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239
src/ast/rewriter/quant_hoist.cpp
Normal file
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@ -0,0 +1,239 @@
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/*++
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Copyright (c) 2010 Microsoft Corporation
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Module Name:
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quant_hoist.cpp
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Abstract:
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Quantifier hoisting utility.
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Author:
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Nikolaj Bjorner (nbjorner) 2010-02-19
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Revision History:
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Hoisted from quant_elim.
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--*/
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#include "quant_hoist.h"
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#include "expr_functors.h"
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||||
#include "ast_smt_pp.h"
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||||
#include "bool_rewriter.h"
|
||||
#include "var_subst.h"
|
||||
#include "ast_pp.h"
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//
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// Bring quantifiers of common type into prenex form.
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||||
//
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||||
class quantifier_hoister::impl {
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||||
ast_manager& m;
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||||
bool_rewriter m_rewriter;
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||||
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||||
public:
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||||
impl(ast_manager& m) :
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||||
m(m),
|
||||
m_rewriter(m)
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||||
{}
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||||
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||||
void operator()(expr* fml, app_ref_vector& vars, bool& is_fa, expr_ref& result) {
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||||
quantifier_type qt = Q_none_pos;
|
||||
pull_quantifiers(fml, qt, vars, result);
|
||||
TRACE("qe_verbose",
|
||||
tout << mk_pp(fml, m) << "\n";
|
||||
tout << mk_pp(result, m) << "\n";);
|
||||
SASSERT(is_positive(qt));
|
||||
is_fa = (Q_forall_pos == qt);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void pull_exists(expr* fml, app_ref_vector& vars, expr_ref& result) {
|
||||
quantifier_type qt = Q_exists_pos;
|
||||
pull_quantifiers(fml, qt, vars, result);
|
||||
TRACE("qe_verbose",
|
||||
tout << mk_pp(fml, m) << "\n";
|
||||
tout << mk_pp(result, m) << "\n";);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void pull_quantifier(bool is_forall, expr_ref& fml, app_ref_vector& vars) {
|
||||
quantifier_type qt = is_forall?Q_forall_pos:Q_exists_pos;
|
||||
expr_ref result(m);
|
||||
pull_quantifiers(fml, qt, vars, result);
|
||||
TRACE("qe_verbose",
|
||||
tout << mk_pp(fml, m) << "\n";
|
||||
tout << mk_pp(result, m) << "\n";);
|
||||
fml = result;
|
||||
}
|
||||
|
||||
void extract_quantifier(quantifier* q, app_ref_vector& vars, expr_ref& result) {
|
||||
unsigned nd = q->get_num_decls();
|
||||
for (unsigned i = 0; i < nd; ++i) {
|
||||
sort* s = q->get_decl_sort(i);
|
||||
app* a = m.mk_fresh_const("x", s);
|
||||
vars.push_back(a);
|
||||
}
|
||||
expr * const * exprs = (expr* const*) (vars.c_ptr() + vars.size()- nd);
|
||||
instantiate(m, q, exprs, result);
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
private:
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||||
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||||
enum quantifier_type {
|
||||
Q_forall_pos = 0x10,
|
||||
Q_exists_pos = 0x20,
|
||||
Q_none_pos = 0x40,
|
||||
Q_forall_neg = 0x11,
|
||||
Q_exists_neg = 0x21,
|
||||
Q_none_neg = 0x41
|
||||
};
|
||||
|
||||
void display(quantifier_type qt, std::ostream& out) {
|
||||
switch(qt) {
|
||||
case Q_forall_pos: out << "Forall+"; break;
|
||||
case Q_exists_pos: out << "Exists+"; break;
|
||||
case Q_none_pos: out << "None+"; break;
|
||||
case Q_forall_neg: out << "Forall-"; break;
|
||||
case Q_exists_neg: out << "Exists-"; break;
|
||||
case Q_none_neg: out << "None-"; break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
quantifier_type& negate(quantifier_type& qt) {
|
||||
TRACE("qe", display(qt, tout); tout << "\n";);
