usr.bin/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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  */
  32
  33 #ifndef lint
  34 static const char copyright[] =
  35 "@(#) Copyright (c) 1989, 1993\n\
  36         The Regents of the University of California.  All rights reserved.\n";
  37 #endif /* not lint */
  38
  39 #ifndef lint
  40 #if 0
  41 static char sccsid[] = "@(#)primes.c    8.5 (Berkeley) 5/10/95";
  42 #endif
  43 static const char rcsid[] =
  44  "$FreeBSD$";
  45 #endif /* not lint */
  46
  47 /*
  48  * primes - generate a table of primes between two values
  49  *
  50  * By: Landon Curt Noll chongo@toad.com, ...!{sun,tolsoft}!hoptoad!chongo
  51  *
  52  * chongo <for a good prime call: 391581 * 2^216193 - 1> /\oo/\
  53  *
  54  * usage:
  55  *      primes [-h] [start [stop]]
  56  *
  57  *      Print primes >= start and < stop.  If stop is omitted,
  58  *      the value 4294967295 (2^32-1) is assumed.  If start is
  59  *      omitted, start is read from standard input.
  60  *
  61  * validation check: there are 664579 primes between 0 and 10^7
  62  */
  63
  64 #include <ctype.h>
  65 #include <err.h>
  66 #include <errno.h>
  67 #include <inttypes.h>
  68 #include <limits.h>
  69 #include <math.h>
  70 #include <stdio.h>
  71 #include <stdlib.h>
  72 #include <string.h>
  73 #include <unistd.h>
  74
  75 #include "primes.h"
  76
  77 /*
  78  * Eratosthenes sieve table
  79  *
  80  * We only sieve the odd numbers.  The base of our sieve windows are always
  81  * odd.  If the base of table is 1, table[i] represents 2*i-1.  After the
  82  * sieve, table[i] == 1 if and only if 2*i-1 is prime.
  83  *
  84  * We make TABSIZE large to reduce the overhead of inner loop setup.
  85  */
  86 static char table[TABSIZE];      /* Eratosthenes sieve of odd numbers */
  87
  88 static int      hflag;
  89
  90 static void     primes(ubig, ubig);
  91 static ubig     read_num_buf(void);
  92 static void     usage(void);
  93
  94 int
  95 main(int argc, char *argv[])
  96 {
  97         ubig start;             /* where to start generating */
  98         ubig stop;              /* don't generate at or above this value */
  99         int ch;
 100         char *p;
 101
 102         while ((ch = getopt(argc, argv, "h")) != -1)
 103                 switch (ch) {
 104                 case 'h':
 105                         hflag++;
 106                         break;
 107                 case '?':
 108                 default:
 109                         usage();
 110                 }
 111         argc -= optind;
 112         argv += optind;
 113
 114         start = 0;
 115         stop = (uint64_t)(-1);
 116
 117         /*
 118          * Convert low and high args.  Strtoumax(3) sets errno to
 119          * ERANGE if the number is too large, but, if there's
 120          * a leading minus sign it returns the negation of the
 121          * result of the conversion, which we'd rather disallow.
