Problem 384

Rudin–Shapiro: sum_{t=2..45} g(F_t, F_{t-1}).

View problem on Project Euler

Performance comparison

Flow source

# Project Euler 384
# Rudin–Shapiro: sum_{t=2..45} g(F_t, F_{t-1}).

function bit_length(n0: i64) -> i32 {
    let mut n: i64 = n0
    let mut b: i32 = 0
    while n > 0 {
        b = b + 1
        n = n / 2
    }
    return b
}

function g_index(t0: i64, c0: i64) -> i64 {
    let mut t: i64 = t0
    let mut c: i64 = c0
    let mut acc: i64 = 0
    while true {
        if t == 1 {
            return acc
        }
        let h: i64 = 1 << (bit_length(t) - 1)
        let d: i64 = t - h
        if d == 0 {
            if c <= t / 2 {
                acc = acc + t * t / 4
                t = t / 2
            } else {
                acc = acc + t * t / 2
                c = c - t / 2
            }
        } elif c > h {
            acc = acc + h * h
            t = 2 * h - d
            c = c - h
        } elif c > h - d {
            acc = acc + h * h
            t = d
            c = c + d - h
        } elif c <= d {
            acc = acc + h * h / 2
            t = d
        } else {
            acc = acc + h * h / 2
            t = 2 * h - t
        }
    }
    return acc
}

function main() -> i32 {
    let F: ptr<i64> = calloc(46, 8)
    if F == null { return 1 }
    F[0] = 1
    F[1] = 1
    let mut i: i32 = 2
    while i <= 45 {
        F[i] = F[i - 1] + F[i - 2]
        i = i + 1
    }

    let mut total: i64 = 0
    let mut t: i32 = 2
    while t <= 45 {
        total = total + g_index(F[t], F[t - 1])
        t = t + 1
    }
    printf("%lld\n", total)
    free(F)
    return 0
}

extern {
    function calloc(n: i64, size: i64) -> ptr<void>
    function free(p: ptr<void>) -> void
}

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 bit_length_i64(int64_t n0);
int64_t g_index_i64_i64(int64_t t0, int64_t c0);
int32_t main(void);

int32_t bit_length_i64(int64_t n0) {
    int64_t n = n0;
    int32_t b = 0;
    while (n > 0) {
        b = (b + 1);
        n = FLOW_CHECKED_DIV((n), (2));
    }
    return b;
}

int64_t g_index_i64_i64(int64_t t0, int64_t c0) {
    int64_t t = t0;
    int64_t c = c0;
    int64_t acc = 0;
    while (1) {
        if (t == 1) {
            return acc;
        }
        int64_t h = FLOW_CHECKED_SHL((1), ((bit_length_i64(t) - 1)));
        int64_t d = (t - h);
        if (d == 0) {
            if (c <= FLOW_CHECKED_DIV((t), (2))) {
                acc = (acc + FLOW_CHECKED_DIV(((t * t)), (4)));
                t = FLOW_CHECKED_DIV((t), (2));
            } else {
                acc = (acc + FLOW_CHECKED_DIV(((t * t)), (2)));
                c = (c - FLOW_CHECKED_DIV((t), (2)));
            }
        } else if (c > h) {
            acc = (acc + (h * h));
            t = ((2 * h) - d);
            c = (c - h);
        } else if (c > (h - d)) {
            acc = (acc + (h * h));
            t = d;
            c = ((c + d) - h);
        } else if (c <= d) {
            acc = (acc + FLOW_CHECKED_DIV(((h * h)), (2)));
            t = d;
        } else {
            acc = (acc + FLOW_CHECKED_DIV(((h * h)), (2)));
            t = ((2 * h) - t);
        }
    }
    return acc;
}

