1 /*
2     Copyright (C) 2013 Tom Bachmann
3 
4     This file is part of FLINT.
5 
6     FLINT is free software: you can redistribute it and/or modify it under
7     the terms of the GNU Lesser General Public License (LGPL) as published
8     by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
9     (at your option) any later version.  See <http://www.gnu.org/licenses/>.
10 */
11 
12 #ifndef CXX_FMPZXX_H
13 #define CXX_FMPZXX_H
14 
15 #include <cstdlib>
16 #include <vector>
17 
18 #include "flintxx/evaluation_tools.h"
19 #include "flintxx/expression.h"
20 #include "flintxx/expression_traits.h"
21 #include "flintxx/flint_classes.h"
22 #include "flintxx/frandxx.h"
23 #include "flintxx/ltuple.h"
24 #include "flintxx/stdmath.h"
25 
26 #include "fmpz.h"
27 
28 #undef clrbit /* no idea where these are coming from */
29 #undef setbit
30 
31 // TODO functions for addmul? inhomogeneous addmul?
32 // TODO use evaluate_n in immediate functions?
33 // TODO fmpz_abs_ubound_ui_2exp, lbound
34 // TODO cmpabs
35 // TODO xgcd_partial
36 
37 namespace flint {
38 FLINT_DEFINE_BINOP(cdiv_q)
FLINT_DEFINE_BINOP(fdiv_r)39 FLINT_DEFINE_BINOP(fdiv_r)
40 FLINT_DEFINE_BINOP(tdiv_q)
41 FLINT_DEFINE_BINOP(fdiv_r_2exp)
42 FLINT_DEFINE_BINOP(tdiv_q_2exp)
43 FLINT_DEFINE_UNOP(fac)
44 FLINT_DEFINE_UNOP(fib)
45 FLINT_DEFINE_BINOP(rfac)
46 FLINT_DEFINE_BINOP(bin)
47 FLINT_DEFINE_BINOP(gcd)
48 FLINT_DEFINE_BINOP(lcm)
49 FLINT_DEFINE_BINOP(invmod)
50 FLINT_DEFINE_BINOP(negmod)
51 FLINT_DEFINE_THREEARY(mul2)
52 FLINT_DEFINE_THREEARY(divexact2)
53 FLINT_DEFINE_THREEARY(powm)
54 FLINT_DEFINE_THREEARY(mul_tdiv_q_2exp)
55 FLINT_DEFINE_BINOP(fdiv_qr)
56 FLINT_DEFINE_BINOP(tdiv_qr)
57 FLINT_DEFINE_BINOP(sqrtmod)
58 FLINT_DEFINE_UNOP(sqrtrem)
59 FLINT_DEFINE_BINOP(gcdinv)
60 FLINT_DEFINE_BINOP(xgcd)
61 FLINT_DEFINE_BINOP(remove)
62 
63 FLINT_DEFINE_FIVEARY(fmpzxx_bit_unpack)
64 FLINT_DEFINE_THREEARY(fmpzxx_bit_unpack_unsigned)
65 
66 namespace mp {
67 template<class Out, class T1, class T2 = void, class T3 = void, class T4 = void>
68 struct enable_all_fmpzxx;
69 }
70 
71 template<class Operation, class Data>
72 class fmpzxx_expression
73     : public expression<derived_wrapper<fmpzxx_expression>, Operation, Data>
74 {
75 public:
76     typedef expression<derived_wrapper< ::flint::fmpzxx_expression>,
77               Operation, Data> base_t;
78 
79     FLINTXX_DEFINE_BASICS(fmpzxx_expression)
FLINTXX_DEFINE_CTORS(fmpzxx_expression)80     FLINTXX_DEFINE_CTORS(fmpzxx_expression)
81     FLINTXX_DEFINE_C_REF(fmpzxx_expression, fmpz, _fmpz)
82 
83     // these only make sense with fmpzxx
84     FLINTXX_DEFINE_RANDFUNC(fmpz, randbits)
85     FLINTXX_DEFINE_RANDFUNC(fmpz, randtest)
86     FLINTXX_DEFINE_RANDFUNC(fmpz, randtest_unsigned)
87     FLINTXX_DEFINE_RANDFUNC(fmpz, randtest_not_zero)
88 
89     template<class Fmpz>
90     static fmpzxx_expression randm(frandxx& state, const Fmpz& m)
91     {
92         fmpzxx_expression res;
93         fmpz_randm(res._fmpz(), state._data(), m.evaluate()._fmpz());
94         return res;
95     }
96     template<class Fmpz>
randtest_mod(frandxx & state,const Fmpz & m)97     static fmpzxx_expression randtest_mod(frandxx& state, const Fmpz& m)
98     {
99         fmpzxx_expression res;
100         fmpz_randtest_mod(res._fmpz(), state._data(), m.evaluate()._fmpz());
101         return res;
102     }
103     template<class Fmpz>
randtest_mod_signed(frandxx & state,const Fmpz & m)104     static fmpzxx_expression randtest_mod_signed(frandxx& state, const Fmpz& m)
105     {
106         fmpzxx_expression res;
107         fmpz_randtest_mod_signed(res._fmpz(), state._data(), m.evaluate()._fmpz());
108         return res;
109     }
110 
111     // TODO would these make more sense static?
