games/primes/primes.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 1989, 1993
   3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   4  *
   5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   6  * Landon Curt Noll.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  */
  36
  37 #ifndef lint
  38 static const char copyright[] =
  39 "@(#) Copyright (c) 1989, 1993\n\
  40         The Regents of the University of California.  All rights reserved.\n";
  41 #endif /* not lint */
  42
  43 #ifndef lint
  44 #if 0
  45 static char sccsid[] = "@(#)primes.c    8.5 (Berkeley) 5/10/95";
  46 #endif
  47 static const char rcsid[] =
  48  "$FreeBSD$";
  49 #endif /* not lint */
  50
  51 /*
  52  * primes - generate a table of primes between two values
  53  *
  54  * By: Landon Curt Noll chongo@toad.com, ...!{sun,tolsoft}!hoptoad!chongo
  55  *
  56  * chongo <for a good prime call: 391581 * 2^216193 - 1> /\oo/\
  57  *
  58  * usage:
  59  *      primes [start [stop]]
  60  *
  61  *      Print primes >= start and < stop.  If stop is omitted,
  62  *      the value 4294967295 (2^32-1) is assumed.  If start is
  63  *      omitted, start is read from standard input.
  64  *
  65  * validation check: there are 664579 primes between 0 and 10^7
  66  */
  67
  68 #include <ctype.h>
  69 #include <err.h>
  70 #include <errno.h>
  71 #include <limits.h>
  72 #include <math.h>
  73 #include <memory.h>
  74 #include <stdio.h>
  75 #include <stdlib.h>
  76 #include <unistd.h>
  77
  78 #include "primes.h"
  79
  80 /*
  81  * Eratosthenes sieve table
  82  *
  83  * We only sieve the odd numbers.  The base of our sieve windows are always
  84  * odd.  If the base of table is 1, table[i] represents 2*i-1.  After the
  85  * sieve, table[i] == 1 if and only iff 2*i-1 is prime.
  86  *
  87  * We make TABSIZE large to reduce the overhead of inner loop setup.
  88  */
  89 char table[TABSIZE];     /* Eratosthenes sieve of odd numbers */
  90
  91 /*
  92  * prime[i] is the (i-1)th prime.
  93  *
  94  * We are able to sieve 2^32-1 because this byte table yields all primes
  95  * up to 65537 and 65537^2 > 2^32-1.
  96  */
  97 extern ubig prime[];
  98 extern ubig *pr_limit;          /* largest prime in the prime array */
  99
 100 /*
 101  * To avoid excessive sieves for small factors, we use the table below to
 102  * setup our sieve blocks.  Each element represents a odd number starting
 103  * with 1.  All non-zero elements are factors of 3, 5, 7, 11 and 13.
 104  */
 105 extern char pattern[];
 106 extern int pattern_size;        /* length of pattern array */
 107
 108 int     hflag;
 109
 110 void    primes __P((ubig, ubig));
 111 ubig    read_num_buf __P((void));
 112 void    usage __P((void));
 113
 114 int
 115 main(argc, argv)
 116         int argc;
 117         char *argv[];
 118 {
 119         ubig start;             /* where to start generating */
 120         ubig stop;              /* don't generate at or above this value */
 121         int ch;
 122         char *p;
 123
 124         while ((ch = getopt(argc, argv, "h")) != -1)
 125                 switch (ch) {
 126                 case 'h':
 127                         hflag++;
 128                         break;
 129                 case '?':
 130                 default:
 131                         usage();
 132                 }
 133         argc -= optind;
 134         argv += optind;
 135
 136         start = 0;
 137         stop = BIG;
 138
 139         /*
 140          * Convert low and high args.  Strtoul(3) sets errno to
 141          * ERANGE if the number is too large, but, if there's
 142          * a leading minus sign it returns the negation of the
 143          * result of the conversion, which we'd rather disallow.
