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       5             : 
       6             : #ifndef PIVX_ARITH_UINT256_H
       7             : #define PIVX_ARITH_UINT256_H
       8             : 
       9             : #include <assert.h>
      10             : #include <cstring>
      11             : #include <stdexcept>
      12             : #include <stdint.h>
      13             : #include <string>
      14             : #include <vector>
      15             : 
      16             : class uint256;
      17             : class uint512;
      18             : 
      19             : class uint_error : public std::runtime_error {
      20             : public:
      21           8 :     explicit uint_error(const std::string& str) : std::runtime_error(str) {}
      22             : };
      23             : 
      24             : /** Template base class for unsigned big integers. */
      25             : template<unsigned int BITS>
      26             : class base_uint
      27             : {
      28             : protected:
      29             :     static constexpr int WIDTH = BITS / 32;
      30             :     uint32_t pn[WIDTH];
      31             : 
      32             : public:
      33     3243564 :     base_uint()
      34             :     {
      35    30343659 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      36    27025151 :             pn[i] = 0;
      37             :     }
      38             : 
      39     3277807 :     base_uint(const base_uint& b)
      40             :     {
      41    32820065 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      42    34000998 :             pn[i] = b.pn[i];
      43             :     }
      44             : 
      45         465 :     base_uint& operator=(const base_uint& b)
      46             :     {
      47     3878076 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      48     4532608 :             pn[i] = b.pn[i];
      49             :         return *this;
      50             :     }
      51             : 
      52     1275382 :     base_uint(uint64_t b)
      53             :     {
      54     1275382 :         pn[0] = (unsigned int)b;
      55     1275382 :         pn[1] = (unsigned int)(b >> 32);
      56     8950324 :         for (int i = 2; i < WIDTH; i++)
      57     7756532 :             pn[i] = 0;
      58             :     }
      59             : 
      60             :     explicit base_uint(const std::string& str);
      61             :     explicit base_uint(const std::vector<unsigned char>& vch);
      62             : 
      63           2 :     bool operator!() const
      64             :     {
      65        1657 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      66        1655 :             if (pn[i] != 0)
      67             :                 return false;
      68             :         return true;
      69             :     }
      70             : 
      71           2 :     const base_uint operator~() const
      72             :     {
      73      675057 :         base_uint ret;
      74      675057 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      75      600034 :             ret.pn[i] = ~pn[i];
      76             :         return ret;
      77             :     }
      78             : 
      79      367384 :     const base_uint operator-() const
      80             :     {
      81     3303432 :         base_uint ret;
      82     3303432 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
      83     2936048 :             ret.pn[i] = ~pn[i];
      84      367384 :         ret++;
      85      367384 :         return ret;
      86             :     }
      87             : 
      88             :     double getdouble() const;
      89             : 
      90      245206 :     base_uint& operator=(uint64_t b)
      91             :     {
      92      245206 :         pn[0] = (unsigned int)b;
      93      245206 :         pn[1] = (unsigned int)(b >> 32);
      94     1715927 :         for (int i = 2; i < WIDTH; i++)
      95     1470717 :             pn[i] = 0;
      96             :         return *this;
      97             :     }
      98             : 
      99             :     base_uint& operator^=(const base_uint& b)
     100             :     {
     101         126 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
     102        6006 :             pn[i] ^= b.pn[i];
     103             :         return *this;
     104             :     }
     105             : 
     106             :     base_uint& operator&=(const base_uint& b)
     107             :     {
     108      660224 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
     109      320306 :             pn[i] &= b.pn[i];
     110             :         return *this;
     111             :     }
     112             : 
     113             :     base_uint& operator|=(const base_uint& b)
     114             :     {
     115        3455 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
     116        3138 :             pn[i] |= b.pn[i];
     117             :         return *this;
     118             :     }
     119             : 
     120           2 :     base_uint& operator^=(uint64_t b)
     121             :     {
     122           2 :         pn[0] ^= (unsigned int)b;
     123           2 :         pn[1] ^= (unsigned int)(b >> 32);
     124             :         return *this;
     125             :     }
     126             : 
     127           2 :     base_uint& operator|=(uint64_t b)
     128             :     {