set_ui_smod(mp_limb_t x,mp_limb_t m)112     void set_ui_smod(mp_limb_t x, mp_limb_t m)
113     {
114         fmpz_set_ui_smod(this->_fmpz(), x, m);
115     }
set_uiui(mp_limb_t hi,mp_limb_t lo)116     void set_uiui(mp_limb_t hi, mp_limb_t lo)
117     {
118         fmpz_set_uiui(this->_fmpz(), hi, lo);
119     }
neg_uiui(mp_limb_t hi,mp_limb_t lo)120     void neg_uiui(mp_limb_t hi, mp_limb_t lo)
121     {
122         fmpz_neg_uiui(this->_fmpz(), hi, lo);
123     }
124     // these only make sense with fmpzxx/fmpzxx_ref
clrbit(ulong i)125     void clrbit(ulong i) {fmpz_clrbit(_fmpz(), i);}
combit(ulong i)126     void combit(ulong i) {fmpz_combit(_fmpz(), i);}
setbit(ulong i)127     void setbit(ulong i) {fmpz_setbit(_fmpz(), i);}
set_zero()128     void set_zero() {fmpz_zero(_fmpz());}
set_one()129     void set_one() {fmpz_one(_fmpz());}
130 
131     // These make sense with all expressions, but cause evaluation
get_d_2exp(slong & exp)132     double get_d_2exp(slong& exp) const
133     {
134         return fmpz_get_d_2exp(&exp, this->evaluate()._fmpz());
135     }
is_zero()136     bool is_zero() const
137     {
138         return fmpz_is_zero(this->evaluate()._fmpz());
139     }
is_one()140     bool is_one() const
141     {
142         return fmpz_is_one(this->evaluate()._fmpz());
143     }
is_pm1()144     bool is_pm1() const
145     {
146         return fmpz_is_pm1(this->evaluate()._fmpz());
147     }
is_even()148     bool is_even() const
149     {
150         return fmpz_is_even(this->evaluate()._fmpz());
151     }
is_odd()152     bool is_odd() const
153     {
154         return fmpz_is_odd(this->evaluate()._fmpz());
155     }
is_square()156     bool is_square() const
157     {
158         return fmpz_is_square(this->evaluate()._fmpz());
159     }
popcnt()160     int popcnt() const
161     {
162         return fmpz_popcnt(this->evaluate()._fmpz());
163     }
is_probabprime()164     bool is_probabprime() const
165     {
166         return fmpz_is_probabprime(this->evaluate()._fmpz());
167     }
is_prime_pseudosquare()168     bool is_prime_pseudosquare() const
169     {
170         return fmpz_is_prime_pseudosquare(this->evaluate()._fmpz());
171     }
abs_fits_ui()172     bool abs_fits_ui() const
173     {
174         return fmpz_abs_fits_ui(this->evaluate()._fmpz());
175     }
fits_si()176     bool fits_si() const
177     {
178         return fmpz_fits_si(this->evaluate()._fmpz());
179     }
tstbit(ulong i)180     bool tstbit(ulong i) const
181     {
182         return fmpz_tstbit(this->evaluate()._fmpz(), i);
183     }
184 
185     template<class T2>
186     typename mp::enable_all_fmpzxx<bool, T2>::type
divisible(const T2 & t2)187     divisible(const T2& t2) const
188     {
189         return fmpz_divisible(this->evaluate()._fmpz(), t2.evaluate()._fmpz());
190     }
191     template<class T2>
192     typename mp::enable_if<traits::fits_into_slong<T2>, bool>::type
divisible(const T2 & t2)193     divisible(const T2& t2) const
194     {
195         return fmpz_divisible_si(this->evaluate()._fmpz(), t2);
196     }
197     template<class Fmpz2>
198     typename mp::enable_all_fmpzxx<slong, Fmpz2>::type
clog(const Fmpz2 & b)199     clog(const Fmpz2& b) const
200     {
201         return fmpz_clog(this->evaluate()._fmpz(), b.evaluate()._fmpz());
202     }
203     template<class Int>
204     typename mp::enable_if<traits::is_unsigned_integer<Int>, slong>::type
clog(Int b)205     clog(Int b) const
206     {
207         return fmpz_clog_ui(this->evaluate()._fmpz(), b);
208     }
209     template<class Fmpz2>
210     typename mp::enable_all_fmpzxx<slong, Fmpz2>::type
