Вход Регистрация
Файл: vendor/brick/math/src/Internal/Calculator.php
Строк: 956
<?php

declare(strict_types=1);

namespace 
BrickMathInternal;

use 
BrickMathExceptionRoundingNecessaryException;
use 
BrickMathRoundingMode;

/**
 * Performs basic operations on arbitrary size integers.
 *
 * Unless otherwise specified, all parameters must be validated as non-empty strings of digits,
 * without leading zero, and with an optional leading minus sign if the number is not zero.
 *
 * Any other parameter format will lead to undefined behaviour.
 * All methods must return strings respecting this format, unless specified otherwise.
 *
 * @internal
 *
 * @psalm-immutable
 */
abstract class Calculator
{
    
/**
     * The maximum exponent value allowed for the pow() method.
     */
    
public const MAX_POWER 1000000;

    
/**
     * The alphabet for converting from and to base 2 to 36, lowercase.
     */
    
public const ALPHABET '0123456789abcdefghijklmnopqrstuvwxyz';

    
/**
     * The Calculator instance in use.
     */
    
private static ?Calculator $instance null;

    
/**
     * Sets the Calculator instance to use.
     *
     * An instance is typically set only in unit tests: the autodetect is usually the best option.
     *
     * @param Calculator|null $calculator The calculator instance, or NULL to revert to autodetect.
     *
     * @return void
     */
    
final public static function set(?Calculator $calculator) : void
    
{
        
self::$instance $calculator;
    }

    
/**
     * Returns the Calculator instance to use.
     *
     * If none has been explicitly set, the fastest available implementation will be returned.
     *
     * @return Calculator
     *
     * @psalm-pure
     * @psalm-suppress ImpureStaticProperty
     */
    
final public static function get() : Calculator
    
{
        if (
self::$instance === null) {
            
/** @psalm-suppress ImpureMethodCall */
            
self::$instance self::detect();
        }

        return 
self::$instance;
    }

    
/**
     * Returns the fastest available Calculator implementation.
     *
     * @codeCoverageIgnore
     *
     * @return Calculator
     */
    
private static function detect() : Calculator
    
{
        if (
extension_loaded('gmp')) {
            return new 
CalculatorGmpCalculator();
        }

        if (
extension_loaded('bcmath')) {
            return new 
CalculatorBcMathCalculator();
        }

        return new 
CalculatorNativeCalculator();
    }

    
/**
     * Extracts the sign & digits of the operands.
     *
     * @param string $a The first operand.
     * @param string $b The second operand.
     *
     * @return array{bool, bool, string, string} Whether $a and $b are negative, followed by their digits.
     */
    
final protected function init(string $astring $b) : array
    {
        return [
            
$aNeg = ($a[0] === '-'),
            
$bNeg = ($b[0] === '-'),

            
$aNeg substr($a1) : $a,
            
$bNeg substr($b1) : $b,
        ];
    }

    
/**
     * Returns the absolute value of a number.
     *
     * @param string $n The number.
     *
     * @return string The absolute value.
     */
    
final public function abs(string $n) : string
    
{
        return (
$n[0] === '-') ? substr($n1) : $n;
    }

    
/**
     * Negates a number.
     *
     * @param string $n The number.
     *
     * @return string The negated value.
     */
    
final public function neg(string $n) : string
    
{
        if (
$n === '0') {
            return 
'0';
        }

        if (
$n[0] === '-') {
            return 
substr($n1);
        }

        return 
'-' $n;
    }

    
/**
     * Compares two numbers.
     *
     * @param string $a The first number.
     * @param string $b The second number.
     *
     * @return int [-1, 0, 1] If the first number is less than, equal to, or greater than the second number.
     */
    
final public function cmp(string $astring $b) : int
    
{
        [
$aNeg$bNeg$aDig$bDig] = $this->init($a$b);

        if (
$aNeg && ! $bNeg) {
            return -
1;
        }

        if (
$bNeg && ! $aNeg) {
            return 
1;
        }

        
$aLen strlen($aDig);
        
$bLen strlen($bDig);

        if (
$aLen $bLen) {
            
$result = -1;
        } elseif (
$aLen $bLen) {
            
$result 1;
        } else {
            
$result $aDig <=> $bDig;
        }

        return 
$aNeg ? -$result $result;
    }

    
/**
     * Adds two numbers.
     *
     * @param string $a The augend.
     * @param string $b The addend.
     *
     * @return string The sum.
     */
    
abstract public function add(string $astring $b) : string;

    
/**
     * Subtracts two numbers.
     *
     * @param string $a The minuend.
     * @param string $b The subtrahend.
     *
     * @return string The difference.
     */
    
abstract public function sub(string $astring $b) : string;