     129           2 :         pn[0] |= (unsigned int)b;
     130           2 :         pn[1] |= (unsigned int)(b >> 32);
     131             :         return *this;
     132             :     }
     133             : 
     134             :     base_uint& operator<<=(unsigned int shift);
     135             :     base_uint& operator>>=(unsigned int shift);
     136             : 
     137      366112 :     base_uint& operator+=(const base_uint& b)
     138             :     {
     139      366538 :         uint64_t carry = 0;
     140    15197346 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
     141             :         {
     142     9488667 :             uint64_t n = carry + pn[i] + b.pn[i];
     143     9488667 :             pn[i] = n & 0xffffffff;
     144     9488667 :             carry = n >> 32;
     145             :         }
     146             :         return *this;
     147             :     }
     148             : 
     149      366538 :     base_uint& operator-=(const base_uint& b)
     150             :     {
     151      366538 :         *this += -b;
     152      366538 :         return *this;
     153             :     }
     154             : 
     155      150810 :     base_uint& operator+=(uint64_t b64)
     156             :     {
     157      150810 :         base_uint b;
     158     1356808 :         b = b64;
     159      150810 :         *this += b;
     160      150810 :         return *this;
     161             :     }
     162             : 
     163           2 :     base_uint& operator-=(uint64_t b64)
     164             :     {
     165           2 :         base_uint b;
     166           2 :         b = b64;
     167           2 :         *this += -b;
     168           2 :         return *this;
     169             :     }
     170             : 
     171             :     base_uint& operator*=(uint32_t b32);
     172             :     base_uint& operator*=(const base_uint& b);
     173             :     base_uint& operator/=(const base_uint& b);
     174             : 
     175             :     base_uint& operator++()
     176             :     {
     177             :         // prefix operator
     178             :         int i = 0;
     179        5089 :         while (++pn[i] == 0 && i < WIDTH-1)
     180        5085 :             i++;
     181             :         return *this;
     182             :     }
     183             : 
     184             :     const base_uint operator++(int)
     185             :     {
     186             :         // postfix operator
     187      372883 :         const base_uint ret = *this;
     188      366112 :         ++(*this);
     189             :         return ret;
     190             :     }
     191             : 
     192           2 :     base_uint& operator--()
     193             :     {
     194             :         // prefix operator
     195             :         int i = 0;
     196        2848 :         while (--pn[i] == (uint32_t)-1 && i < WIDTH-1)
     197        2432 :             i++;
     198             :         return *this;
     199             :     }
     200             : 
     201             :     const base_uint operator--(int)
     202             :     {
     203             :         // postfix operator
     204        1630 :         const base_uint ret = *this;
     205         414 :         --(*this);
     206             :         return ret;
     207             :     }
     208             : 
     209             :     int CompareTo(const base_uint& b) const;
     210             :     bool EqualTo(uint64_t b) const;
     211             : 
     212    12156062 :     friend inline const base_uint operator+(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) += b; }
     213       89054 :     friend inline const base_uint operator-(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) -= b; }
     214         204 :     friend inline const base_uint operator*(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) *= b; }
     215      943868 :     friend inline const base_uint operator/(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) /= b; }
     216         513 :     friend inline const base_uint operator|(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) |= b; }
     217      680544 :     friend inline const base_uint operator&(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) &= b; }
     218       13620 :     friend inline const base_uint operator^(const base_uint& a, const base_uint& b) { return base_uint(a) ^= b; }
     219      539811 :     friend inline const base_uint operator>>(const base_uint& a, int shift) { return base_uint(a) >>= shift; }
     220      569721 :     friend inline const base_uint operator<<(const base_uint& a, int shift) { return base_uint(a) <<= shift; }
     221        6268 :     friend inline const base_uint operator*(const base_uint& a, uint32_t b) { return base_uint(a) *= b; }
     222       62328 :     friend inline bool operator==(const base_uint& a, const base_uint& b) { return memcmp(a.pn, b.pn, sizeof(a.pn)) == 0; }
     223       21261 :     friend inline bool operator!=(const base_uint& a, const base_uint& b) { return memcmp(a.pn, b.pn, sizeof(a.pn)) != 0; }
     224    96230956 :     friend inline bool operator>(const base_uint& a, const base_uint& b) { return a.CompareTo(b) > 0; }
     225    65355915 :     friend inline bool operator<(const base_uint& a, const base_uint& b) { return a.CompareTo(b) < 0; }
     226    32344309 :     friend inline bool operator>=(const base_uint& a, const base_uint& b) { return a.CompareTo(b) >= 0; }