flog(const Fmpz2 & b)211     flog(const Fmpz2& b) const
212     {
213         return fmpz_flog(this->evaluate()._fmpz(), b.evaluate()._fmpz());
214     }
215     template<class Int>
216     typename mp::enable_if<traits::is_unsigned_integer<Int>, slong>::type
flog(Int b)217     flog(Int b) const
218     {
219         return fmpz_flog_ui(this->evaluate()._fmpz(), b);
220     }
dlog()221     double dlog() const
222     {
223         return fmpz_dlog(this->evaluate()._fmpz());
224     }
225     template<class Fmpz2>
226     typename mp::enable_all_fmpzxx<int, Fmpz2>::type
jacobi(const Fmpz2 & p)227     jacobi(const Fmpz2& p) const
228     {
229         return fmpz_jacobi(this->evaluate()._fmpz(), p.evaluate()._fmpz());
230     }
231 
sizeinbase(int b)232     size_t sizeinbase(int b) const
233         {return fmpz_sizeinbase(this->evaluate()._fmpz(), b);}
bits()234     flint_bitcnt_t bits() const
235         {return fmpz_bits(this->evaluate()._fmpz());}
size()236     flint_bitcnt_t size() const
237         {return fmpz_size(this->evaluate()._fmpz());}
val2()238     flint_bitcnt_t val2() const
239         {return fmpz_val2(this->evaluate()._fmpz());}
sgn()240     int sgn() const
241         {return fmpz_sgn(this->evaluate()._fmpz());}
242 
243     // lazy function forwarding
244     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_3OP(divexact2)
FLINTXX_DEFINE_MEMBER_3OP(mul2)245     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_3OP(mul2)
246     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_3OP(mul_tdiv_q_2exp)
247     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_3OP(powm)
248     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(cdiv_q)
249     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(divexact)
250     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(fdiv_qr)
251     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(fdiv_r)
252     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(fdiv_r_2exp)
253     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(gcd)
254     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(gcdinv)
255     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(invmod)
256     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(lcm)
257     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(negmod)
258     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(pow)
259     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(remove)
260     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(rfac)
261     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(root)
262     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(sqrtmod)
263     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(tdiv_q)
264     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(tdiv_q_2exp)
265     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(tdiv_qr)
266     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_BINOP(xgcd)
267     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_UNOP(abs)
268     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_UNOP(sqrt)
269     // FLINTXX_DEFINE_MEMBER_UNOP(sqrtrem) // TODO
270 
271     FLINTXX_DEFINE_MEMBER_5OP(CRT)
272 
273     template<class Arg1, class Arg2>
274     static FLINT_FIVEARY_ENABLE_RETTYPE(fmpzxx_bit_unpack,
275         Arg1, Arg2, flint_bitcnt_t, int, bool)
276     bit_unpack(const Arg1& arr, const Arg2& bits,
277             flint_bitcnt_t shift = 0, int negate = 0, bool borrow = false)
278     {
279         return fmpzxx_bit_unpack(arr, bits, shift, negate, borrow);
280     }
281     template<class Arg1, class Arg2>
