port code from +17 branch, fix operator *=
[novacoin.git] / src / uint256.h
1 // Copyright (c) 2009-2010 Satoshi Nakamoto
2 // Copyright (c) 2009-2012 The Bitcoin developers
3 // Distributed under the MIT/X11 software license, see the accompanying
4 // file COPYING or http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
5 #ifndef BITCOIN_UINT256_H
6 #define BITCOIN_UINT256_H
7
8 #include <limits>
9 #include <string>
10 #include <vector>
11 #include <iomanip>
12 #include <sstream>
13
14
15 /** Base class without constructors for uint256 and uint160.
16  * This makes the compiler let u use it in a union.
17  */
18 template<unsigned int BITS>
19 class base_uint
20 {
21 protected:
22     enum { WIDTH=BITS/32 };
23     uint32_t pn[WIDTH];
24 public:
25
26     const base_uint max()
27     {
28         base_uint ret;
29         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
30             ret.pn[i] = std::numeric_limits<uint32_t>::max();
31         return ret;
32     }
33
34     bool operator!() const
35     {
36         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
37             if (pn[i] != 0)
38                 return false;
39         return true;
40     }
41
42     const base_uint operator~() const
43     {
44         base_uint ret;
45         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
46             ret.pn[i] = ~pn[i];
47         return ret;
48     }
49
50     const base_uint operator-() const
51     {
52         base_uint ret;
53         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
54             ret.pn[i] = ~pn[i];
55         ret++;
56         return ret;
57     }
58
59     double getdouble() const
60     {
61         double ret = 0.0;
62         double fact = 1.0;
63         for (int i = 0; i < WIDTH; i++) {
64             ret += fact * pn[i];
65             fact *= 4294967296.0;
66         }
67         return ret;
68     }
69
70     base_uint& operator=(uint64_t b)
71     {
72         pn[0] = (uint32_t)b;
73         pn[1] = (uint32_t)(b >> 32);
74         for (int i = 2; i < WIDTH; i++)
75             pn[i] = 0;
76         return *this;
77     }
78
79     base_uint& operator^=(const base_uint& b)
80     {
81         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
82             pn[i] ^= b.pn[i];
83         return *this;
84     }
85
86     base_uint& operator&=(const base_uint& b)
87     {
88         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
89             pn[i] &= b.pn[i];
90         return *this;
91     }
92
93     base_uint& operator|=(const base_uint& b)
94     {
95         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
96             pn[i] |= b.pn[i];
97         return *this;
98     }
99
100     base_uint& operator^=(uint64_t b)
101     {
102         pn[0] ^= (uint32_t)b;
103         pn[1] ^= (uint32_t)(b >> 32);
104         return *this;
105     }
106
107     base_uint& operator|=(uint64_t b)
108     {
109         pn[0] |= (uint32_t)b;
110         pn[1] |= (uint32_t)(b >> 32);
111         return *this;
112     }
113
114     base_uint& operator<<=(unsigned int shift)
115     {
116         base_uint a(*this);
117         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
118             pn[i] = 0;
119         int k = shift / 32;
120         shift = shift % 32;
121         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
122         {
123             if (i+k+1 < WIDTH && shift != 0)
124                 pn[i+k+1] |= (a.pn[i] >> (32-shift));
125             if (i+k < WIDTH)
126                 pn[i+k] |= (a.pn[i] << shift);
127         }
128         return *this;
129     }
130
131     base_uint& operator>>=(unsigned int shift)
132     {
133         base_uint a(*this);
134         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
135             pn[i] = 0;
136         int k = shift / 32;
137         shift = shift % 32;
