Makefile: Suppress `-Wimplicit-fallthrough` when compiling `lex.yy`
[fio.git] / lib / rand.h
1 #ifndef FIO_RAND_H
2 #define FIO_RAND_H
3
4 #include <inttypes.h>
5 #include <assert.h>
6 #include "types.h"
7
8 #define FRAND32_MAX     (-1U)
9 #define FRAND32_MAX_PLUS_ONE    (1.0 * (1ULL << 32))
10 #define FRAND64_MAX     (-1ULL)
11 #define FRAND64_MAX_PLUS_ONE    (1.0 * (1ULL << 32) * (1ULL << 32))
12
13 struct taus88_state {
14         unsigned int s1, s2, s3;
15 };
16
17 struct taus258_state {
18         uint64_t s1, s2, s3, s4, s5;
19 };
20
21 struct frand_state {
22         unsigned int use64;
23         union {
24                 struct taus88_state state32;
25                 struct taus258_state state64;
26         };
27 };
28
29 static inline uint64_t rand_max(struct frand_state *state)
30 {
31         if (state->use64)
32                 return FRAND64_MAX;
33         else
34                 return FRAND32_MAX;
35 }
36
37 static inline void __frand32_copy(struct taus88_state *dst,
38                                   struct taus88_state *src)
39 {
40         dst->s1 = src->s1;
41         dst->s2 = src->s2;
42         dst->s3 = src->s3;
43 }
44
45 static inline void __frand64_copy(struct taus258_state *dst,
46                                   struct taus258_state *src)
47 {
48         dst->s1 = src->s1;
49         dst->s2 = src->s2;
50         dst->s3 = src->s3;
51         dst->s4 = src->s4;
52         dst->s5 = src->s5;
53 }
54
55 static inline void frand_copy(struct frand_state *dst, struct frand_state *src)
56 {
57         if (src->use64)
58                 __frand64_copy(&dst->state64, &src->state64);
59         else
60                 __frand32_copy(&dst->state32, &src->state32);
61
62         dst->use64 = src->use64;
63 }
64
65 static inline unsigned int __rand32(struct taus88_state *state)
66 {
67 #define TAUSWORTHE(s,a,b,c,d) ((s&c)<<d) ^ (((s <<a) ^ s)>>b)
68
69         state->s1 = TAUSWORTHE(state->s1, 13, 19, 4294967294UL, 12);
70         state->s2 = TAUSWORTHE(state->s2, 2, 25, 4294967288UL, 4);
71         state->s3 = TAUSWORTHE(state->s3, 3, 11, 4294967280UL, 17);
72
73         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3);
74 }
75
76 static inline uint64_t __rand64(struct taus258_state *state)
77 {
78         uint64_t xval;
79
80         xval = ((state->s1 <<  1) ^ state->s1) >> 53;
81         state->s1 = ((state->s1 & 18446744073709551614ULL) << 10) ^ xval;
82
83         xval = ((state->s2 << 24) ^ state->s2) >> 50;
84         state->s2 = ((state->s2 & 18446744073709551104ULL) <<  5) ^ xval;
85
86         xval = ((state->s3 <<  3) ^ state->s3) >> 23;
87         state->s3 = ((state->s3 & 18446744073709547520ULL) << 29) ^ xval;
88
89         xval = ((state->s4 <<  5) ^ state->s4) >> 24;
90         state->s4 = ((state->s4 & 18446744073709420544ULL) << 23) ^ xval;
91
92         xval = ((state->s5 <<  3) ^ state->s5) >> 33;
93         state->s5 = ((state->s5 & 18446744073701163008ULL) <<  8) ^ xval;
94
95         return (state->s1 ^ state->s2 ^ state->s3 ^ state->s4 ^ state->s5);
96 }
97
98 static inline uint64_t __rand(struct frand_state *state)
99 {
100         if (state->use64)
101                 return __rand64(&state->state64);
102         else
103                 return __rand32(&state->state32);
104 }
105
106 static inline double __rand_0_1(struct frand_state *state)
107 {
108         if (state->use64) {
109                 uint64_t val = __rand64(&state->state64);
110
111                 return (val + 1.0) / FRAND64_MAX_PLUS_ONE;
112         } else {
113                 uint32_t val = __rand32(&state->state32);
114
115                 return (val + 1.0) / FRAND32_MAX_PLUS_ONE;
116         }
117 }
118
119 static inline uint32_t rand32_upto(struct frand_state *state, uint32_t end)
120 {
121         uint32_t r;
122
123         assert(!state->use64);
124
125         r = __rand32(&state->state32);
126         end++;
127         return (int) ((double)end * (r / FRAND32_MAX_PLUS_ONE));
128 }
129
130 static inline uint64_t rand64_upto(struct frand_state *state, uint64_t end)
131 {
132         uint64_t r;
133
134         assert(state->use64);
135
136         r = __rand64(&state->state64);
137         end++;
138         return (uint64_t) ((double)end * (r / FRAND64_MAX_PLUS_ONE));
139 }
140
141 /*
142  * Generate a random value between 'start' and 'end', both inclusive
143  */
144 static inline uint64_t rand_between(struct frand_state *state, uint64_t start,
145                                     uint64_t end)
146 {
147         if (state->use64)
148                 return start + rand64_upto(state, end - start);
149         else
150                 return start + rand32_upto(state, end - start);
151 }
152
153 static inline uint64_t __get_next_seed(struct frand_state *fs)
154 {
155         uint64_t r = __rand(fs);
156
157         if (sizeof(int) != sizeof(long *))
158                 r *= (unsigned long) __rand(fs);
159
160         return r;
161 }
162
163 extern void init_rand(struct frand_state *, bool);
164 extern void init_rand_seed(struct frand_state *, uint64_t seed, bool);
165 void __init_rand64(struct taus258_state *state, uint64_t seed);
166 extern void __fill_random_buf(void *buf, unsigned int len, uint64_t seed);
167 extern uint64_t fill_random_buf(struct frand_state *, void *buf, unsigned int len);
168 extern void __fill_random_buf_percentage(uint64_t, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
169 extern uint64_t fill_random_buf_percentage(struct frand_state *, void *, unsigned int, unsigned int, unsigned int, char *, unsigned int);
170
171 #endif