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 [-h] [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 <stdio.h>
  74 #include <stdlib.h>
  75 #include <string.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 if 2*i-1 is prime.
  86  *
  87  * We make TABSIZE large to reduce the overhead of inner loop setup.
  88  */
  89 static char table[TABSIZE];      /* Eratosthenes sieve of odd numbers */
  90
  91 static int      hflag;
  92
  93 static void     primes(ubig, ubig);
  94 static ubig     read_num_buf(void);
  95 static void     usage(void);
  96
  97 int
  98 main(int argc, char *argv[])
  99 {
 100         ubig start;             /* where to start generating */
 101         ubig stop;              /* don't generate at or above this value */
 102         int ch;
 103         char *p;
 104
 105         while ((ch = getopt(argc, argv, "h")) != -1)
 106                 switch (ch) {
 107                 case 'h':
 108                         hflag++;
 109                         break;
 110                 case '?':
 111                 default:
 112                         usage();
 113                 }
 114         argc -= optind;
 115         argv += optind;
 116
 117         start = 0;
 118         stop = BIG;
 119
 120         /*
 121          * Convert low and high args.  Strtoul(3) sets errno to
 122          * ERANGE if the number is too large, but, if there's
 123          * a leading minus sign it returns the negation of the
 124          * result of the conversion, which we'd rather disallow.
 125          */
 126         switch (argc) {
 127         case 2:
 128                 /* Start and stop supplied on the command line. */
 129                 if (argv[0][0] == '-' || argv[1][0] == '-')
 130                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 131
 132                 errno = 0;
 133                 start = strtoul(argv[0], &p, 0);
 134                 if (errno)
 135                         err(1, "%s", argv[0]);
 136                 if (*p != '\0')
 137                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 138
 139                 errno = 0;
 140                 stop = strtoul(argv[1], &p, 0);
 141                 if (errno)
 142                         err(1, "%s", argv[1]);
 143                 if (*p != '\0')
 144                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[1]);
 145                 break;
 146         case 1:
 147                 /* Start on the command line. */
 148                 if (argv[0][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                 break;
 158         case 0:
 159                 start = read_num_buf();
 160                 break;
 161         default:
 162                 usage();
 163         }
 164
 165         if (start > stop)
 166                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 167         primes(start, stop);
 168         return (0);
 169 }
 170
 171 /*
 172  * read_num_buf --
 173  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 174  */
 175 static ubig
 176 read_num_buf(void)
 177 {
 178         ubig val;
 179         char *p, buf[LINE_MAX];         /* > max number of digits. */
 180
 181         for (;;) {
 182                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 183                         if (ferror(stdin))
 184                                 err(1, "stdin");
 185                         exit(0);
 186                 }
 187                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 188                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 189                         continue;
 190                 if (*p == '-')
 191                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 192                 errno = 0;
 193                 val = strtoul(buf, &p, 0);
 194                 if (errno)
 195                         err(1, "%s", buf);
 196                 if (*p != '\n')
 197                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 198                 return (val);
 199         }
 200 }
 201
 202 /*
 203  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 204  */
 205 static void
 206 primes(ubig start, ubig stop)
 207 {
 208         char *q;                /* sieve spot */
 209         ubig factor;            /* index and factor */
 210         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 211         const ubig *p;          /* prime table pointer */
 212         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 213         ubig mod;               /* temp storage for mod */
 214
 215         /*
 216          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 217          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 218          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 219          */
 220         if (start < 3) {
 221                 start = (ubig)2;
 222         }
 223         if (stop < 3) {
 224                 stop = (ubig)2;
 225         }
 226         if (stop <= start) {
 227                 return;
 228         }
 229
 230         /*
 231          * be sure that the values are odd, or 2
 232          */
 233         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 234                 ++start;
 235         }
 236         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 237                 ++stop;
 238         }
 239
 240         /*
 241          * quick list of primes <= pr_limit
 242          */
 243         if (start <= *pr_limit) {
 244                 /* skip primes up to the start value */
 245                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 246                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 247                         if (factor >= start) {
 248                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", factor);
 249                         }
 250                 }
 251                 /* return early if we are done */
 252                 if (p <= pr_limit) {
 253                         return;
 254                 }
 255                 start = *pr_limit+2;
 256         }
 257
 258         /*
 259          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 260          * upward until we pass the stop point
 261          */
 262         while (start < stop) {
 263                 /*
 264                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 265                  */
 266                 /* initial pattern copy */
 267                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 268                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 269                 /* main block pattern copies */
 270                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 271                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 272                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 273                 }
 274                 /* final block pattern copy */
 275                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 276
 277                 /*
 278                  * sieve for primes 17 and higher
 279                  */
 280                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 281                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 282                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 283                         fact_lim = sqrt(start+1.0+TABSIZE+TABSIZE);
 284                 } else {
 285                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 286                         fact_lim = sqrt(stop+1.0);
 287                 }
 288                 /* sieve for factors >= 17 */
 289                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 290                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 291                 do {
 292                         /* determine the factor's initial sieve point */
 293                         mod = start%factor;
 294                         if (mod & 0x1) {
 295                                 q = &table[(factor-mod)/2];
 296                         } else {
 297                                 q = &table[mod ? factor-(mod/2) : 0];
 298                         }
 299                         /* sive for our current factor */
 300                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 301                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 302                         }
 303                         factor = *p++;
 304                 } while (factor <= fact_lim);
 305
 306                 /*
 307                  * print generated primes
 308                  */
 309                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 310                         if (*q) {
 311                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", start);
 312                         }
 313                 }
 314         }
 315 }
 316
 317 static void
 318 usage(void)
 319 {
 320         fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 321         exit(1);
 322 }