    
/**
     * Multiplies two numbers.
     *
     * @param string $a The multiplicand.
     * @param string $b The multiplier.
     *
     * @return string The product.
     */
    
abstract public function mul(string $astring $b) : string;

    
/**
     * Returns the quotient of the division of two numbers.
     *
     * @param string $a The dividend.
     * @param string $b The divisor, must not be zero.
     *
     * @return string The quotient.
     */
    
abstract public function divQ(string $astring $b) : string;

    
/**
     * Returns the remainder of the division of two numbers.
     *
     * @param string $a The dividend.
     * @param string $b The divisor, must not be zero.
     *
     * @return string The remainder.
     */
    
abstract public function divR(string $astring $b) : string;

    
/**
     * Returns the quotient and remainder of the division of two numbers.
     *
     * @param string $a The dividend.
     * @param string $b The divisor, must not be zero.
     *
     * @return array{string, string} An array containing the quotient and remainder.
     */
    
abstract public function divQR(string $astring $b) : array;

    
/**
     * Exponentiates a number.
     *
     * @param string $a The base number.
     * @param int    $e The exponent, validated as an integer between 0 and MAX_POWER.
     *
     * @return string The power.
     */
    
abstract public function pow(string $aint $e) : string;

    
/**
     * @param string $a
     * @param string $b The modulus; must not be zero.
     *
     * @return string
     */
    
public function mod(string $astring $b) : string
    
{
        return 
$this->divR($this->add($this->divR($a$b), $b), $b);
    }

    
/**
     * Returns the modular multiplicative inverse of $x modulo $m.
     *
     * If $x has no multiplicative inverse mod m, this method must return null.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library has built-in support.
     *
     * @param string $x
     * @param string $m The modulus; must not be negative or zero.
     *
     * @return string|null
     */
    
public function modInverse(string $xstring $m) : ?string
    
{
        if (
$m === '1') {
            return 
'0';
        }

        
$modVal $x;

        if (
$x[0] === '-' || ($this->cmp($this->abs($x), $m) >= 0)) {
            
$modVal $this->mod($x$m);
        }

        [
$g$x] = $this->gcdExtended($modVal$m);

        if (
$g !== '1') {
            return 
null;
        }

        return 
$this->mod($this->add($this->mod($x$m), $m), $m);
    }

    
/**
     * Raises a number into power with modulo.
     *
     * @param string $base The base number; must be positive or zero.
     * @param string $exp  The exponent; must be positive or zero.
     * @param string $mod  The modulus; must be strictly positive.
     *
     * @return string The power.
     */
    
abstract public function modPow(string $basestring $expstring $mod) : string;

    
/**
     * Returns the greatest common divisor of the two numbers.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for GCD calculations.
     *
     * @param string $a The first number.
     * @param string $b The second number.
     *
     * @return string The GCD, always positive, or zero if both arguments are zero.
     */
    
public function gcd(string $astring $b) : string
    
{
        if (
$a === '0') {
            return 
$this->abs($b);
        }

        if (
$b === '0') {
            return 
$this->abs($a);
        }

        return 
$this->gcd($b$this->divR($a$b));
    }

    
/**
     * @return array{string, string, string} GCD, X, Y
     */
    
private function gcdExtended(string $astring $b) : array
    {
        if (
$a === '0') {
            return [
$b'0''1'];
        }

        [
$gcd$x1$y1] = $this->gcdExtended($this->mod($b$a), $a);

        
$x $this->sub($y1$this->mul($this->divQ($b$a), $x1));
        
$y $x1;

        return [
$gcd$x$y];
    }

    
/**
     * Returns the square root of the given number, rounded down.
     *
     * The result is the largest x such that x² ≤ n.
     * The input MUST NOT be negative.
     *
     * @param string $n The number.
     *
     * @return string The square root.
     */
    
abstract public function sqrt(string $n) : string;

    
/**
     * Converts a number from an arbitrary base.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for base conversion.
     *
     * @param string $number The number, positive or zero, non-empty, case-insensitively validated for the given base.
     * @param int    $base   The base of the number, validated from 2 to 36.
     *
     * @return string The converted number, following the Calculator conventions.
     */
    
public function fromBase(string $numberint $base) : string
    
{
        return 
$this->fromArbitraryBase(strtolower($number), self::ALPHABET$base);
    }