FLINT_THREEARY_ENABLE_RETTYPE(fmpzxx_bit_unpack_unsigned,Arg1,Arg2,flint_bitcnt_t)282     static FLINT_THREEARY_ENABLE_RETTYPE(fmpzxx_bit_unpack_unsigned,
283         Arg1, Arg2, flint_bitcnt_t)
284     bit_unpack_unsigned(const Arg1& arr, const Arg2& bits, flint_bitcnt_t shift = 0)
285     {
286         return fmpzxx_bit_unpack_unsigned(arr, bits, shift);
287     }
288 };
289 
290 namespace detail {
291 struct fmpz_data;
292 }
293 
294 typedef fmpzxx_expression<operations::immediate, detail::fmpz_data> fmpzxx;
295 typedef fmpzxx_expression<operations::immediate,
296             flint_classes::ref_data<fmpzxx, fmpz> > fmpzxx_ref;
297 typedef fmpzxx_expression<operations::immediate,
298             flint_classes::srcref_data<fmpzxx, fmpzxx_ref, fmpz> > fmpzxx_srcref;
299 
300 namespace detail {
301 struct fmpz_data
302 {
303     typedef fmpz_t& data_ref_t;
304     typedef const fmpz_t& data_srcref_t;
305 
306     fmpz_t inner;
307 
fmpz_datafmpz_data308     fmpz_data() {fmpz_init(inner);}
~fmpz_datafmpz_data309     ~fmpz_data() {fmpz_clear(inner);}
fmpz_datafmpz_data310     fmpz_data(const fmpz_data& o) {fmpz_init_set(inner, o.inner);}
311 
312     template<class T>
fmpz_datafmpz_data313     fmpz_data(const T& t)
314     {
315         init(t);
316     }
317 
318     template<class T>
initfmpz_data319     typename mp::enable_if<traits::is_unsigned_integer<T> >::type init(T t)
320     {
321         fmpz_init_set_ui(inner, t);
322     }
323     template<class T>
initfmpz_data324     typename mp::enable_if<traits::is_signed_integer<T> >::type init(T t)
325     {
326         fmpz_init(inner);
327         fmpz_set_si(inner, t);
328     }
329 
initfmpz_data330     void init(double d)
331     {
332         fmpz_init(inner);
333         fmpz_set_d(inner, d);
334     }
335 
initfmpz_data336     void init(const char* str)
337     {
338         fmpz_init(inner);
339         fmpz_set_str(inner, str, 10);
340     }
341 
initfmpz_data342     void init(const fmpzxx_srcref& r)
343     {
344         fmpz_init_set(inner, r._fmpz());
345     }
346 };
347 
348 } // detail
349 
350 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
351 // HELPERS
352 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
353 namespace traits {
354 template<class T> struct is_fmpzxx : mp::or_<
355      traits::is_T_expr<T, fmpzxx>,
356      flint_classes::is_source<fmpzxx, T> > { };
357 } // traits
358 namespace mp {
359 template<class T1, class T2 = void, class T3 = void, class T4 = void>
360 struct all_fmpzxx : mp::and_<all_fmpzxx<T1>, all_fmpzxx<T2, T3, T4> > { };
361 template<class T>
362 struct all_fmpzxx<T, void, void, void> : traits::is_fmpzxx<T> { };
363 
364 template<class Out, class T1, class T2, class T3, class T4>
365 struct enable_all_fmpzxx
366     : mp::enable_if<all_fmpzxx<T1, T2, T3, T4>, Out> { };
367 } // mp
368 
369 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
370 // RULES
371 ///////////////////////////////////////////////////////////////////
372 namespace rules {
373 
374 #define FMPZXX_COND_S FLINTXX_COND_S(fmpzxx)
375 #define FMPZXX_COND_T FLINTXX_COND_T(fmpzxx)
376 
377 FLINT_DEFINE_DOIT_COND2(assignment, FMPZXX_COND_T, FMPZXX_COND_S,
378         fmpz_set(to._fmpz(), from._fmpz()))
379 
380 FLINT_DEFINE_DOIT_COND2(assignment,
381         FMPZXX_COND_T, traits::is_unsigned_integer,
382         fmpz_set_ui(to._fmpz(), from))
383 
384 FLINT_DEFINE_DOIT_COND2(assignment,
385         FMPZXX_COND_T, traits::is_signed_integer,
386         fmpz_set_si(to._fmpz(), from))
387 
388 FLINTXX_DEFINE_CMP(fmpzxx, fmpz_cmp(e1._fmpz(), e2._fmpz()))
389 
390 template<class T, class U>
391 struct cmp<T, U,
392     typename mp::enable_if<mp::and_<
