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 /*
  34  * primes - generate a table of primes between two values
  35  *
  36  * By: Landon Curt Noll chongo@toad.com, ...!{sun,tolsoft}!hoptoad!chongo
  37  *
  38  * chongo <for a good prime call: 391581 * 2^216193 - 1> /\oo/\
  39  *
  40  * usage:
  41  *      primes [-h] [start [stop]]
  42  *
  43  *      Print primes >= start and < stop.  If stop is omitted,
  44  *      the value 18446744073709551615 (2^64-1) is assumed.  If
  45  *      start is omitted, start is read from standard input.
  46  *
  47  * validation check: there are 664579 primes between 0 and 10^7
  48  */
  49
  50 #include <capsicum_helpers.h>
  51 #include <ctype.h>
  52 #include <err.h>
  53 #include <errno.h>
  54 #include <inttypes.h>
  55 #include <limits.h>
  56 #include <math.h>
  57 #include <stdio.h>
  58 #include <stdlib.h>
  59 #include <string.h>
  60 #include <nl_types.h>
  61 #include <unistd.h>
  62
  63 #include "primes.h"
  64
  65 /*
  66  * Eratosthenes sieve table
  67  *
  68  * We only sieve the odd numbers.  The base of our sieve windows are always
  69  * odd.  If the base of table is 1, table[i] represents 2*i-1.  After the
  70  * sieve, table[i] == 1 if and only if 2*i-1 is prime.
  71  *
  72  * We make TABSIZE large to reduce the overhead of inner loop setup.
  73  */
  74 static char table[TABSIZE];      /* Eratosthenes sieve of odd numbers */
  75
  76 static int      hflag;
  77
  78 static void     primes(ubig, ubig);
  79 static ubig     read_num_buf(void);
  80 static void     usage(void);
  81
  82 int
  83 main(int argc, char *argv[])
  84 {
  85         ubig start;             /* where to start generating */
  86         ubig stop;              /* don't generate at or above this value */
  87         int ch;
  88         char *p;
  89
  90         caph_cache_catpages();
  91         if (caph_enter() < 0)
  92                 err(1, "cap_enter");
  93
  94         while ((ch = getopt(argc, argv, "h")) != -1)
  95                 switch (ch) {
  96                 case 'h':
  97                         hflag++;
  98                         break;
  99                 case '?':
 100                 default:
 101                         usage();
 102                 }
 103         argc -= optind;
 104         argv += optind;
 105
 106         start = 0;
 107         stop = (uint64_t)(-1);
 108
 109         /*
 110          * Convert low and high args.  Strtoumax(3) sets errno to
 111          * ERANGE if the number is too large, but, if there's
 112          * a leading minus sign it returns the negation of the
 113          * result of the conversion, which we'd rather disallow.
 114          */
 115         switch (argc) {
 116         case 2:
 117                 /* Start and stop supplied on the command line. */
 118                 if (argv[0][0] == '-' || argv[1][0] == '-')
 119                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 120
 121                 errno = 0;
 122                 start = strtoumax(argv[0], &p, 0);
 123                 if (errno)
 124                         err(1, "%s", argv[0]);
 125                 if (*p != '\0')
 126                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 127
 128                 errno = 0;
 129                 stop = strtoumax(argv[1], &p, 0);
 130                 if (errno)
 131                         err(1, "%s", argv[1]);
 132                 if (*p != '\0')
 133                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[1]);
 134                 break;
 135         case 1:
 136                 /* Start on the command line. */
 137                 if (argv[0][0] == '-')
 138                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 139
 140                 errno = 0;
 141                 start = strtoumax(argv[0], &p, 0);
 142                 if (errno)
 143                         err(1, "%s", argv[0]);
 144                 if (*p != '\0')
 145                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 146                 break;
 147         case 0:
 148                 start = read_num_buf();
 149                 break;
 150         default:
 151                 usage();
 152         }
 153
 154         if (start > stop)
 155                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 156         primes(start, stop);
 157         return (0);
 158 }
 159
 160 /*
 161  * read_num_buf --
 162  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 163  */
 164 static ubig
 165 read_num_buf(void)
 166 {
 167         ubig val;
 168         char *p, buf[LINE_MAX];         /* > max number of digits. */
 169
 170         for (;;) {
 171                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 172                         if (ferror(stdin))
 173                                 err(1, "stdin");
 174                         exit(0);
 175                 }
 176                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 177                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 178                         continue;
 179                 if (*p == '-')
 180                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 181                 errno = 0;
 182                 val = strtoumax(buf, &p, 0);
 183                 if (errno)
 184                         err(1, "%s", buf);
 185                 if (*p != '\n')
 186                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 187                 return (val);
 188         }
 189 }
 190
 191 /*
 192  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 193  */
 194 static void
 195 primes(ubig start, ubig stop)
 196 {
 197         char *q;                /* sieve spot */
 198         ubig factor;            /* index and factor */
 199         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 200         const ubig *p;          /* prime table pointer */
 201         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 202         ubig mod;               /* temp storage for mod */
 203
 204         /*
 205          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 206          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 207          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 208          */
 209         if (start < 3) {
 210                 start = (ubig)2;
 211         }
 212         if (stop < 3) {
 213                 stop = (ubig)2;
 214         }
 215         if (stop <= start) {
 216                 return;
 217         }
 218
 219         /*
 220          * be sure that the values are odd, or 2
 221          */
 222         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 223                 ++start;
 224         }
 225         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 226                 ++stop;
 227         }
 228
 229         /*
 230          * quick list of primes <= pr_limit
 231          */
 232         if (start <= *pr_limit) {
 233                 /* skip primes up to the start value */
 234                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 235                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 236                         if (factor >= start) {
 237                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", factor);
 238                         }
 239                 }
 240                 /* return early if we are done */
 241                 if (p <= pr_limit) {
 242                         return;
 243                 }
 244                 start = *pr_limit+2;
 245         }
 246
 247         /*
 248          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 249          * upward until we pass the stop point
 250          */
 251         while (start < stop) {
 252                 /*
 253                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 254                  */
 255                 /* initial pattern copy */
 256                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 257                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 258                 /* main block pattern copies */
 259                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 260                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 261                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 262                 }
 263                 /* final block pattern copy */
 264                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 265
 266                 /*
 267                  * sieve for primes 17 and higher
 268                  */
 269                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 270                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 271                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 272                         fact_lim = sqrt(start+1.0+TABSIZE+TABSIZE);
 273                 } else {
 274                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 275                         fact_lim = sqrt(stop+1.0);
 276                 }
 277                 /* sieve for factors >= 17 */
 278                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 279                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 280                 do {
 281                         /* determine the factor's initial sieve point */
 282                         mod = start%factor;
 283                         if (mod & 0x1) {
 284                                 q = &table[(factor-mod)/2];
 285                         } else {
 286                                 q = &table[mod ? factor-(mod/2) : 0];
 287                         }
 288                         /* sive for our current factor */
 289                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 290                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 291                         }
 292                         factor = *p++;
 293                 } while (factor <= fact_lim);
 294
 295                 /*
 296                  * print generated primes
 297                  */
 298                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 299                         if (*q) {
 300                                 if (start > SIEVEMAX) {
 301                                         if (!isprime(start))
 302                                                 continue;
 303                                 }
 304                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", start);
 305                         }
 306                 }
 307         }
 308 }
 309
 310 static void
 311 usage(void)
 312 {
 313         fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 314         exit(1);
 315 }