1);
    }
    int64_t interval_S2 = ((((N + 1) * (L * L)) + ((2 * L) * sumk)) + sumk2);
    int64_t S2_final = (interval_S2 - (H * H));
    printf("%lld\n", FLOW_CHECKED_DIV(((S2_final - S2_init)), (2)));
    return 0;
}

Generated MLIR

module {
  llvm.func @printf(!llvm.ptr, ...) -> i32
  llvm.mlir.global internal constant @str_0("%lld\n\00") {addr_space = 0 : i32} : !llvm.array<6 x i8>
  func.func @main() -> i32 {
    %0 = arith.constant 123456 : i32
    %1 = arith.extsi %0 : i32 to i64
    %2 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %3 = llvm.alloca %2 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %1, %3 : i64, !llvm.ptr
    %4 = arith.constant 0 : i32
    %5 = arith.extsi %4 : i32 to i64
    %6 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %7 = llvm.alloca %6 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %5, %7 : i64, !llvm.ptr
    %8 = arith.constant 0 : i32
    %9 = arith.extsi %8 : i32 to i64
    %10 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %11 = llvm.alloca %10 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %9, %11 : i64, !llvm.ptr
    %12 = arith.constant 0 : i32
    %13 = arith.extsi %12 : i32 to i64
    %14 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %15 = llvm.alloca %14 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %13, %15 : i64, !llvm.ptr
    %16 = arith.constant 0 : i32
    %17 = arith.extsi %16 : i32 to i64
    %18 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %19 = llvm.alloca %18 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %17, %19 : i64, !llvm.ptr
    cf.br ^bb0
    ^bb0:
    %20 = llvm.load %19 : !llvm.ptr -> i64
    %21 = arith.constant 1500 : i32
    %23 = arith.extsi %21 : i32 to i64
    %22 = arith.cmpi slt, %20, %23 : i64
    cf.cond_br %22, ^bb1, ^bb2
    ^bb1:
      %24 = llvm.load %3 : !llvm.ptr -> i64
      %25 = arith.constant 2 : i32
      %27 = arith.extsi %25 : i32 to i64
      %26 = arith.remsi %24, %27 : i64
      %28 = arith.constant 0 : i32
      %30 = arith.extsi %28 : i32 to i64
      %29 = arith.cmpi eq, %26, %30 : i64
      cf.cond_br %29, ^bb3, ^bb4
      ^bb3:
        %31 = llvm.load %3 : !llvm.ptr -> i64
        %32 = arith.constant 2 : i32
        %34 = arith.extsi %32 : i32 to i64
        %33 = arith.divsi %31, %34 : i64
        llvm.store %33, %3 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb5
      ^bb4:
        %35 = llvm.load %3 : !llvm.ptr -> i64
        %36 = arith.constant 2 : i32
        %38 = arith.extsi %36 : i32 to i64
        %37 = arith.divsi %35, %38 : i64
        %39 = arith.constant 926252 : i32
        %41 = arith.extsi %39 : i32 to i64
        %40 = arith.xori %37, %41 : i64
        llvm.store %40, %3 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb5
      ^bb5:
      %42 = llvm.load %3 : !llvm.ptr -> i64
      %43 = arith.constant 2048 : i32
      %45 = arith.extsi %43 : i32 to i64
      %44 = arith.remsi %42, %45 : i64
      %46 = arith.constant 1 : i32
      %48 = arith.extsi %46 : i32 to i64
      %47 = arith.addi %44, %48 : i64
      %49 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
      %50 = arith.addi %49, %47 : i64
      llvm.store %50, %7 : i64, !llvm.ptr
      %51 = llvm.load %11 : !llvm.ptr -> i64
      %52 = llvm.load %19 : !llvm.ptr -> i64
      %53 = arith.muli %52, %47 : i64
      %54 = arith.addi %51, %53 : i64
      llvm.store %54, %11 : i64, !llvm.ptr
      %55 = llvm.load %15 : !llvm.ptr -> i64
      %56 = llvm.load %19 : !llvm.ptr -> i64
      %57 = llvm.load %19 : !llvm.ptr -> i64
      %58 = arith.muli %56, %57 : i64
      %59 = arith.muli %58, %47 : i64
      %60 = arith.addi %55, %59 : i64
      llvm.store %60, %15 : i64, !llvm.ptr
      %61 = llvm.load %19 : !llvm.ptr -> i64
      %62 = arith.constant 1 : i32
      %64 = arith.extsi %62 : i32 to i64
      %63 = arith.addi %61, %64 : i64
      llvm.store %63, %19 : i64, !llvm.ptr
      cf.br ^bb0
    ^bb2:
    %65 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %66 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %67 = arith.constant 1 : i32
    %69 = arith.extsi %67 : i32 to i64
    %68 = arith.addi %66, %69 : i64
    %70 = arith.muli %65, %68 : i64
    %71 = arith.constant 2 : i32