int32_t main(void) {
    int64_t* F = (int64_t*)(calloc(46, 8));
    if (F == NULL) {
        return 1;
    }
    F[0] = 1;
    F[1] = 1;
    int32_t i = 2;
    while (i <= 45) {
        F[i] = (F[(i - 1)] + F[(i - 2)]);
        i = (i + 1);
    }
    int64_t total = 0;
    int32_t t = 2;
    while (t <= 45) {
        total = (total + g_index_i64_i64(F[t], F[(t - 1)]));
        t = (t + 1);
    }
    printf("%lld\n", total);
    free(F);
    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 @bit_length(%arg0: i64) -> i32 {
    %0 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %1 = llvm.alloca %0 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %arg0, %1 : i64, !llvm.ptr
    %2 = arith.constant 0 : i32
    %3 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %4 = llvm.alloca %3 x i32 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %2, %4 : i32, !llvm.ptr
    cf.br ^bb0
    ^bb0:
    %5 = llvm.load %1 : !llvm.ptr -> i64
    %6 = arith.constant 0 : i32
    %8 = arith.extsi %6 : i32 to i64
    %7 = arith.cmpi sgt, %5, %8 : i64
    cf.cond_br %7, ^bb1, ^bb2
    ^bb1:
      %9 = llvm.load %4 : !llvm.ptr -> i32
      %10 = arith.constant 1 : i32
      %11 = arith.addi %9, %10 : i32
      llvm.store %11, %4 : i32, !llvm.ptr
      %12 = llvm.load %1 : !llvm.ptr -> i64
      %13 = arith.constant 2 : i32
      %15 = arith.extsi %13 : i32 to i64
      %14 = arith.divsi %12, %15 : i64
      llvm.store %14, %1 : i64, !llvm.ptr
      cf.br ^bb0
    ^bb2:
    %16 = llvm.load %4 : !llvm.ptr -> i32
    func.return %16 : i32
  }
  func.func @g_index(%arg0: i64, %arg1: i64) -> i64 {
    %17 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %18 = llvm.alloca %17 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %arg0, %18 : i64, !llvm.ptr
    %19 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %20 = llvm.alloca %19 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %arg1, %20 : i64, !llvm.ptr
    %21 = arith.constant 0 : i32
    %22 = arith.extsi %21 : i32 to i64
    %23 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %24 = llvm.alloca %23 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %22, %24 : i64, !llvm.ptr
    cf.br ^bb3
    ^bb3:
    %25 = arith.constant 1 : i1
    cf.cond_br %25, ^bb4, ^bb5
    ^bb4:
      %26 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
      %27 = arith.constant 1 : i32
      %29 = arith.extsi %27 : i32 to i64
      %28 = arith.cmpi eq, %26, %29 : i64
      cf.cond_br %28, ^bb6, ^bb7
      ^bb6:
        %30 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
        func.return %30 : i64
      ^bb7:
        cf.br ^bb8
      ^bb8:
      %31 = arith.constant 1 : i32
      %33 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
      %32 = func.call @bit_length(%33) : (i64) -> i32
      %34 = arith.constant 1 : i32
      %35 = arith.subi %32, %34 : i32
      %36 = arith.shli %31, %35 : i32
      %37 = arith.extsi %36 : i32 to i64
      %38 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
      %39 = arith.subi %38, %37 : i64
      %40 = arith.constant 0 : i32
      %42 = arith.extsi %40 : i32 to i64
      %41 = arith.cmpi eq, %39, %42 : i64
      cf.cond_br %41, ^bb9, ^bb10
      ^bb9:
        %43 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %44 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
        %45 = arith.constant 2 : i32
        %47 = arith.extsi %45 : i32 to i64
        %46 = arith.divsi %44, %47 : i64
        %48 = arith.cmpi sle, %43, %46 : i64
        cf.cond_br %48, ^bb12, ^bb13
        ^bb12:
          %49 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
          %50 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %51 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %52 = arith.muli %50, %51 : i64
          %53 = arith.constant 4 : i32
          %55 = arith.extsi %53 : i32 to i64
          %54 = arith.divsi %52, %55 : i64
          %56 = arith.addi %49, %54 : i64
          llvm.store %56, %24 : i64, !llvm.ptr
          %57 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %58 = arith.constant 2 : i32
