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. 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 <limits.h>
  68 #include <math.h>
  69 #include <stdio.h>
  70 #include <stdlib.h>
  71 #include <string.h>
  72 #include <unistd.h>
  73
  74 #include "primes.h"
  75
  76 /*
  77  * Eratosthenes sieve table
  78  *
  79  * We only sieve the odd numbers.  The base of our sieve windows are always
  80  * odd.  If the base of table is 1, table[i] represents 2*i-1.  After the
  81  * sieve, table[i] == 1 if and only if 2*i-1 is prime.
  82  *
  83  * We make TABSIZE large to reduce the overhead of inner loop setup.
  84  */
  85 static char table[TABSIZE];      /* Eratosthenes sieve of odd numbers */
  86
  87 static int      hflag;
  88
  89 static void     primes(ubig, ubig);
  90 static ubig     read_num_buf(void);
  91 static void     usage(void);
  92
  93 int
  94 main(int argc, char *argv[])
  95 {
  96         ubig start;             /* where to start generating */
  97         ubig stop;              /* don't generate at or above this value */
  98         int ch;
  99         char *p;
 100
 101         while ((ch = getopt(argc, argv, "h")) != -1)
 102                 switch (ch) {
 103                 case 'h':
 104                         hflag++;
 105                         break;
 106                 case '?':
 107                 default:
 108                         usage();
 109                 }
 110         argc -= optind;
 111         argv += optind;
 112
 113         start = 0;
 114         stop = BIG;
 115
 116         /*
 117          * Convert low and high args.  Strtoul(3) sets errno to
 118          * ERANGE if the number is too large, but, if there's
 119          * a leading minus sign it returns the negation of the
 120          * result of the conversion, which we'd rather disallow.
 121          */
 122         switch (argc) {
 123         case 2:
 124                 /* Start and stop supplied on the command line. */
 125                 if (argv[0][0] == '-' || argv[1][0] == '-')
 126                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 127
 128                 errno = 0;
 129                 start = strtoul(argv[0], &p, 0);
 130                 if (errno)
 131                         err(1, "%s", argv[0]);
 132                 if (*p != '\0')
 133                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 134
 135                 errno = 0;
 136                 stop = strtoul(argv[1], &p, 0);
 137                 if (errno)
 138                         err(1, "%s", argv[1]);
 139                 if (*p != '\0')
 140                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[1]);
 141                 break;
 142         case 1:
 143                 /* Start on the command line. */
 144                 if (argv[0][0] == '-')
 145                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 146
 147                 errno = 0;
 148                 start = strtoul(argv[0], &p, 0);
 149                 if (errno)
 150                         err(1, "%s", argv[0]);
 151                 if (*p != '\0')
 152                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", argv[0]);
 153                 break;
 154         case 0:
 155                 start = read_num_buf();
 156                 break;
 157         default:
 158                 usage();
 159         }
 160
 161         if (start > stop)
 162                 errx(1, "start value must be less than stop value.");
 163         primes(start, stop);
 164         return (0);
 165 }
 166
 167 /*
 168  * read_num_buf --
 169  *      This routine returns a number n, where 0 <= n && n <= BIG.
 170  */
 171 static ubig
 172 read_num_buf(void)
 173 {
 174         ubig val;
 175         char *p, buf[LINE_MAX];         /* > max number of digits. */
 176
 177         for (;;) {
 178                 if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) == NULL) {
 179                         if (ferror(stdin))
 180                                 err(1, "stdin");
 181                         exit(0);
 182                 }
 183                 for (p = buf; isblank(*p); ++p);
 184                 if (*p == '\n' || *p == '\0')
 185                         continue;
 186                 if (*p == '-')
 187                         errx(1, "negative numbers aren't permitted.");
 188                 errno = 0;
 189                 val = strtoul(buf, &p, 0);
 190                 if (errno)
 191                         err(1, "%s", buf);
 192                 if (*p != '\n')
 193                         errx(1, "%s: illegal numeric format.", buf);
 194                 return (val);
 195         }
 196 }
 197
 198 /*
 199  * primes - sieve and print primes from start up to and but not including stop
 200  */
 201 static void
 202 primes(ubig start, ubig stop)
 203 {
 204         char *q;                /* sieve spot */
 205         ubig factor;            /* index and factor */
 206         char *tab_lim;          /* the limit to sieve on the table */
 207         const ubig *p;          /* prime table pointer */
 208         ubig fact_lim;          /* highest prime for current block */
 209         ubig mod;               /* temp storage for mod */
 210
 211         /*
 212          * A number of systems can not convert double values into unsigned
 213          * longs when the values are larger than the largest signed value.