    %73 = arith.extsi %71 : i32 to i64
    %72 = arith.divsi %70, %73 : i64
    %74 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %75 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %76 = arith.constant 1 : i32
    %78 = arith.extsi %76 : i32 to i64
    %77 = arith.addi %75, %78 : i64
    %79 = arith.muli %74, %77 : i64
    %80 = arith.constant 2 : i32
    %81 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %83 = arith.extsi %80 : i32 to i64
    %82 = arith.muli %83, %81 : i64
    %84 = arith.constant 1 : i32
    %86 = arith.extsi %84 : i32 to i64
    %85 = arith.addi %82, %86 : i64
    %87 = arith.muli %79, %85 : i64
    %88 = arith.constant 6 : i32
    %90 = arith.extsi %88 : i32 to i64
    %89 = arith.divsi %87, %90 : i64
    %91 = llvm.load %11 : !llvm.ptr -> i64
    %92 = arith.subi %91, %72 : i64
    %93 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %94 = arith.divsi %92, %93 : i64
    %95 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %96 = llvm.alloca %95 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %94, %96 : i64, !llvm.ptr
    %97 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %98 = arith.constant 1 : i32
    %100 = arith.extsi %98 : i32 to i64
    %99 = arith.addi %97, %100 : i64
    %101 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
    %102 = arith.muli %99, %101 : i64
    %103 = arith.addi %102, %72 : i64
    %104 = llvm.load %11 : !llvm.ptr -> i64
    %105 = arith.subi %103, %104 : i64
    %106 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %107 = llvm.alloca %106 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %105, %107 : i64, !llvm.ptr
    %108 = llvm.load %107 : !llvm.ptr -> i64
    %109 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
    %110 = arith.cmpi slt, %108, %109 : i64
    %111 = scf.if %110 -> (i1) {
      %112 = arith.constant true
      scf.yield %112 : i1
    } else {
      %113 = llvm.load %107 : !llvm.ptr -> i64
      %114 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
      %115 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
      %116 = arith.addi %114, %115 : i64
      %117 = arith.cmpi sgt, %113, %116 : i64
      scf.yield %117 : i1
    }
    cf.cond_br %111, ^bb6, ^bb7
    ^bb6:
      %118 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
      %119 = arith.constant 1 : i32
      %121 = arith.extsi %119 : i32 to i64
      %120 = arith.addi %118, %121 : i64
      llvm.store %120, %96 : i64, !llvm.ptr
      %122 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
      %123 = arith.constant 1 : i32
      %125 = arith.extsi %123 : i32 to i64
      %124 = arith.addi %122, %125 : i64
      %126 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
      %127 = arith.muli %124, %126 : i64
      %128 = arith.addi %127, %72 : i64
      %129 = llvm.load %11 : !llvm.ptr -> i64
      %130 = arith.subi %128, %129 : i64
      llvm.store %130, %107 : i64, !llvm.ptr
      cf.br ^bb8
    ^bb7:
      cf.br ^bb8
    ^bb8:
    %131 = llvm.load %7 : !llvm.ptr -> i64
    %132 = arith.constant 1 : i32
    %134 = arith.extsi %132 : i32 to i64
    %133 = arith.addi %131, %134 : i64
    %135 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
    %136 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
    %137 = arith.muli %135, %136 : i64
    %138 = arith.muli %133, %137 : i64
    %139 = arith.constant 2 : i32
    %140 = llvm.load %96 : !llvm.ptr -> i64
    %142 = arith.extsi %139 : i32 to i64
    %141 = arith.muli %142, %140 : i64
    %143 = arith.muli %141, %72 : i64
    %144 = arith.addi %138, %143 : i64
    %145 = arith.addi %144, %89 : i64
    %146 = llvm.load %107 : !llvm.ptr -> i64
    %147 = llvm.load %107 : !llvm.ptr -> i64
    %148 = arith.muli %146, %147 : i64
    %149 = arith.subi %145, %148 : i64
    %150 = llvm.mlir.addressof @str_0 : !llvm.ptr
    %151 = llvm.load %15 : !llvm.ptr -> i64
    %152 = arith.subi %149, %151 : i64
    %153 = arith.constant 2 : i32
    %155 = arith.extsi %153 : i32 to i64
    %154 = arith.divsi %152, %155 : i64
    %156 = llvm.call @printf(%150, %154) vararg(!llvm.func<i32 (ptr, ...)>) : (!llvm.ptr, i64) -> i32
    %157 = arith.constant 0 : i32
    func.return %157 : i32
  }
}