393         FMPZXX_COND_S<T>, traits::is_signed_integer<U> > >::type>
394 {
395     static int get(const T& v, const U& t)
396     {
397         return fmpz_cmp_si(v._fmpz(), t);
398     }
399 };
400 
401 template<class T>
402 struct cmp<fmpzxx, T,
403     typename mp::enable_if<traits::is_unsigned_integer<T> >::type>
404 {
405     static int get(const fmpzxx& v, const T& t)
406     {
407         return fmpz_cmp_ui(v._fmpz(), t);
408     }
409 };
410 
411 FLINTXX_DEFINE_ASSIGN_STR(fmpzxx, fmpz_set_str(to._fmpz(), from, 10))
412 FLINTXX_DEFINE_TO_STR(fmpzxx, fmpz_get_str(0,  base, from._fmpz()))
413 
414 FLINTXX_DEFINE_SWAP(fmpzxx, fmpz_swap(e1._fmpz(), e2._fmpz()))
415 
416 FLINT_DEFINE_PRINT_COND(FMPZXX_COND_S, fmpz_fprint(to, from._fmpz()))
417 FLINT_DEFINE_READ_COND(FMPZXX_COND_T, fmpz_fread(from, to._fmpz()))
418 
419 FLINT_DEFINE_GET_COND(conversion, slong, FMPZXX_COND_S,
420         fmpz_get_si(from._fmpz()))
421 FLINT_DEFINE_GET_COND(conversion, ulong, FMPZXX_COND_S,
422         fmpz_get_ui(from._fmpz()))
423 FLINT_DEFINE_GET_COND(conversion, double, FMPZXX_COND_S,
424         fmpz_get_d(from._fmpz()))
425 
426 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(plus, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
427         fmpz_add(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
428 
429 FLINT_DEFINE_CBINARY_EXPR_COND2(plus, fmpzxx,
430         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
431         fmpz_add_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
432 
433 FLINT_DEFINE_CBINARY_EXPR_COND2(plus, fmpzxx,
434         FMPZXX_COND_S, traits::is_signed_integer,
435         fmpz_add_si(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
436 
437 FLINT_DEFINE_CBINARY_EXPR_COND2(times, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
438         fmpz_mul(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
439 
440 FLINT_DEFINE_CBINARY_EXPR_COND2(times, fmpzxx,
441         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
442         fmpz_mul_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
443 
444 FLINT_DEFINE_CBINARY_EXPR_COND2(times, fmpzxx,
445         FMPZXX_COND_S, traits::is_signed_integer,
446         fmpz_mul_si(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
447 
448 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(minus, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
449         fmpz_sub(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
450 
451 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(minus, fmpzxx,
452         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
453         fmpz_sub_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
454 
455 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(minus, fmpzxx,
456         FMPZXX_COND_S, traits::is_signed_integer,
457         fmpz_sub_si(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
458 
459 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(divided_by, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
460         fmpz_fdiv_q(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
461 
462 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(divided_by, fmpzxx,
463         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
464         fmpz_fdiv_q_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
465 
466 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(divided_by, fmpzxx,
467         FMPZXX_COND_S, traits::is_signed_integer,
468         fmpz_fdiv_q_si(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
469 
470 // TODO this interpretation of mod is not the same as for builtin types!