138         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
139         {
140             if (i-k-1 >= 0 && shift != 0)
141                 pn[i-k-1] |= (a.pn[i] << (32-shift));
142             if (i-k >= 0)
143                 pn[i-k] |= (a.pn[i] >> shift);
144         }
145         return *this;
146     }
147
148     base_uint& operator+=(const base_uint& b)
149     {
150         uint64_t carry = 0;
151         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
152         {
153             uint64_t n = carry + pn[i] + b.pn[i];
154             pn[i] = n & 0xffffffff;
155             carry = n >> 32;
156         }
157         return *this;
158     }
159
160     base_uint& operator-=(const base_uint& b)
161     {
162         *this += -b;
163         return *this;
164     }
165
166     base_uint& operator+=(uint64_t b64)
167     {
168         base_uint b;
169         b = b64;
170         *this += b;
171         return *this;
172     }
173
174     base_uint& operator-=(uint64_t b64)
175     {
176         base_uint b;
177         b = b64;
178         *this += -b;
179         return *this;
180     }
181
182
183     base_uint& operator++()
184     {
185         // prefix operator
186         int i = 0;
187         while (++pn[i] == 0 && i < WIDTH-1)
188             i++;
189         return *this;
190     }
191
192     const base_uint operator++(int)
193     {
194         // postfix operator
195         const base_uint ret = *this;
196         ++(*this);
197         return ret;
198     }
199
200     base_uint& operator--()
201     {
202         // prefix operator
203         int i = 0;
204         while (--pn[i] == -1 && i < WIDTH-1)
205             i++;
206         return *this;
207     }
208
209     const base_uint operator--(int)
210     {
211         // postfix operator
212         const base_uint ret = *this;
213         --(*this);
214         return ret;
215     }
216
217
218     friend inline bool operator<(const base_uint& a, const base_uint& b)
219     {
220         for (int i = base_uint::WIDTH-1; i >= 0; i--)
221         {
222             if (a.pn[i] < b.pn[i])
223                 return true;
224             else if (a.pn[i] > b.pn[i])
225                 return false;
226         }
227         return false;
228     }
229
230     friend inline bool operator<=(const base_uint& a, const base_uint& b)
231     {
232         for (int i = base_uint::WIDTH-1; i >= 0; i--)
233         {
234             if (a.pn[i] < b.pn[i])
235                 return true;
236             else if (a.pn[i] > b.pn[i])
237                 return false;
238         }
239         return true;
240     }
241
242     friend inline bool operator>(const base_uint& a, const base_uint& b)
243     {
244         for (int i = base_uint::WIDTH-1; i >= 0; i--)
245         {
246             if (a.pn[i] > b.pn[i])
247                 return true;
248             else if (a.pn[i] < b.pn[i])
249                 return false;
250         }
251         return false;
252     }
253
254     friend inline bool operator>=(const base_uint& a, const base_uint& b)
255     {
256         for (int i = base_uint::WIDTH-1; i >= 0; i--)
257         {
258             if (a.pn[i] > b.pn[i])
259                 return true;
260             else if (a.pn[i] < b.pn[i])
261                 return false;
262         }
263         return true;
264     }
265
266     friend inline bool operator==(const base_uint& a, const base_uint& b)
267     {
268         for (int i = 0; i < base_uint::WIDTH; i++)
269             if (a.pn[i] != b.pn[i])
270                 return false;
271         return true;
272     }
273
274     friend inline bool operator==(const base_uint& a, uint64_t b)
275     {
276         if (a.pn[0] != (uint32_t)b)
277             return false;
278         if (a.pn[1] != (uint32_t)(b >> 32))
279             return false;
280         for (int i = 2; i < base_uint::WIDTH; i++)