     227        1469 :     friend inline bool operator<=(const base_uint& a, const base_uint& b) { return a.CompareTo(b) <= 0; }
     228          12 :     friend inline bool operator==(const base_uint& a, uint64_t b) { return a.EqualTo(b); }
     229         416 :     friend inline bool operator!=(const base_uint& a, uint64_t b) { return !a.EqualTo(b); }
     230             : 
     231             :     std::string GetHex() const;
     232             :     void SetHex(const char* psz);
     233             :     void SetHex(const std::string& str);
     234             :     std::string ToString() const;
     235             :     std::string ToStringReverseEndian() const;
     236             : 
     237           6 :     unsigned char* begin()
     238             :     {
     239             :         return (unsigned char*)&pn[0];
     240             :     }
     241             : 
     242           2 :     unsigned char* end()
     243             :     {
     244             :         return (unsigned char*)&pn[WIDTH];
     245             :     }
     246             : 
     247        6676 :     const unsigned char* begin() const
     248             :     {
     249        6668 :         return (unsigned char*)&pn[0];
     250             :     }
     251             : 
     252           8 :     const unsigned char* end() const
     253             :     {
     254             :         return (unsigned char*)&pn[WIDTH];
     255             :     }
     256             : 
     257           8 :     unsigned int size() const
     258             :     {
     259             :         return sizeof(pn);
     260             :     }
     261             : 
     262             :     uint64_t Get64(int n = 0) const
     263             :     {
     264             :         return pn[2 * n] | (uint64_t)pn[2 * n + 1] << 32;
     265             :     }
     266             : 
     267           0 :     uint32_t Get32(int n = 0) const
     268             :     {
     269           0 :         return pn[2 * n];
     270             :     }
     271             :     /**
     272             :      * Returns the position of the highest bit set plus one, or zero if the
     273             :      * value is zero.
     274             :      */
     275             :     unsigned int bits() const;
     276             : 
     277      198400 :     uint64_t GetLow64() const
     278             :     {
     279             :         assert(WIDTH >= 2);
     280      196991 :         return pn[0] | (uint64_t)pn[1] << 32;
     281             :     }
     282             : 
     283             :     template<typename Stream>
     284       43651 :     void Serialize(Stream& s) const
     285             :     {
     286       43647 :         s.write((char*)pn, sizeof(pn));
     287             :     }
     288             : 
     289             :     template<typename Stream>
     290           6 :     void Unserialize(Stream& s)
     291             :     {
     292           6 :         s.read((char*)pn, sizeof(pn));
     293             :     }
     294             : 
     295             :     void SetNull()
     296             :     {
     297             :         memset(pn, 0, sizeof(pn));
     298             :     }
     299             : 
     300             :     bool IsNull() const
     301             :     {
     302     2032325 :         for (int i = 0; i < WIDTH; i++)
     303     2032325 :             if (pn[i] != 0)
     304             :                 return false;
     305             :         return true;
     306             :     }
     307             : 
     308             :     friend class uint160;
     309             :     friend class uint256;
     310             :     friend class uint512;
     311             : 
     312             :     friend class arith_uint160;
     313             :     friend class arith_uint256;
     314             :     friend class arith_uint512;
     315             : };
     316             : 
     317             : /** 160-bit unsigned big integer. */
     318       11723 : class arith_uint160 : public base_uint<160> {
     319             : public:
     320         334 :     arith_uint160() {}
     321        6719 :     arith_uint160(const base_uint<160>& b) : base_uint<160>(b) {}
     322         349 :     arith_uint160(uint64_t b) : base_uint<160>(b) {}
     323          14 :     explicit arith_uint160(const std::string& str) : base_uint<160>(str) {}
     324         824 :     explicit arith_uint160(const std::vector<unsigned char>& vch) : base_uint<160>(vch) {}
     325             : };
     326             : 
     327             : /** 256-bit unsigned big integer. */
     328     5444736 : class arith_uint256 : public base_uint<256> {
     329             : public:
     330    18887322 :     arith_uint256() {}
     331     2275600 :     arith_uint256(const base_uint<256>& b) : base_uint<256>(b) {}
     332     3250842 :     arith_uint256(uint64_t b) : base_uint<256>(b) {}
     333          20 :     explicit arith_uint256(const std::string& str) : base_uint<256>(str) {}
     334        1304 :     explicit arith_uint256(const std::vector<unsigned char>& vch) : base_uint<256>(vch) {}
     335             : 
     336             :     /**
     337             :      * The "compact" format is a representation of a whole
     338             :      * number N using an unsigned 32bit number similar to a
     339             :      * floating point format.