|
||||
qt = static_cast<quantifier_type>(qt ^0x1);
|
||||
TRACE("qe", display(qt, tout); tout << "\n";);
|
||||
return qt;
|
||||
}
|
||||
|
||||
static bool is_negative(quantifier_type qt) {
|
||||
return 0 != (qt & 0x1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static bool is_positive(quantifier_type qt) {
|
||||
return 0 == (qt & 0x1);
|
||||
}
|
||||
|
||||
static void set_quantifier_type(quantifier_type& qt, bool is_forall) {
|
||||
switch(qt) {
|
||||
case Q_forall_pos: SASSERT(is_forall); break;
|
||||
case Q_forall_neg: SASSERT(!is_forall); break;
|
||||
case Q_exists_pos: SASSERT(!is_forall); break;
|
||||
case Q_exists_neg: SASSERT(is_forall); break;
|
||||
case Q_none_pos: qt = is_forall?Q_forall_pos:Q_exists_pos; break;
|
||||
case Q_none_neg: qt = is_forall?Q_exists_neg:Q_forall_neg; break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
|
||||
bool is_compatible(quantifier_type qt, bool is_forall) {
|
||||
switch(qt) {
|
||||
case Q_forall_pos: return is_forall;
|
||||
case Q_forall_neg: return !is_forall;
|
||||
case Q_exists_pos: return !is_forall;
|
||||
case Q_exists_neg: return is_forall;
|
||||
case Q_none_pos: return true;
|
||||
case Q_none_neg: return true;
|
||||
default:
|
||||
UNREACHABLE();
|
||||
}
|
||||
return false;
|
||||
}
|
||||
|
||||
|
||||
void pull_quantifiers(expr* fml, quantifier_type& qt, app_ref_vector& vars, expr_ref& result) {
|
||||
|
||||
if (!has_quantifiers(fml)) {
|
||||
result = fml;
|
||||
return;
|
||||
}
|
||||
|
||||
switch(fml->get_kind()) {
|
||||
case AST_APP: {
|
||||
expr_ref_vector args(m);
|
||||
expr_ref tmp(m);
|
||||
unsigned num_args = 0;
|
||||
app* a = to_app(fml);
|
||||
if (m.is_and(fml)) {
|
||||
num_args = a->get_num_args();
|
||||
for (unsigned i = 0; i < num_args; ++i) {
|
||||
pull_quantifiers(a->get_arg(i), qt, vars, tmp);
|
||||
args.push_back(tmp);
|
||||
}
|
||||
m_rewriter.mk_and(args.size(), args.c_ptr(), result);
|
||||
}
|
||||
else if (m.is_or(fml)) {
|
||||
num_args = to_app(fml)->get_num_args();
|
||||
for (unsigned i = 0; i < num_args; ++i) {
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(i), qt, vars, tmp);
|
||||
args.push_back(tmp);
|
||||
}
|
||||
m_rewriter.mk_or(args.size(), args.c_ptr(), result);
|
||||
}
|
||||
else if (m.is_not(fml)) {
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(0), negate(qt), vars, tmp);
|
||||
negate(qt);
|
||||
result = m.mk_not(tmp);
|
||||
}
|
||||
else if (m.is_implies(fml)) {
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(0), negate(qt), vars, tmp);
|
||||
negate(qt);
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(1), qt, vars, result);
|
||||
result = m.mk_implies(tmp, result);
|
||||
}
|
||||
else if (m.is_ite(fml)) {
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(1), qt, vars, tmp);
|
||||
pull_quantifiers(to_app(fml)->get_arg(2), qt, vars, result);
|
||||
result = m.mk_ite(to_app(fml)->get_arg(0), tmp, result);
|
||||
}
|
||||
else {
|
||||
// the formula contains a quantifier, but it is "inaccessible"
|
||||
result = fml;
|
||||
}
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case AST_QUANTIFIER: {
|
||||
quantifier* q = to_quantifier(fml);
|
||||
expr_ref tmp(m);
|
||||
if (!is_compatible(qt, q->is_forall())) {
|
||||
result = fml;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
set_quantifier_type(qt, q->is_forall());
|
||||
extract_quantifier(q, vars, tmp);
|
||||
pull_quantifiers(tmp, qt, vars, result);
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
case AST_VAR:
|
||||
result = fml;
|
||||
break;
|
||||
default:
|
||||
UNREACHABLE();
|
||||
result = fml;
|
||||
break;
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
};
|
||||
|
||||
quantifier_hoister::quantifier_hoister(ast_manager& m) {
|
||||
m_impl = alloc(impl, m);
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}
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quantifier_hoister::~quantifier_hoister() {
|
||||
dealloc(m_impl);
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||||
}
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||||
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||||
void quantifier_hoister::operator()(expr* fml, app_ref_vector& vars, bool& is_fa, expr_ref& result) {
|
||||
(*m_impl)(fml, vars, is_fa, result);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void quantifier_hoister::pull_exists(expr* fml, app_ref_vector& vars, expr_ref& result) {
|
||||
m_impl->pull_exists(fml, vars, result);
|
||||
}
|
||||
|
||||
void quantifier_hoister::pull_quantifier(bool is_forall, expr_ref& fml, app_ref_vector& vars) {
|
||||
m_impl->pull_quantifier(is_forall, fml, vars);
|
||||
}
|
||||
|
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