281             if (a.pn[i] != 0)
282                 return false;
283         return true;
284     }
285
286     friend inline bool operator!=(const base_uint& a, const base_uint& b)
287     {
288         return (!(a == b));
289     }
290
291     friend inline bool operator!=(const base_uint& a, uint64_t b)
292     {
293         return (!(a == b));
294     }
295
296     std::string GetHex() const
297     {
298         std::stringstream ss;
299         size_t pn_size = sizeof(pn) / sizeof(pn[0]);
300         for (size_t i = 1; i <= pn_size; i++)
301              ss << std::setfill('0') << std::setw(8) << std::setbase(16) << pn[pn_size-i];
302         return ss.str();
303     }
304
305     void SetHex(const char* psz)
306     {
307         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
308             pn[i] = 0;
309
310         // skip leading spaces
311         while (isspace(*psz))
312             psz++;
313
314         // skip 0x
315         if (psz[0] == '0' && tolower(psz[1]) == 'x')
316             psz += 2;
317
318         // hex string to uint
319         static const unsigned char phexdigit[256] = { 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,0,0,0,0,0,0, 0,0xa,0xb,0xc,0xd,0xe,0xf,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0, 0,0xa,0xb,0xc,0xd,0xe,0xf,0,0,0,0,0,0,0,0,0 };
320         const char* pbegin = psz;
321         while (phexdigit[(unsigned char)*psz] || *psz == '0')
322             psz++;
323         psz--;
324         unsigned char* p1 = (unsigned char*)pn;
325         unsigned char* pend = p1 + WIDTH * 4;
326         while (psz >= pbegin && p1 < pend)
327         {
328             *p1 = phexdigit[(unsigned char)*psz--];
329             if (psz >= pbegin)
330             {
331                 *p1 |= (phexdigit[(unsigned char)*psz--] << 4);
332                 p1++;
333             }
334         }
335     }
336
337     void SetHex(const std::string& str)
338     {
339         SetHex(str.c_str());
340     }
341
342     std::string ToString() const
343     {
344         return (GetHex());
345     }
346
347     unsigned char* begin() const
348     {
349         return (unsigned char*)&pn[0];
350     }
351
352     unsigned char* end() const
353     {
354         return (unsigned char*)&pn[WIDTH];
355     }
356
357     std::vector<unsigned char> getBytes()
358     {
359         return std::vector<unsigned char>(begin(), end());
360     }
361
362     size_t size() const
363     {
364         return sizeof(pn);
365     }
366
367     uint64_t Get64(int n=0) const
368     {
369         return pn[2*n] | (uint64_t)pn[2*n+1] << 32;
370     }
371
372     uint32_t Get32(int n=0) const
373     {
374         return pn[n];
375     }
376
377     unsigned int GetSerializeSize(int nType, int nVersion) const
378     {
379         return sizeof(pn);
380     }
381
382     unsigned int bits() const
383     {
384         for (int pos = WIDTH - 1; pos >= 0; pos--) {
385             if (pn[pos]) {
386                 for (int bits = 31; bits > 0; bits--) {
387                     if (pn[pos] & 1 << bits)
388                         return 32 * pos + bits + 1;
389                 }
390                 return 32 * pos + 1;
391             }
392         }
393         return 0;
394     }
395
396     template<typename Stream>
397     void Serialize(Stream& s, int nType, int nVersion) const
398     {
399         s.write((char*)pn, sizeof(pn));
400     }
401
402     template<typename Stream>
403     void Unserialize(Stream& s, int nType, int nVersion)
404     {
405         s.read((char*)pn, sizeof(pn));
406     }
407
408     friend class uint160;
409     friend class uint256;
410 };
411
412 typedef base_uint<160> base_uint160;
413 typedef base_uint<256> base_uint256;
414
415 //
416 // uint160 and uint256 could be implemented as templates, but to keep
417 // compile errors and debugging cleaner, they're copy and pasted.
