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 = SPSPMAX;
 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                 if (stop > SPSPMAX)
 143                         errx(1, "%s: stop value too large.", argv[1]);
 144                 break;
 145         case 1:
 146                 /* Start on the command line. */
 147                 if (argv[0][0] == '-')
 148                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 149
 150                 errno = 0;
 151                 start = strtoumax(argv[0], &p, 0);
 152                 if (errno)
 153                         err(1, "%s", argv[0]);
 154                 if (*p != '\0')
 155                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 156                 break;
 157         case 0:
 158                 start = read_num_buf();
 159                 break;
 160         default:
 161                 usage();
 162         }
 163
 164         if (start > stop)
 165                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 166         primes(start, stop);
 167         return (0);
 168 }
 169
 170 /*
 171  * read_num_buf --
 172  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 173  */
 174 static ubig
 175 read_num_buf(void)
 176 {
 177         ubig val;
 178         char *p, buf[LINE_MAX];         /* > max number of digits. */
 179
 180         for (;;) {
 181                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 182                         if (ferror(stdin))
 183                                 err(1, "stdin");
 184                         exit(0);
 185                 }
 186                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 187                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 188                         continue;
 189                 if (*p == '-')
 190                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 191                 errno = 0;
 192                 val = strtoumax(buf, &p, 0);
 193                 if (errno)
 194                         err(1, "%s", buf);
 195                 if (*p != '\n')
 196                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 197                 return (val);
 198         }
 199 }
 200
 201 /*
 202  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 203  */
 204 static void
 205 primes(ubig start, ubig stop)
 206 {
 207         char *q;                /* sieve spot */
 208         ubig factor;            /* index and factor */
 209         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 210         const ubig *p;          /* prime table pointer */
 211         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 212         ubig mod;               /* temp storage for mod */
 213
 214         /*
 215          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 216          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 217          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 218          */
 219         if (start < 3) {
 220                 start = (ubig)2;
 221         }
 222         if (stop < 3) {
 223                 stop = (ubig)2;
 224         }
 225         if (stop <= start) {
 226                 return;
 227         }
 228
 229         /*
 230          * be sure that the values are odd, or 2
 231          */
 232         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 233                 ++start;
 234         }
 235         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 236                 ++stop;
 237         }
 238
 239         /*
 240          * quick list of primes <= pr_limit
 241          */
 242         if (start <= *pr_limit) {
 243                 /* skip primes up to the start value */
 244                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 245                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 246                         if (factor >= start) {
 247                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", factor);
 248                         }
 249                 }
 250                 /* return early if we are done */
 251                 if (p <= pr_limit) {
 252                         return;
 253                 }
 254                 start = *pr_limit+2;
 255         }
 256
 257         /*
 258          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 259          * upward until we pass the stop point
 260          */
 261         while (start < stop) {
 262                 /*
 263                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 264                  */
 265                 /* initial pattern copy */
 266                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 267                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 268                 /* main block pattern copies */
 269                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 270                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 271                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 272                 }
 273                 /* final block pattern copy */
 274                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 275
 276                 /*
 277                  * sieve for primes 17 and higher
 278                  */
 279                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 280                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 281                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 282                         fact_lim = sqrt(start+1.0+TABSIZE+TABSIZE);
 283                 } else {
 284                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 285                         fact_lim = sqrt(stop+1.0);
 286                 }
 287                 /* sieve for factors >= 17 */
 288                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 289                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 290                 do {
 291                         /* determine the factor's initial sieve point */
 292                         mod = start%factor;
 293                         if (mod & 0x1) {
 294                                 q = &table[(factor-mod)/2];
 295                         } else {
 296                                 q = &table[mod ? factor-(mod/2) : 0];
 297                         }
 298                         /* sive for our current factor */
 299                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 300                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 301                         }
 302                         factor = *p++;
 303                 } while (factor <= fact_lim);
 304
 305                 /*
 306                  * print generated primes
 307                  */
 308                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 309                         if (*q) {
 310                                 if (start > SIEVEMAX) {
 311                                         if (!isprime(start))
 312                                                 continue;
 313                                 }
 314                                 printf(hflag ? "%" PRIx64 "\n" : "%" PRIu64 "\n", start);
 315                         }
 316                 }
 317         }
 318 }
 319
 320 static void
 321 usage(void)
 322 {
 323         fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 324         exit(1);
 325 }