     340             :      * The most significant 8 bits are the unsigned exponent of base 256.
     341             :      * This exponent can be thought of as "number of bytes of N".
     342             :      * The lower 23 bits are the mantissa.
     343             :      * Bit number 24 (0x800000) represents the sign of N.
     344             :      * N = (-1^sign) * mantissa * 256^(exponent-3)
     345             :      *
     346             :      * Satoshi's original implementation used BN_bn2mpi() and BN_mpi2bn().
     347             :      * MPI uses the most significant bit of the first byte as sign.
     348             :      * Thus 0x1234560000 is compact (0x05123456)
     349             :      * and  0xc0de000000 is compact (0x0600c0de)
     350             :      *
     351             :      * Bitcoin only uses this "compact" format for encoding difficulty
     352             :      * targets, which are unsigned 256bit quantities.  Thus, all the
     353             :      * complexities of the sign bit and using base 256 are probably an
     354             :      * implementation accident.
     355             :      */
     356             :     arith_uint256& SetCompact(uint32_t nCompact, bool *pfNegative = nullptr, bool *pfOverflow = nullptr);
     357             :     uint32_t GetCompact(bool fNegative = false) const;
     358           0 :     uint32_t Get32(int n = 0) const { return pn[2 * n]; }
     359             : 
     360             :     friend arith_uint256 UintToArith256(const uint256 &a);
     361             :     friend uint256 ArithToUint256(const arith_uint256 &a);
     362             : };
     363             : 
     364             : /** 512-bit unsigned big integer. */
     365          51 : class arith_uint512 : public base_uint<512> {
     366             : public:
     367      120028 :     arith_uint512() {}
     368          54 :     arith_uint512(const base_uint<512>& b) : base_uint<512>(b) {}
     369       80016 :     arith_uint512(uint64_t b) : base_uint<512>(b) {}
     370           2 :     explicit arith_uint512(const std::string& str) : base_uint<512>(str) {}
     371             :     explicit arith_uint512(const std::vector<unsigned char>& vch) : base_uint<512>(vch) {}
     372             : 
     373             :     uint256 trim256() const;
     374             : 
     375             :     friend arith_uint512 UintToArith512(const uint512 &a);
     376             :     friend uint512 ArithToUint512(const arith_uint512 &a);
     377             : 
     378             : };
     379             : 
     380             : uint256 ArithToUint256(const arith_uint256 &);
     381             : arith_uint256 UintToArith256(const uint256 &);
     382             : uint512 ArithToUint512(const arith_uint512 &);
     383             : arith_uint512 UintToArith512(const uint512 &);
     384             : 
     385             : const arith_uint256 ARITH_UINT256_ZERO = arith_uint256();
     386             : const arith_uint256 ARITH_UINT256_ONE = arith_uint256(1);
     387             : 
     388             : #endif // PIVX_ARITH_UINT256_H