 144          */
 145         switch (argc) {
 146         case 2:
 147                 /* Start and stop supplied on the command line. */
 148                 if (argv[0][0] == '-' || argv[1][0] == '-')
 149                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 150
 151                 errno = 0;
 152                 start = strtoul(argv[0], &p, 0);
 153                 if (errno)
 154                         err(1, "%s", argv[0]);
 155                 if (*p != '\0')
 156                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 157
 158                 errno = 0;
 159                 stop = strtoul(argv[1], &p, 0);
 160                 if (errno)
 161                         err(1, "%s", argv[1]);
 162                 if (*p != '\0')
 163                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[1]);
 164                 break;
 165         case 1:
 166                 /* Start on the command line. */
 167                 if (argv[0][0] == '-')
 168                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 169
 170                 errno = 0;
 171                 start = strtoul(argv[0], &p, 0);
 172                 if (errno)
 173                         err(1, "%s", argv[0]);
 174                 if (*p != '\0')
 175                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 176                 break;
 177         case 0:
 178                 start = read_num_buf();
 179                 break;
 180         default:
 181                 usage();
 182         }
 183
 184         if (start > stop)
 185                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 186         primes(start, stop);
 187         exit(0);
 188 }
 189
 190 /*
 191  * read_num_buf --
 192  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 193  */
 194 ubig
 195 read_num_buf()
 196 {
 197         ubig val;
 198         char *p, buf[100];              /* > max number of digits. */
 199
 200         for (;;) {
 201                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 202                         if (ferror(stdin))
 203                                 err(1, "stdin");
 204                         exit(0);
 205                 }
 206                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 207                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 208                         continue;
 209                 if (*p == '-')
 210                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 211                 errno = 0;
 212                 val = strtoul(buf, &p, 0);
 213                 if (errno)
 214                         err(1, "%s", buf);
 215                 if (*p != '\n')
 216                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 217                 return (val);
 218         }
 219 }
 220
 221 /*
 222  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 223  */
 224 void
 225 primes(start, stop)
 226         ubig start;     /* where to start generating */
 227         ubig stop;      /* don't generate at or above this value */
 228 {
 229         char *q;                /* sieve spot */
 230         ubig factor;            /* index and factor */
 231         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 232         ubig *p;                /* prime table pointer */
 233         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 234
 235         /*
 236          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 237          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 238          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 239          */
 240         if (start < 3) {
 241                 start = (ubig)2;
 242         }
 243         if (stop < 3) {
 244                 stop = (ubig)2;
 245         }
 246         if (stop <= start) {
 247                 return;
 248         }
 249
 250         /*
 251          * be sure that the values are odd, or 2
 252          */
 253         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 254                 ++start;
 255         }
 256         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 257                 ++stop;
 258         }
 259
 260         /*
 261          * quick list of primes <= pr_limit
 262          */
 263         if (start <= *pr_limit) {
 264                 /* skip primes up to the start value */
 265                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 266                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 267                         if (factor >= start) {
 268                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", factor);
 269                         }
 270                 }
 271                 /* return early if we are done */
 272                 if (p <= pr_limit) {
 273                         return;
 274                 }
 275                 start = *pr_limit+2;
 276         }
 277
 278         /*
 279          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 280          * upward until we pass the stop point
 281          */
 282         while (start < stop) {
 283                 /*
 284                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 285                  */
 286                 /* initial pattern copy */
 287                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 288                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 289                 /* main block pattern copies */
 290                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 291                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 292                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 293                 }
 294                 /* final block pattern copy */
 295                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 296
 297                 /*
 298                  * sieve for primes 17 and higher
 299                  */
 300                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 301                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 302                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 303                         fact_lim = (int)sqrt(
 304                                         (double)(start)+TABSIZE+TABSIZE+1.0);
 305                 } else {
 306                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 307                         fact_lim = (int)sqrt((double)(stop)+1.0);
 308                 }
 309                 /* sieve for factors >= 17 */
 310                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 311                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 312                 do {
 313                         /* determine the factor's initial sieve point */
 314                         q = (char *)(start%factor); /* temp storage for mod */
 315                         if ((long)q & 0x1) {
 316                                 q = &table[(factor-(long)q)/2];
 317                         } else {
 318                                 q = &table[q ? factor-((long)q/2) : 0];
 319                         }
 320                         /* sive for our current factor */
 321                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 322                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 323                         }
 324                 } while ((factor=(ubig)(*(p++))) <= fact_lim);
 325
 326                 /*
 327                  * print generated primes
 328                  */
 329                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 330                         if (*q) {
 331                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", start);
 332                         }
 333                 }
 334         }
 335 }
 336
 337 void
 338 usage()
 339 {
 340         (void)fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 341         exit(1);
 342 }