          %60 = arith.extsi %58 : i32 to i64
          %59 = arith.divsi %57, %60 : i64
          llvm.store %59, %18 : i64, !llvm.ptr
          cf.br ^bb14
        ^bb13:
          %61 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
          %62 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %63 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %64 = arith.muli %62, %63 : i64
          %65 = arith.constant 2 : i32
          %67 = arith.extsi %65 : i32 to i64
          %66 = arith.divsi %64, %67 : i64
          %68 = arith.addi %61, %66 : i64
          llvm.store %68, %24 : i64, !llvm.ptr
          %69 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
          %70 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
          %71 = arith.constant 2 : i32
          %73 = arith.extsi %71 : i32 to i64
          %72 = arith.divsi %70, %73 : i64
          %74 = arith.subi %69, %72 : i64
          llvm.store %74, %20 : i64, !llvm.ptr
          cf.br ^bb14
        ^bb14:
        cf.br ^bb11
      ^bb10:
        %75 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %76 = arith.cmpi sgt, %75, %37 : i64
        cf.cond_br %76, ^bb16, ^bb15
      ^bb16:
        %77 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
        %78 = arith.muli %37, %37 : i64
        %79 = arith.addi %77, %78 : i64
        llvm.store %79, %24 : i64, !llvm.ptr
        %80 = arith.constant 2 : i32
        %82 = arith.extsi %80 : i32 to i64
        %81 = arith.muli %82, %37 : i64
        %83 = arith.subi %81, %39 : i64
        llvm.store %83, %18 : i64, !llvm.ptr
        %84 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %85 = arith.subi %84, %37 : i64
        llvm.store %85, %20 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb11
      ^bb15:
        %86 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %87 = arith.subi %37, %39 : i64
        %88 = arith.cmpi sgt, %86, %87 : i64
        cf.cond_br %88, ^bb18, ^bb17
      ^bb18:
        %89 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
        %90 = arith.muli %37, %37 : i64
        %91 = arith.addi %89, %90 : i64
        llvm.store %91, %24 : i64, !llvm.ptr
        llvm.store %39, %18 : i64, !llvm.ptr
        %92 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %93 = arith.addi %92, %39 : i64
        %94 = arith.subi %93, %37 : i64
        llvm.store %94, %20 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb11
      ^bb17:
        %95 = llvm.load %20 : !llvm.ptr -> i64
        %96 = arith.cmpi sle, %95, %39 : i64
        cf.cond_br %96, ^bb20, ^bb19
      ^bb20:
        %97 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
        %98 = arith.muli %37, %37 : i64
        %99 = arith.constant 2 : i32
        %101 = arith.extsi %99 : i32 to i64
        %100 = arith.divsi %98, %101 : i64
        %102 = arith.addi %97, %100 : i64
        llvm.store %102, %24 : i64, !llvm.ptr
        llvm.store %39, %18 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb11
      ^bb19:
        %103 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
        %104 = arith.muli %37, %37 : i64
        %105 = arith.constant 2 : i32
        %107 = arith.extsi %105 : i32 to i64
        %106 = arith.divsi %104, %107 : i64
        %108 = arith.addi %103, %106 : i64
        llvm.store %108, %24 : i64, !llvm.ptr
        %109 = arith.constant 2 : i32
        %111 = arith.extsi %109 : i32 to i64
        %110 = arith.muli %111, %37 : i64
        %112 = llvm.load %18 : !llvm.ptr -> i64
        %113 = arith.subi %110, %112 : i64
        llvm.store %113, %18 : i64, !llvm.ptr
        cf.br ^bb11
      ^bb11:
      cf.br ^bb3
    ^bb5:
    %114 = llvm.load %24 : !llvm.ptr -> i64
    func.return %114 : i64
  }
  func.func @main() -> i32 {
    %116 = arith.constant 46 : i32
    %117 = arith.constant 8 : i32
    %118 = arith.extsi %116 : i32 to i64
    %119 = arith.extsi %117 : i32 to i64
    %115 = func.call @calloc(%118, %119) : (i64, i64) -> !llvm.ptr
    %120 = llvm.mlir.zero : !llvm.ptr
    %121 = llvm.icmp "eq" %115, %120 : !llvm.ptr
    cf.cond_br %121, ^bb21, ^bb22
    ^bb21:
      %122 = arith.constant 1 : i32
      func.return %122 : i32
    ^bb22:
      cf.br ^bb23
    ^bb23:
    %123 = arith.constant 1 : i32
    %124 = arith.constant 0 : i32
    %125 = arith.extsi %123 : i32 to i64
    %126 = arith.extsi %124 : i32 to i64
    %127 = llvm.getelementptr %115[%126] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
    llvm.store %125, %127 : i64, !llvm.ptr
    %128 = arith.constant 1 : i32
    %129 = arith.constant 1 : i32
    %130 = arith.extsi %128 : i32 to i64
    %131 = arith.extsi %129 : i32 to i64
    %132 = llvm.getelementptr %115[%131] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
    llvm.store %130, %132 : i64, !llvm.ptr
    %133 = arith.constant 2 : i32
    %134 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %135 = llvm.alloca %134 x i32 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %133, %135 : i32, !llvm.ptr
    cf.br ^bb24
    ^bb24:
    %136 = llvm.load %135 : !llvm.ptr -> i32
    %137 = arith.constant 45 : i32
    %138 = arith.cmpi sle, %136, %137 : i32
    cf.cond_br %138, ^bb25, ^bb26
    ^bb25:
      %140 = llvm.load %135 : !llvm.ptr -> i32
      %141 = arith.constant 1 : i32
      %142 = arith.subi %140, %141 : i32
      %143 = arith.extsi %142 : i32 to i64
      %144 = llvm.getelementptr %115[%143] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
      %139 = llvm.load %144 : !llvm.ptr -> i64
      %146 = llvm.load %135 : !llvm.ptr -> i32
      %147 = arith.constant 2 : i32
      %148 = arith.subi %146, %147 : i32
      %149 = arith.extsi %148 : i32 to i64
      %150 = llvm.getelementptr %115[%149] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
      %145 = llvm.load %150 : !llvm.ptr -> i64
      %151 = arith.addi %139, %145 : i64
      %152 = llvm.load %135 : !llvm.ptr -> i32
      %153 = arith.extsi %152 : i32 to i64
      %154 = llvm.getelementptr %115[%153] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
      llvm.store %151, %154 : i64, !llvm.ptr
      %155 = llvm.load %135 : !llvm.ptr -> i32
      %156 = arith.constant 1 : i32
      %157 = arith.addi %155, %156 : i32
      llvm.store %157, %135 : i32, !llvm.ptr
      cf.br ^bb24
    ^bb26:
    %158 = arith.constant 0 : i32
    %159 = arith.extsi %158 : i32 to i64
    %160 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %161 = llvm.alloca %160 x i64 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %159, %161 : i64, !llvm.ptr
    %162 = arith.constant 2 : i32
    %163 = llvm.mlir.constant(1 : i64) : i64
    %164 = llvm.alloca %163 x i32 : (i64) -> !llvm.ptr
    llvm.store %162, %164 : i32, !llvm.ptr
    cf.br ^bb27
    ^bb27:
    %165 = llvm.load %164 : !llvm.ptr -> i32
    %166 = arith.constant 45 : i32
    %167 = arith.cmpi sle, %165, %166 : i32
    cf.cond_br %167, ^bb28, ^bb29
    ^bb28:
      %168 = llvm.load %161 : !llvm.ptr -> i64
      %171 = llvm.load %164 : !llvm.ptr -> i32
      %172 = arith.extsi %171 : i32 to i64
      %173 = llvm.getelementptr %115[%172] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
      %170 = llvm.load %173 : !llvm.ptr -> i64
      %175 = llvm.load %164 : !llvm.ptr -> i32
      %176 = arith.constant 1 : i32
      %177 = arith.subi %175, %176 : i32
      %178 = arith.extsi %177 : i32 to i64
      %179 = llvm.getelementptr %115[%178] : (!llvm.ptr, i64) -> !llvm.ptr, i64
      %174 = llvm.load %179 : !llvm.ptr -> i64
      %169 = func.call @g_index(%170, %174) : (i64, i64) -> i64
      %180 = arith.addi %168, %169 : i64
      llvm.store %180, %161 : i64, !llvm.ptr
      %181 = llvm.load %164 : !llvm.ptr -> i32
      %182 = arith.constant 1 : i32
      %183 = arith.addi %181, %182 : i32
      llvm.store %183, %164 : i32, !llvm.ptr
      cf.br ^bb27
    ^bb29:
    %184 = llvm.mlir.addressof @str_0 : !llvm.ptr
    %185 = llvm.load %161 : !llvm.ptr -> i64
    %186 = llvm.call @printf(%184, %185) vararg(!llvm.func<i32 (ptr, ...)>) : (!llvm.ptr, i64) -> i32
    func.call @free(%115) : (!llvm.ptr) -> ()
    %188 = arith.constant 0 : i32
    func.return %188 : i32
  }
  func.func private @calloc(i64, i64) -> !llvm.ptr
  func.func private @free(!llvm.ptr) -> ()
}