418 //
419
420
421
422 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
423 //
424 // uint160
425 //
426
427 /** 160-bit unsigned integer */
428 class uint160 : public base_uint160
429 {
430 public:
431     typedef base_uint160 basetype;
432
433     uint160();
434     uint160(const basetype& b);
435     uint160& operator=(const basetype& b);
436     uint160(uint64_t b);
437     uint160& operator=(uint64_t b);
438     explicit uint160(const std::string& str);
439     explicit uint160(const std::vector<unsigned char>& vch);
440 };
441
442 inline bool operator==(const uint160& a, uint64_t b)                           { return (base_uint160)a == b; }
443 inline bool operator!=(const uint160& a, uint64_t b)                           { return (base_uint160)a != b; }
444 inline const uint160 operator<<(const base_uint160& a, unsigned int shift)   { return uint160(a) <<= shift; }
445 inline const uint160 operator>>(const base_uint160& a, unsigned int shift)   { return uint160(a) >>= shift; }
446 inline const uint160 operator<<(const uint160& a, unsigned int shift)        { return uint160(a) <<= shift; }
447 inline const uint160 operator>>(const uint160& a, unsigned int shift)        { return uint160(a) >>= shift; }
448
449 inline const uint160 operator^(const base_uint160& a, const base_uint160& b) { return uint160(a) ^= b; }
450 inline const uint160 operator&(const base_uint160& a, const base_uint160& b) { return uint160(a) &= b; }
451 inline const uint160 operator|(const base_uint160& a, const base_uint160& b) { return uint160(a) |= b; }
452 inline const uint160 operator+(const base_uint160& a, const base_uint160& b) { return uint160(a) += b; }
453 inline const uint160 operator-(const base_uint160& a, const base_uint160& b) { return uint160(a) -= b; }
454
455 inline bool operator<(const base_uint160& a, const uint160& b)          { return (base_uint160)a <  (base_uint160)b; }
456 inline bool operator<=(const base_uint160& a, const uint160& b)         { return (base_uint160)a <= (base_uint160)b; }
457 inline bool operator>(const base_uint160& a, const uint160& b)          { return (base_uint160)a >  (base_uint160)b; }
458 inline bool operator>=(const base_uint160& a, const uint160& b)         { return (base_uint160)a >= (base_uint160)b; }
459 inline bool operator==(const base_uint160& a, const uint160& b)         { return (base_uint160)a == (base_uint160)b; }
460 inline bool operator!=(const base_uint160& a, const uint160& b)         { return (base_uint160)a != (base_uint160)b; }
461 inline const uint160 operator^(const base_uint160& a, const uint160& b) { return (base_uint160)a ^  (base_uint160)b; }
462 inline const uint160 operator&(const base_uint160& a, const uint160& b) { return (base_uint160)a &  (base_uint160)b; }
463 inline const uint160 operator|(const base_uint160& a, const uint160& b) { return (base_uint160)a |  (base_uint160)b; }
464 inline const uint160 operator+(const base_uint160& a, const uint160& b) { return (base_uint160)a +  (base_uint160)b; }
465 inline const uint160 operator-(const base_uint160& a, const uint160& b) { return (base_uint160)a -  (base_uint160)b; }
466
467 inline bool operator<(const uint160& a, const base_uint160& b)          { return (base_uint160)a <  (base_uint160)b; }
468 inline bool operator<=(const uint160& a, const base_uint160& b)         { return (base_uint160)a <= (base_uint160)b; }
469 inline bool operator>(const uint160& a, const base_uint160& b)          { return (base_uint160)a >  (base_uint160)b; }
470 inline bool operator>=(const uint160& a, const base_uint160& b)         { return (base_uint160)a >= (base_uint160)b; }
471 inline bool operator==(const uint160& a, const base_uint160& b)         { return (base_uint160)a == (base_uint160)b; }
472 inline bool operator!=(const uint160& a, const base_uint160& b)         { return (base_uint160)a != (base_uint160)b; }
473 inline const uint160 operator^(const uint160& a, const base_uint160& b) { return (base_uint160)a ^  (base_uint160)b; }
474 inline const uint160 operator&(const uint160& a, const base_uint160& b) { return (base_uint160)a &  (base_uint160)b; }
475 inline const uint160 operator|(const uint160& a, const base_uint160& b) { return (base_uint160)a |  (base_uint160)b; }
