uint -> ulong
[NovacoinLibrary.git] / Novacoin / uint256.cs
index 15a9931..c913401 100644 (file)
@@ -1,41 +1,57 @@
-\feffusing System;
-using System.Collections.Generic;
+\feff/**
+ *  Novacoin classes library
+ *  Copyright (C) 2015 Alex D. (balthazar.ad@gmail.com)
+
+ *  This program is free software: you can redistribute it and/or modify
+ *  it under the terms of the GNU Affero General Public License as
+ *  published by the Free Software Foundation, either version 3 of the
+ *  License, or (at your option) any later version.
+
+ *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
+ *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+ *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
+ *  GNU Affero General Public License for more details.
+
+ *  You should have received a copy of the GNU Affero General Public License
+ *  along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ */
+
+using System;
 using System.Diagnostics.Contracts;
 using System.Linq;
-using System.Text;
-using System.Threading.Tasks;
 
 namespace Novacoin
 {
     public class uint256 : base_uint
     {
-        new public readonly int nWidth = 8;
+        #region Access to internal representation
+        new protected int nWidth {
+            get { return base.nWidth; }
+            private set { base.nWidth = value; }
+        }
+        new protected uint[] pn {
+            get { return base.pn; }
+            private set { base.pn = value; }
+        }
+        #endregion
 
+        #region Constructors
         public uint256()
         {
+            nWidth = 8;
             pn = new uint[nWidth];
-
-            for (int i = 0; i < nWidth; i++)
-            {
-                pn[i] = 0;
-            }
         }
 
-        public uint256(uint256 b)
+        public uint256(uint256 b) : this()
         {
-            pn = new uint[nWidth];
-
             for (int i = 0; i < nWidth; i++)
             {
                 pn[i] = b.pn[i];
             }
         }
 
-
-        public uint256(ulong n)
+        public uint256(ulong n) : this()
         {
-            pn = new uint[nWidth];
-
             pn[0] = (uint)n;
             pn[1] = (uint)(n >> 32);
             for (int i = 2; i < nWidth; i++)
@@ -44,22 +60,93 @@ namespace Novacoin
             }
         }
 
-        public uint256(byte[] bytes)
+        public uint256(byte[] bytes) : this()
         {
             Contract.Requires<ArgumentException>(bytes.Length == 32, "Incorrect array length");
 
             pn = Interop.ToUInt32Array(bytes);
         }
 
-        public uint256(string hex)
+        public uint256(string hex) : this()
         {
             Contract.Requires<ArgumentException>(hex.Length == 64, "Incorrect string");
 
             var bytes = Interop.ReverseBytes(Interop.HexToArray(hex));
             pn = Interop.ToUInt32Array(bytes);
         }
+        #endregion
+
+        #region Cast operators
+        public static implicit operator uint256(byte[] bytes)
+        {
+            return new uint256(bytes);
+        }
+
+        public static implicit operator uint256(ulong n)
+        {
+            return new uint256(n);
+        }
+        #endregion
+
+        #region Compact representation
+        /// <summary>
+        /// Compact representation of unsigned 256bit numbers.
+        /// 
+        /// N = (-1^sign) * m * 256^(exp-3)
+        /// 
+        /// http://bitcoin.stackexchange.com/questions/30467/what-are-the-equations-to-convert-between-bits-and-difficulty
+        /// </summary>
+        public uint Compact
+        {
+            get
+            {
+                int nSize = (bits + 7) / 8;
+                uint nCompact = 0;
+                if (nSize <= 3)
+                    nCompact = ((uint)Low64) << 8 * (3 - nSize);
+                else
+                {
+                    uint256 bn = this >> 8 * (nSize - 3);
+                    nCompact = (uint)bn.Low64;
+                }
+
+                if ((nCompact & 0x00800000) != 0)
+                {
+                    nCompact >>= 8;
+                    nSize++;
+                }
+
+                Contract.Assert((nCompact & ~0x007fffff) == 0);
+                Contract.Assert(nSize < 256);
 
+                nCompact |= (uint)nSize << 24;
+                nCompact |= 0;
+
+                return nCompact;
+            }
+            set {
+                int nSize = (int)value >> 24;
+                uint nWord = value & 0x007fffff;
+
+                uint256 i;
+
+                if (nSize <= 3)
+                {
+                    nWord >>= 8 * (3 - nSize);
+                    i = new uint256(nWord);
+                }
+                else
+                {
+                    i = new uint256(nWord);
+                    i <<= 8 * (nSize - 3);
+                }
+
+                pn = i.pn;
+            }
+        }
+        #endregion
 
+        #region Bitwise operations
         public static uint256 operator ~(uint256 a)
         {
             var ret = new uint256();
@@ -70,6 +157,41 @@ namespace Novacoin
             return ret;
         }
 
+        public static uint256 operator ^(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            var result = new uint256();
+            result.pn = new uint[a.nWidth];
+            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
+            {
+                result.pn[i] = a.pn[i] ^ b.pn[i];
+            }
+            return result;
+        }
+
+        public static uint256 operator &(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            var result = new uint256();
+            result.pn = new uint[a.nWidth];
+            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
+            {
+                result.pn[i] = a.pn[i] & b.pn[i];
+            }
+            return result;
+        }
+
+        public static uint256 operator |(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            var result = new uint256();
+            result.pn = new uint[a.nWidth];
+            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
+            {
+                result.pn[i] = a.pn[i] | b.pn[i];
+            }
+            return result;
+        }
+        #endregion
+
+        #region Basic arithmetics
         public static uint256 operator -(uint256 a)
         {
             var ret = new uint256();
@@ -81,7 +203,6 @@ namespace Novacoin
             return ret;
         }
 