 122          */
 123         switch (argc) {
 124         case 2:
 125                 /* Start and stop supplied on the command line. */
 126                 if (argv[0][0] == '-' || argv[1][0] == '-')
 127                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 128
 129                 errno = 0;
 130                 start = strtoumax(argv[0], &p, 0);
 131                 if (errno)
 132                         err(1, "%s", argv[0]);
 133                 if (*p != '\0')
 134                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 135
 136                 errno = 0;
 137                 stop = strtoumax(argv[1], &p, 0);
 138                 if (errno)
 139                         err(1, "%s", argv[1]);
 140                 if (*p != '\0')
 141                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[1]);
 142                 break;
 143         case 1:
 144                 /* Start on the command line. */
 145                 if (argv[0][0] == '-')
 146                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 147
 148                 errno = 0;
 149                 start = strtoumax(argv[0], &p, 0);
 150                 if (errno)
 151                         err(1, "%s", argv[0]);
 152                 if (*p != '\0')
 153                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 154                 break;
 155         case 0:
 156                 start = read_num_buf();
 157                 break;
 158         default:
 159                 usage();
 160         }
 161
 162         if (start > stop)
 163                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 164         primes(start, stop);
 165         return (0);
 166 }
 167
 168 /*
 169  * read_num_buf --
 170  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 171  */
 172 static ubig
 173 read_num_buf(void)
 174 {
 175         ubig val;
 176         char *p, buf[LINE_MAX];         /* > max number of digits. */
 177
 178         for (;;) {
 179                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 180                         if (ferror(stdin))
 181                                 err(1, "stdin");
 182                         exit(0);
 183                 }
 184                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 185                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 186                         continue;
 187                 if (*p == '-')
 188                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 189                 errno = 0;
 190                 val = strtoumax(buf, &p, 0);
 191                 if (errno)
 192                         err(1, "%s", buf);
 193                 if (*p != '\n')
 194                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 195                 return (val);
 196         }
 197 }
 198
 199 /*
 200  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 201  */
 202 static void
 203 primes(ubig start, ubig stop)
 204 {
 205         char *q;                /* sieve spot */
 206         ubig factor;            /* index and factor */
 207         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 208         const ubig *p;          /* prime table pointer */
 209         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 210         ubig mod;               /* temp storage for mod */
 211
 212         /*
 213          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 214          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 215          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 216          */
 217         if (start < 3) {
 218                 start = (ubig)2;
 219         }
 220         if (stop < 3) {
 221                 stop = (ubig)2;
 222         }
 223         if (stop <= start) {
 224                 return;
 225         }
 226
 227         /*
 228          * be sure that the values are odd, or 2
 229          */
 230         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 231                 ++start;
 232         }
 233         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 234                 ++stop;
 235         }
 236
 237         /*
 238          * quick list of primes <= pr_limit
 239          */
 240         if (start <= *pr_limit) {
 241                 /* skip primes up to the start value */
 242                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 243                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 244                         if (factor >= start) {
 245                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", factor);
 246                         }
 247                 }
 248                 /* return early if we are done */
 249                 if (p <= pr_limit) {
 250                         return;
 251                 }
 252                 start = *pr_limit+2;
 253         }
 254
 255         /*
 256          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 257          * upward until we pass the stop point
 258          */
 259         while (start < stop) {
 260                 /*
 261                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 262                  */
 263                 /* initial pattern copy */
 264                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 265                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 266                 /* main block pattern copies */
 267                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 268                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 269                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 270                 }
 271                 /* final block pattern copy */
 272                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 273
 274                 /*
 275                  * sieve for primes 17 and higher
 276                  */
 277                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 278                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 279                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 280                         fact_lim = sqrt(start+1.0+TABSIZE+TABSIZE);
 281                 } else {
 282                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 283                         fact_lim = sqrt(stop+1.0);
 284                 }
 285                 /* sieve for factors >= 17 */
 286                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 287                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 288                 do {
 289                         /* determine the factor's initial sieve point */
 290                         mod = start%factor;
 291                         if (mod & 0x1) {
 292                                 q = &table[(factor-mod)/2];
 293                         } else {
 294                                 q = &table[mod ? factor-(mod/2) : 0];
 295                         }
 296                         /* sive for our current factor */
 297                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 298                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 299                         }
 300                         factor = *p++;
 301                 } while (factor <= fact_lim);
 302
 303                 /*
 304                  * print generated primes
 305                  */
 306                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 307                         if (*q) {
 308                                 if (start > SIEVEMAX) {
 309                                         if (!isprime(start))
 310                                                 continue;
 311                                 }
 312                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", start);
 313                         }
 314                 }
 315         }
 316 }
 317
 318 static void
 319 usage(void)
 320 {
 321         fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 322         exit(1);
 323 }