    
/**
     * Converts a number to an arbitrary base.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for base conversion.
     *
     * @param string $number The number to convert, following the Calculator conventions.
     * @param int    $base   The base to convert to, validated from 2 to 36.
     *
     * @return string The converted number, lowercase.
     */
    
public function toBase(string $numberint $base) : string
    
{
        
$negative = ($number[0] === '-');

        if (
$negative) {
            
$number substr($number1);
        }

        
$number $this->toArbitraryBase($numberself::ALPHABET$base);

        if (
$negative) {
            return 
'-' $number;
        }

        return 
$number;
    }

    
/**
     * Converts a non-negative number in an arbitrary base using a custom alphabet, to base 10.
     *
     * @param string $number   The number to convert, validated as a non-empty string,
     *                         containing only chars in the given alphabet/base.
     * @param string $alphabet The alphabet that contains every digit, validated as 2 chars minimum.
     * @param int    $base     The base of the number, validated from 2 to alphabet length.
     *
     * @return string The number in base 10, following the Calculator conventions.
     */
    
final public function fromArbitraryBase(string $numberstring $alphabetint $base) : string
    
{
        
// remove leading "zeros"
        
$number ltrim($number$alphabet[0]);

        if (
$number === '') {
            return 
'0';
        }

        
// optimize for "one"
        
if ($number === $alphabet[1]) {
            return 
'1';
        }

        
$result '0';
        
$power '1';

        
$base = (string) $base;

        for (
$i strlen($number) - 1$i >= 0$i--) {
            
$index strpos($alphabet$number[$i]);

            if (
$index !== 0) {
                
$result $this->add($result, ($index === 1)
                    ? 
$power
                    
$this->mul($power, (string) $index)
                );
            }

            if (
$i !== 0) {
                
$power $this->mul($power$base);
            }
        }

        return 
$result;
    }

    
/**
     * Converts a non-negative number to an arbitrary base using a custom alphabet.
     *
     * @param string $number   The number to convert, positive or zero, following the Calculator conventions.
     * @param string $alphabet The alphabet that contains every digit, validated as 2 chars minimum.
     * @param int    $base     The base to convert to, validated from 2 to alphabet length.
     *
     * @return string The converted number in the given alphabet.
     */
    
final public function toArbitraryBase(string $numberstring $alphabetint $base) : string
    
{
        if (
$number === '0') {
            return 
$alphabet[0];
        }

        
$base = (string) $base;
        
$result '';

        while (
$number !== '0') {
            [
$number$remainder] = $this->divQR($number$base);
            
$remainder = (int) $remainder;

            
$result .= $alphabet[$remainder];
        }

        return 
strrev($result);
    }

    
/**
     * Performs a rounded division.
     *
     * Rounding is performed when the remainder of the division is not zero.
     *
     * @param string $a            The dividend.
     * @param string $b            The divisor, must not be zero.
     * @param int    $roundingMode The rounding mode.
     *
     * @return string
     *
     * @throws InvalidArgumentException  If the rounding mode is invalid.
     * @throws RoundingNecessaryException If RoundingMode::UNNECESSARY is provided but rounding is necessary.
     *
     * @psalm-suppress ImpureFunctionCall
     */
    
final public function divRound(string $astring $bint $roundingMode) : string
    
{
        [
$quotient$remainder] = $this->divQR($a$b);

        
$hasDiscardedFraction = ($remainder !== '0');
        
$isPositiveOrZero = ($a[0] === '-') === ($b[0] === '-');

        
$discardedFractionSign = function() use ($remainder$b) : int {
            
$r $this->abs($this->mul($remainder'2'));
            
$b $this->abs($b);

            return 
$this->cmp($r$b);
        };

        
$increment false;

        switch (
$roundingMode) {
            case 
RoundingMode::UNNECESSARY:
                if (
$hasDiscardedFraction) {
                    throw 
RoundingNecessaryException::roundingNecessary();
                }
                break;

            case 
RoundingMode::UP:
                
$increment $hasDiscardedFraction;
                break;

            case 
RoundingMode::DOWN:
                break;

            case 
RoundingMode::CEILING:
                
$increment $hasDiscardedFraction && $isPositiveOrZero;
                break;

            case 
RoundingMode::FLOOR:
                
$increment $hasDiscardedFraction && ! $isPositiveOrZero;
                break;

            case 
RoundingMode::HALF_UP:
                
$increment $discardedFractionSign() >= 0;
                break;

            case 
RoundingMode::HALF_DOWN:
                
$increment $discardedFractionSign() > 0;
                break;

            case 
RoundingMode::HALF_CEILING:
                
$increment $isPositiveOrZero $discardedFractionSign() >= $discardedFractionSign() > 0;
                break;

            case 
RoundingMode::HALF_FLOOR:
                
$increment $isPositiveOrZero $discardedFractionSign() > $discardedFractionSign() >= 0;
                break;

            case 
RoundingMode::HALF_EVEN:
                
$lastDigit = (int) $quotient[-1];
                