-
         public static uint256 operator ++(uint256 a)
         {
             int i = 0;
@@ -102,16 +223,6 @@ namespace Novacoin
             return a;
         }
 
-        public static uint256 operator ^(uint256 a, uint256 b)
-        {
-            var result = new uint256();
-            result.pn = new uint[a.nWidth];
-            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
-            {
-                result.pn[i] = a.pn[i] ^ b.pn[i];
-            }
-            return result;
-        }
 
         public static uint256 operator +(uint256 a, uint256 b)
         {
@@ -141,28 +252,163 @@ namespace Novacoin
             return a - new uint256(b);
         }
 
-        public static uint256 operator &(uint256 a, uint256 b)
+        public static uint256 operator /(uint256 a, uint b)
         {
             var result = new uint256();
-            result.pn = new uint[a.nWidth];
-            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
+
+            ulong r = 0;
+            int i = a.nWidth;
+
+            while (i-- > 0)
             {
-                result.pn[i] = a.pn[i] & b.pn[i];
+                r <<= 32;
+                r |= a.pn[i];
+                result.pn[i] = (uint)(r / b);
+                r %= b;
             }
+
             return result;
         }
 
-        public static uint256 operator |(uint256 a, uint256 b)
+        public static uint256 operator *(uint256 a, ulong b)
         {
             var result = new uint256();
-            result.pn = new uint[a.nWidth];
-            for (int i = 0; i < result.nWidth; i++)
+
+            ulong c = 0;
+            uint i = 0;
+
+            do
             {
-                result.pn[i] = a.pn[i] | b.pn[i];
+                c += a.pn[i] * b;
+                result.pn[i] = (uint)c;
+                c >>= 32;
+            } while (++i < result.nWidth);
+
+            return result;
+        }
+
+        public static uint256 operator *(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            if (!a || !b)
+            {
+                // Multiplication by zero results with zero.
+                return 0;
+            }
+            else if (b.bits <= 32)
+            {
+                if (b.pn[0] == 1)
+                {
+                    // If right is 1 then return left operand value
+                    return a;
+                }
+
+                return a * b.pn[0];
+            }
+            else if (a.bits <= 32)
+            {
+                if (a.pn[0] == 1)
+                {
+                    // If left is 1 then return right operand value
+                    return b;
+                }
+
+                return a * b.pn[0];
             }
+
+            int m = a.bits / 32 + (a.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+            int n = b.bits / 32 + (b.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+
+            uint256 result = new uint256();
+
+            uint[] left = a.pn.Take(m).ToArray();
+            uint[] right = b.pn.Take(n).ToArray();
+
+            for (int i = 0; i < m; ++i)
+            {
+                uint ai = left[i];
+                int k = i;
+
+                ulong temp = 0;
+                for (int j = 0; j < n; ++j)
+                {
+                    temp = temp + ((ulong)ai) * right[j] + result.pn[k];
+                    result.pn[k++] = (uint)temp;
+                    temp >>= 32;
+                }
+
+                while (temp != 0)
+                {
+                    temp += result.pn[k];
+                    result.pn[k++] = (uint)temp;
+                    temp >>= 32;
+                }
+            }
+
             return result;
         }
 
+        public static uint operator %(uint256 a, uint b)
+        {
+            ulong r = 0;
+            int i = a.nWidth;
+
+            while (i-- > 0)
+            {
+                r <<= 32;
+                r |= a.pn[i];
+                r %= b;
+            }
+
+            return (uint)r;
+        }
+
+        public static uint256 operator /(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            if (b.bits <= 32)
+            {
+                return a / b.Low32;
+            }
+
+            uint256 result = new uint256();
+
+            uint[] quotient;
+            uint[] remainder_value;
+
+            int m = a.bits / 32 + (a.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+            int n = b.bits / 32 + (b.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+
+            BignumHelper.DivModUnsigned(a.pn.Take(m).ToArray(), b.pn.Take(n).ToArray(), out quotient, out remainder_value);
+
+            quotient.CopyTo(result.pn, 0);
+
+            return result;
+        }
+
+        public static uint256 operator %(uint256 a, uint256 b)
+        {
+            if (b.bits <= 32)
+            {
+                return a % b.Low32;
+            }
+
+            uint256 result = new uint256();
+
+            uint[] quotient;
+            uint[] remainder_value;
+
+            int m = a.bits / 32 + (a.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+            int n = b.bits / 32 + (b.bits % 32 != 0 ? 1 : 0);
+
+            BignumHelper.DivModUnsigned(a.pn.Take(m).ToArray(), b.pn.Take(n).ToArray(), out quotient, out remainder_value);
+
+            remainder_value.CopyTo(result.pn, 0);
+
+            return result;
+
+        }
+        #endregion
+
+        #region Shift
         public static uint256 operator <<(uint256 a, int shift)
         {
             var result = new uint256();
@@ -206,5 +452,6 @@ namespace Novacoin
 
             return result;
         }
+        #endregion
     }
 }