471 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(modulo, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
472         fmpz_mod(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
473 
474 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(modulo, fmpzxx,
475         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
476         fmpz_mod_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
477 
478 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(binary_and, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
479         fmpz_and(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
480 
481 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(binary_or, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
482         fmpz_or(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
483 
484 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(binary_xor, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
485         fmpz_xor(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
486 
487 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(negate, fmpzxx, FMPZXX_COND_S,
488         fmpz_neg(to._fmpz(), from._fmpz()))
489 
490 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(complement, fmpzxx, FMPZXX_COND_S,
491         fmpz_complement(to._fmpz(), from._fmpz()))
492 
493 namespace rdetail {
494 template<class Fmpz1, class Fmpz2, class T>
495 void fmpzxx_shift(Fmpz1& to, const Fmpz2& from, T howmuch)
496 {
497     if(howmuch < 0)
498         fmpz_fdiv_q_2exp(to._fmpz(), from._fmpz(), -howmuch);
499     else
500         fmpz_mul_2exp(to._fmpz(), from._fmpz(), howmuch);
501 }
502 } // rdetail
503 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(shift, fmpzxx,
504         FMPZXX_COND_S, traits::is_integer,
505         rdetail::fmpzxx_shift(to, e1, e2))
506 } // rules
507 
508 FLINTXX_DEFINE_TERNARY(fmpzxx,
509         fmpz_addmul(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()),
510         fmpz_submul(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()),
511         FLINTXX_UNADORNED_MAKETYPES)
512 
513 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
514 // FUNCTIONS
515 ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////
516 
517 // These functions evaluate immediately, and (often) do not yield fmpzxxs
518 
519 template<class T1, class T2>
520 inline typename mp::enable_all_fmpzxx<bool, T1>::type
521 divisible(const T1& t1, const T2& t2)
522 {
523     return t1.divisible(t2);
524 }
525 
526 template<class Fmpz1, class Fmpz2>
527 inline typename mp::enable_all_fmpzxx<slong, Fmpz1>::type
528 clog(const Fmpz1& x, const Fmpz2& b)
529 {
530     return x.clog(b);
531 }
532 
533 template<class Fmpz1, class Fmpz2>
534 inline typename mp::enable_all_fmpzxx<slong, Fmpz1>::type
535 flog(const Fmpz1& x, const Fmpz2& b)
536 {
537     return x.flog(b);
538 }
539 
540 template<class Fmpz>
541 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, double>::type
542 dlog(const Fmpz& x)
543 {
544     return x.dlog();
545 }
546 
547 template<class Fmpz1, class Fmpz2>
548 inline typename mp::enable_all_fmpzxx<int, Fmpz1>::type
549 jacobi(const Fmpz1& a, const Fmpz2& p)
550 {
551     return a.jacobi(p);
552 }
553 
554 template<class Fmpz>
555 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, size_t>::type
556 sizeinbase(const Fmpz& a, int b)
557 {
558     return a.sizeinbase(b);
559 }
560 template<class Fmpz>
561 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, flint_bitcnt_t>::type
562 bits(const Fmpz& a)
563 {
564     return a.bits();
565 }
566 template<class Fmpz>
567 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, flint_bitcnt_t>::type
568 val2(const Fmpz& a)
569 {
570     return a.val2();
571 }
572 template<class Fmpz>
573 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, flint_bitcnt_t>::type
574 size(const Fmpz& a)
575 {
576     return a.size();
577 }
578 template<class Fmpz>
579 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz>, int>::type
580 sgn(const Fmpz& a)
581 {
582     return a.sgn();
583 }
584 
585 template<class Fmpz>
586 inline bool bit_pack(std::vector<mp_limb_t>& arr, flint_bitcnt_t bits,
587         const Fmpz& coeff, flint_bitcnt_t shift = 0, int negate = 0,
588         bool borrow = false,
589         typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz> >::type* = 0)
590 {
591     return fmpz_bit_pack(&arr.front(), shift, bits,
592             coeff.evaluate()._fmpz(), negate, borrow);
593 }
594 
595 // These functions are evaluated lazily
596 namespace rules {
597 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(rfac_op, fmpzxx,
598         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
599         fmpz_rfac_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
600 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(fac_op, fmpzxx, traits::is_unsigned_integer,
601         fmpz_fac_ui(to._fmpz(), from))
602 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(fib_op, fmpzxx, traits::is_unsigned_integer,