476 inline const uint160 operator+(const uint160& a, const base_uint160& b) { return (base_uint160)a +  (base_uint160)b; }
477 inline const uint160 operator-(const uint160& a, const base_uint160& b) { return (base_uint160)a -  (base_uint160)b; }
478
479 inline bool operator<(const uint160& a, const uint160& b)               { return (base_uint160)a <  (base_uint160)b; }
480 inline bool operator<=(const uint160& a, const uint160& b)              { return (base_uint160)a <= (base_uint160)b; }
481 inline bool operator>(const uint160& a, const uint160& b)               { return (base_uint160)a >  (base_uint160)b; }
482 inline bool operator>=(const uint160& a, const uint160& b)              { return (base_uint160)a >= (base_uint160)b; }
483 inline bool operator==(const uint160& a, const uint160& b)              { return (base_uint160)a == (base_uint160)b; }
484 inline bool operator!=(const uint160& a, const uint160& b)              { return (base_uint160)a != (base_uint160)b; }
485 inline const uint160 operator^(const uint160& a, const uint160& b)      { return (base_uint160)a ^  (base_uint160)b; }
486 inline const uint160 operator&(const uint160& a, const uint160& b)      { return (base_uint160)a &  (base_uint160)b; }
487 inline const uint160 operator|(const uint160& a, const uint160& b)      { return (base_uint160)a |  (base_uint160)b; }
488 inline const uint160 operator+(const uint160& a, const uint160& b)      { return (base_uint160)a +  (base_uint160)b; }
489 inline const uint160 operator-(const uint160& a, const uint160& b)      { return (base_uint160)a -  (base_uint160)b; }
490
491
492
493
494
495
496 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
497 //
498 // uint256
499 //
500
501
502 /** Errors thrown by the uint256 class */
503 class uint256_error : public std::exception
504 {
505 public:
506         explicit uint256_error(const std::string& error_message)  : what_(error_message) {}
507
508         virtual const char* what() const throw () { return what_.c_str(); }
509         virtual ~uint256_error() throw () {}
510 private:
511         std::string what_;
512 };
513
514 /** 256-bit unsigned integer */
515 class uint256 : public base_uint256
516 {
517 public:
518     typedef base_uint256 basetype;
519
520     uint256();
521     uint256(const basetype& b);
522     uint256& operator=(const basetype& b);
523     uint256(uint64_t b);
524     uint256& operator=(uint64_t b);
525     uint256& SetCompact(uint32_t nCompact, bool *pfNegative = NULL, bool *pfOverflow = NULL);
526     uint32_t GetCompact(bool fNegative = false) const;
527     uint256& operator*=(uint32_t b32);
528     uint256& operator*=(const uint256& b);
529     uint256& operator/=(const uint256& b);
530     explicit uint256(const std::string& str);
531     explicit uint256(const std::vector<unsigned char>& vch);
532 };
533
534 inline bool operator==(const uint256& a, uint64_t b)                           { return (base_uint256)a == b; }
535 inline bool operator!=(const uint256& a, uint64_t b)                           { return (base_uint256)a != b; }
536 inline const uint256 operator<<(const base_uint256& a, unsigned int shift)   { return uint256(a) <<= shift; }
537 inline const uint256 operator>>(const base_uint256& a, unsigned int shift)   { return uint256(a) >>= shift; }
538 inline const uint256 operator<<(const uint256& a, unsigned int shift)        { return uint256(a) <<= shift; }
539 inline const uint256 operator>>(const uint256& a, unsigned int shift)        { return uint256(a) >>= shift; }
540
541 inline const uint256 operator^(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) ^= b; }
542 inline const uint256 operator&(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) &= b; }
543 inline const uint256 operator|(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) |= b; }
544 inline const uint256 operator+(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) += b; }
545 inline const uint256 operator*(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) *= b; }
546 inline const uint256 operator/(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) /= b; }
547 inline const uint256 operator-(const base_uint256& a, const base_uint256& b) { return uint256(a) -= b; }
548