 214          * We don't have this problem, so we can go all the way to BIG.
 215          */
 216         if (start < 3) {
 217                 start = (ubig)2;
 218         }
 219         if (stop < 3) {
 220                 stop = (ubig)2;
 221         }
 222         if (stop <= start) {
 223                 return;
 224         }
 225
 226         /*
 227          * be sure that the values are odd, or 2
 228          */
 229         if (start != 2 && (start&0x1) == 0) {
 230                 ++start;
 231         }
 232         if (stop != 2 && (stop&0x1) == 0) {
 233                 ++stop;
 234         }
 235
 236         /*
 237          * quick list of primes <= pr_limit
 238          */
 239         if (start <= *pr_limit) {
 240                 /* skip primes up to the start value */
 241                 for (p = &prime[0], factor = prime[0];
 242                     factor < stop && p <= pr_limit; factor = *(++p)) {
 243                         if (factor >= start) {
 244                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", factor);
 245                         }
 246                 }
 247                 /* return early if we are done */
 248                 if (p <= pr_limit) {
 249                         return;
 250                 }
 251                 start = *pr_limit+2;
 252         }
 253
 254         /*
 255          * we shall sieve a bytemap window, note primes and move the window
 256          * upward until we pass the stop point
 257          */
 258         while (start < stop) {
 259                 /*
 260                  * factor out 3, 5, 7, 11 and 13
 261                  */
 262                 /* initial pattern copy */
 263                 factor = (start%(2*3*5*7*11*13))/2; /* starting copy spot */
 264                 memcpy(table, &pattern[factor], pattern_size-factor);
 265                 /* main block pattern copies */
 266                 for (fact_lim=pattern_size-factor;
 267                     fact_lim+pattern_size<=TABSIZE; fact_lim+=pattern_size) {
 268                         memcpy(&table[fact_lim], pattern, pattern_size);
 269                 }
 270                 /* final block pattern copy */
 271                 memcpy(&table[fact_lim], pattern, TABSIZE-fact_lim);
 272
 273                 /*
 274                  * sieve for primes 17 and higher
 275                  */
 276                 /* note highest useful factor and sieve spot */
 277                 if (stop-start > TABSIZE+TABSIZE) {
 278                         tab_lim = &table[TABSIZE]; /* sieve it all */
 279                         fact_lim = sqrt(start+1.0+TABSIZE+TABSIZE);
 280                 } else {
 281                         tab_lim = &table[(stop-start)/2]; /* partial sieve */
 282                         fact_lim = sqrt(stop+1.0);
 283                 }
 284                 /* sieve for factors >= 17 */
 285                 factor = 17;    /* 17 is first prime to use */
 286                 p = &prime[7];  /* 19 is next prime, pi(19)=7 */
 287                 do {
 288                         /* determine the factor's initial sieve point */
 289                         mod = start%factor;
 290                         if (mod & 0x1) {
 291                                 q = &table[(factor-mod)/2];
 292                         } else {
 293                                 q = &table[mod ? factor-(mod/2) : 0];
 294                         }
 295                         /* sive for our current factor */
 296                         for ( ; q < tab_lim; q += factor) {
 297                                 *q = '\0'; /* sieve out a spot */
 298                         }
 299                         factor = *p++;
 300                 } while (factor <= fact_lim);
 301
 302                 /*
 303                  * print generated primes
 304                  */
 305                 for (q = table; q < tab_lim; ++q, start+=2) {
 306                         if (*q) {
 307                                 printf(hflag ? "0x%lx\n" : "%lu\n", start);
 308                         }
 309                 }
 310         }
 311 }
 312
 313 static void
 314 usage(void)
 315 {
 316         fprintf(stderr, "usage: primes [-h] [start [stop]]\n");
 317         exit(1);
 318 }