603         fmpz_fib_ui(to._fmpz(), from))
604 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(gcd_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
605         fmpz_gcd(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
606 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(lcm_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
607         fmpz_lcm(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
608 
609 template<class T1, class T2>
610 struct binary_expression<
611     T1,
612     typename mp::enable_if<
613         mp::and_<
614             traits::is_unsigned_integer<T1>,
615             traits::is_unsigned_integer<T2> >,
616         operations::bin_op>::type,
617     T2>
618 {
619     typedef fmpzxx return_t;
620     template<class V>
621     static void doit(V& to, const T1& t1, const T2& t2)
622     {
623         fmpz_bin_uiui(to._fmpz(), t1, t2);
624     }
625 };
626 
627 #define FMPZXX_DEFINE_DIVFUNCS(name) \
628 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(name##_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S, \
629         fmpz_##name(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz())) \
630 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(name##_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, \
631         traits::is_signed_integer, \
632         fmpz_##name##_si(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2)) \
633 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(name##_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, \
634         traits::is_unsigned_integer, \
635         fmpz_##name##_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
636 
637 FMPZXX_DEFINE_DIVFUNCS(cdiv_q)
638 FMPZXX_DEFINE_DIVFUNCS(tdiv_q)
639 FMPZXX_DEFINE_DIVFUNCS(divexact)
640 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(fdiv_r_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
641         fmpz_fdiv_r(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
642 
643 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(tdiv_q_2exp_op, fmpzxx,
644         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
645         fmpz_tdiv_q_2exp(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
646 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(fdiv_r_2exp_op, fmpzxx,
647         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
648         fmpz_fdiv_r_2exp(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
649 
650 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(invmod_op, fmpzxx,
651         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
652         fmpz_invmod(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
653 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(negmod_op, fmpzxx,
654         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
655         fmpz_negmod(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
656 
657 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(mul2_op, fmpzxx,
658         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer, traits::is_unsigned_integer,
659         fmpz_mul2_uiui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2, e3))
660 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(divexact2_op, fmpzxx,
661         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer, traits::is_unsigned_integer,
662         fmpz_divexact2_uiui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2, e3))
663 
664 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(powm_op, fmpzxx,
665         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer, FMPZXX_COND_S,
666         fmpz_powm_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2, e3._fmpz()))
667 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(powm_op, fmpzxx,
668         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
669         fmpz_powm(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz(), e3._fmpz()))
670 
671 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(mul_tdiv_q_2exp_op, fmpzxx,
672         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
673         fmpz_mul_tdiv_q_2exp(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz(), e3))
674 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(mul_tdiv_q_2exp_op, fmpzxx,
675         FMPZXX_COND_S, traits::fits_into_slong, traits::is_unsigned_integer,
676         fmpz_mul_si_tdiv_q_2exp(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2, e3))
677 // TODO addmul, submul?
678 
679 namespace rdetail {
680 typedef make_ltuple<mp::make_tuple<fmpzxx, fmpzxx>::type>::type fmpzxx_pair;
681 typedef make_ltuple<mp::make_tuple<fmpzxx, fmpzxx, fmpzxx>::type>::type fmpzxx_triple;
682 typedef make_ltuple<mp::make_tuple<bool, fmpzxx>::type>::type
683     bool_fmpzxx_pair;
684 } // rdetail
685 
686 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(fdiv_qr_op, rdetail::fmpzxx_pair,
687         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
688         fmpz_fdiv_qr(to.template get<0>()._fmpz(), to.template get<1>()._fmpz(),