549 inline bool operator<(const base_uint256& a, const uint256& b)          { return (base_uint256)a <  (base_uint256)b; }
550 inline bool operator<=(const base_uint256& a, const uint256& b)         { return (base_uint256)a <= (base_uint256)b; }
551 inline bool operator>(const base_uint256& a, const uint256& b)          { return (base_uint256)a >  (base_uint256)b; }
552 inline bool operator>=(const base_uint256& a, const uint256& b)         { return (base_uint256)a >= (base_uint256)b; }
553 inline bool operator==(const base_uint256& a, const uint256& b)         { return (base_uint256)a == (base_uint256)b; }
554 inline bool operator!=(const base_uint256& a, const uint256& b)         { return (base_uint256)a != (base_uint256)b; }
555 inline const uint256 operator^(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a ^  (base_uint256)b; }
556 inline const uint256 operator&(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a &  (base_uint256)b; }
557 inline const uint256 operator|(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a |  (base_uint256)b; }
558 inline const uint256 operator+(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a +  (base_uint256)b; }
559 inline const uint256 operator*(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a *  (base_uint256)b; }
560 inline const uint256 operator/(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a /  (base_uint256)b; }
561 inline const uint256 operator-(const base_uint256& a, const uint256& b) { return (base_uint256)a -  (base_uint256)b; }
562
563 inline bool operator<(const uint256& a, const base_uint256& b)          { return (base_uint256)a <  (base_uint256)b; }
564 inline bool operator<=(const uint256& a, const base_uint256& b)         { return (base_uint256)a <= (base_uint256)b; }
565 inline bool operator>(const uint256& a, const base_uint256& b)          { return (base_uint256)a >  (base_uint256)b; }
566 inline bool operator>=(const uint256& a, const base_uint256& b)         { return (base_uint256)a >= (base_uint256)b; }
567 inline bool operator==(const uint256& a, const base_uint256& b)         { return (base_uint256)a == (base_uint256)b; }
568 inline bool operator!=(const uint256& a, const base_uint256& b)         { return (base_uint256)a != (base_uint256)b; }
569 inline const uint256 operator^(const uint256& a, const base_uint256& b) { return (base_uint256)a ^  (base_uint256)b; }
570 inline const uint256 operator&(const uint256& a, const base_uint256& b) { return (base_uint256)a &  (base_uint256)b; }
571 inline const uint256 operator|(const uint256& a, const base_uint256& b) { return (base_uint256)a |  (base_uint256)b; }
572 inline const uint256 operator+(const uint256& a, const base_uint256& b) { return (base_uint256)a +  (base_uint256)b; }
573 inline const uint256 operator-(const uint256& a, const base_uint256& b) { return (base_uint256)a -  (base_uint256)b; }
574
575 inline bool operator<(const uint256& a, const uint256& b)               { return (base_uint256)a <  (base_uint256)b; }
576 inline bool operator<=(const uint256& a, const uint256& b)              { return (base_uint256)a <= (base_uint256)b; }
577 inline bool operator>(const uint256& a, const uint256& b)               { return (base_uint256)a >  (base_uint256)b; }
578 inline bool operator>=(const uint256& a, const uint256& b)              { return (base_uint256)a >= (base_uint256)b; }
579 inline bool operator==(const uint256& a, const uint256& b)              { return (base_uint256)a == (base_uint256)b; }
580 inline bool operator!=(const uint256& a, const uint256& b)              { return (base_uint256)a != (base_uint256)b; }
581 inline const uint256 operator^(const uint256& a, const uint256& b)      { return (base_uint256)a ^  (base_uint256)b; }
582 inline const uint256 operator&(const uint256& a, const uint256& b)      { return (base_uint256)a &  (base_uint256)b; }
583 inline const uint256 operator|(const uint256& a, const uint256& b)      { return (base_uint256)a |  (base_uint256)b; }
584 inline const uint256 operator+(const uint256& a, const uint256& b)      { return (base_uint256)a +  (base_uint256)b; }
585 inline const uint256 operator-(const uint256& a, const uint256& b)      { return (base_uint256)a -  (base_uint256)b; }
586
587 uint256 GetRandHash();
588
589 #endif