$lastDigitIsEven = ($lastDigit === 0);
                
$increment $lastDigitIsEven $discardedFractionSign() > $discardedFractionSign() >= 0;
                break;

            default:
                throw new 
InvalidArgumentException('Invalid rounding mode.');
        }

        if (
$increment) {
            return 
$this->add($quotient$isPositiveOrZero '1' '-1');
        }

        return 
$quotient;
    }

    
/**
     * Calculates bitwise AND of two numbers.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for bitwise operations.
     *
     * @param string $a
     * @param string $b
     *
     * @return string
     */
    
public function and(string $astring $b) : string
    
{
        return 
$this->bitwise('and'$a$b);
    }

    
/**
     * Calculates bitwise OR of two numbers.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for bitwise operations.
     *
     * @param string $a
     * @param string $b
     *
     * @return string
     */
    
public function or(string $astring $b) : string
    
{
        return 
$this->bitwise('or'$a$b);
    }

    
/**
     * Calculates bitwise XOR of two numbers.
     *
     * This method can be overridden by the concrete implementation if the underlying library
     * has built-in support for bitwise operations.
     *
     * @param string $a
     * @param string $b
     *
     * @return string
     */
    
public function xor(string $astring $b) : string
    
{
        return 
$this->bitwise('xor'$a$b);
    }

    
/**
     * Performs a bitwise operation on a decimal number.
     *
     * @param 'and'|'or'|'xor' $operator The operator to use.
     * @param string           $a        The left operand.
     * @param string           $b        The right operand.
     *
     * @return string
     */
    
private function bitwise(string $operatorstring $astring $b) : string
    
{
        [
$aNeg$bNeg$aDig$bDig] = $this->init($a$b);

        
$aBin $this->toBinary($aDig);
        
$bBin $this->toBinary($bDig);

        
$aLen strlen($aBin);
        
$bLen strlen($bBin);

        if (
$aLen $bLen) {
            
$bBin str_repeat("x00"$aLen $bLen) . $bBin;
        } elseif (
$bLen $aLen) {
            
$aBin str_repeat("x00"$bLen $aLen) . $aBin;
        }

        if (
$aNeg) {
            
$aBin $this->twosComplement($aBin);
        }
        if (
$bNeg) {
            
$bBin $this->twosComplement($bBin);
        }

        switch (
$operator) {
            case 
'and':
                
$value $aBin $bBin;
                
$negative = ($aNeg and $bNeg);
                break;

            case 
'or':
                
$value $aBin $bBin;
                
$negative = ($aNeg or $bNeg);
                break;

            case 
'xor':
                
$value $aBin $bBin;
                
$negative = ($aNeg xor $bNeg);
                break;

            
// @codeCoverageIgnoreStart
            
default:
                throw new 
InvalidArgumentException('Invalid bitwise operator.');
            
// @codeCoverageIgnoreEnd
        
}

        if (
$negative) {
            
$value $this->twosComplement($value);
        }

        
$result $this->toDecimal($value);

        return 
$negative $this->neg($result) : $result;
    }

    
/**
     * @param string $number A positive, binary number.
     *
     * @return string
     */
    
private function twosComplement(string $number) : string
    
{
        
$xor str_repeat("xff"strlen($number));

        
$number ^= $xor;

        for (
$i strlen($number) - 1$i >= 0$i--) {
            
$byte ord($number[$i]);

            if (++
$byte !== 256) {
                
$number[$i] = chr($byte);
                break;
            }

            
$number[$i] = "x00";

            if (
$i === 0) {
                
$number "x01" $number;
            }
        }

        return 
$number;
    }

    
/**
     * Converts a decimal number to a binary string.
     *
     * @param string $number The number to convert, positive or zero, only digits.
     *
     * @return string
     */
    
private function toBinary(string $number) : string
    
{
        
$result '';

        while (
$number !== '0') {
            [
$number$remainder] = $this->divQR($number'256');
            
$result .= chr((int) $remainder);
        }

        return 
strrev($result);
    }

    
/**
     * Returns the positive decimal representation of a binary number.
     *
     * @param string $bytes The bytes representing the number.
     *
     * @return string
     */
    
private function toDecimal(string $bytes) : string
    
{
        
$result '0';
        
$power '1';

        for (
$i strlen($bytes) - 1$i >= 0$i--) {
            
$index ord($bytes[$i]);

            if (
$index !== 0) {
                
$result $this->add($result, ($index === 1)
                    ? 
$power
                    
$this->mul($power, (string) $index)
                );
            }

            if (
$i !== 0) {
                
$power $this->mul($power'256');
            }
        }

        return 
$result;
    }
}
Онлайн: 1
Реклама