689             e1._fmpz(), e2._fmpz()))
690 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(tdiv_qr_op, rdetail::fmpzxx_pair,
691         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
692         fmpz_tdiv_qr(to.template get<0>()._fmpz(), to.template get<1>()._fmpz(),
693             e1._fmpz(), e2._fmpz()))
694 
695 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(sqrtmod_op, rdetail::bool_fmpzxx_pair,
696         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
697         to.template get<0>() = fmpz_sqrtmod(
698             to.template get<1>()._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
699 
700 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(sqrtrem_op, rdetail::fmpzxx_pair,
701         FMPZXX_COND_S,
702         fmpz_sqrtrem(to.template get<0>()._fmpz(),  to.template get<1>()._fmpz(),
703             from._fmpz()))
704 
705 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(gcdinv_op, rdetail::fmpzxx_pair,
706         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
707         fmpz_gcdinv(to.template get<0>()._fmpz(), to.template get<1>()._fmpz(),
708             e1._fmpz(), e2._fmpz()))
709 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(xgcd_op, rdetail::fmpzxx_triple,
710         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S, fmpz_xgcd(
711             to.template get<0>()._fmpz(), to.template get<1>()._fmpz(),
712             to.template get<2>()._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz()))
713 
714 namespace rdetail {
715 template<class T> struct is_mplimb_t_vec
716     : mp::equal_types<T, std::vector<mp_limb_t> > { };
717 }
718 FLINT_DEFINE_FIVEARY_EXPR_COND5(fmpzxx_bit_unpack_op, rdetail::bool_fmpzxx_pair,
719         rdetail::is_mplimb_t_vec, traits::fits_into_flint_bitcnt_t,
720         traits::fits_into_flint_bitcnt_t, traits::is_integer, tools::is_bool,
721         to.template get<0>() = fmpz_bit_unpack(to.template get<1>()._fmpz(),
722             &e1.front(), e3, e2, e4, e5))
723 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR_COND3(fmpzxx_bit_unpack_unsigned_op, fmpzxx,
724         rdetail::is_mplimb_t_vec, traits::fits_into_flint_bitcnt_t,
725         traits::fits_into_flint_bitcnt_t,
726         fmpz_bit_unpack_unsigned(to._fmpz(), &e1.front(), e3, e2))
727 
728 // standard math functions (c/f stdmath.h)
729 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(pow_op, fmpzxx,
730         FMPZXX_COND_S, traits::is_unsigned_integer,
731         fmpz_pow_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
732 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(root_op, fmpzxx,
733         FMPZXX_COND_S, traits::fits_into_slong,
734         fmpz_root(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2))
735 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(sqrt_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S,
736         fmpz_sqrt(to._fmpz(), from._fmpz()))
737 FLINT_DEFINE_UNARY_EXPR_COND(abs_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S,
738         fmpz_abs(to._fmpz(), from._fmpz()))
739 
740 namespace rdetail {
741 typedef make_ltuple<mp::make_tuple<slong, fmpzxx>::type>::type slong_fmpzxx_pair;
742 } // rdetail
743 FLINT_DEFINE_BINARY_EXPR_COND2(remove_op, rdetail::slong_fmpzxx_pair,
744         FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
745         to.template get<0>() = fmpz_remove(to.template get<1>()._fmpz(),
746             e1._fmpz(), e2._fmpz()))
747 } // rules
748 
749 // chinese remaindering
750 // TODO should this use nmod?
751 class fmpz_combxx
752 {
753 private:
754     fmpz_comb_t comb;
755     mutable fmpz_comb_temp_t tmp;
756 
757     // not copyable
758     fmpz_combxx(const fmpz_combxx&);
759 
760 public:
761     fmpz_combxx(const std::vector<mp_limb_t>& v)
762     {
763         fmpz_comb_init(comb, &v.front(), v.size());
764         fmpz_comb_temp_init(tmp, comb);
765     }
766 
767     ~fmpz_combxx()
768     {
769         fmpz_comb_temp_clear(tmp);
770         fmpz_comb_clear(comb);
771     }
772 
773     const fmpz_comb_t& _comb() const {return comb;}
774     fmpz_comb_temp_t& _temp() const {return tmp;}
775 };
776 
777 // TODO make lazy somehow?
778 template<class Fmpz>
779 inline typename mp::enable_if<traits::is_fmpzxx<Fmpz> >::type
780 multi_mod(std::vector<mp_limb_t>& out, const Fmpz& in, const fmpz_combxx& comb)
781 {
782     fmpz_multi_mod_ui(&out.front(), in.evaluate()._fmpz(),
783             comb._comb(), comb._temp());
784 }
785 
786 namespace rules {
787 FLINT_DEFINE_FIVEARY_EXPR_COND5(CRT_op, fmpzxx, FMPZXX_COND_S, FMPZXX_COND_S,
788         traits::is_unsigned_integer, traits::is_unsigned_integer, tools::is_bool,
789         fmpz_CRT_ui(to._fmpz(), e1._fmpz(), e2._fmpz(), e3, e4, e5))
790 
791 FLINT_DEFINE_THREEARY_EXPR(multi_CRT_op, fmpzxx,
792         std::vector<mp_limb_t>, fmpz_combxx, bool,
793         fmpz_multi_CRT_ui(to._fmpz(), &e1.front(), e2._comb(), e2._temp(), e3))
794 } // rules
795 } // flint
796 
797 #include "fmpz_factorxx.h"
798 
799 #endif
800