ローリングハッシュを扱うヘッダ
(ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/rolling-hash.hpp)

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Depends on

• 型特性を扱うヘッダ (ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/traits.hpp)

Required by

• tests/awesome_external_lib/rolling_hash.notest.cpp
• 列の[l, r)が回文かどうかを判定する (ugilib/string/palindrome.hpp)

Verified with

• tests/string/palindrome.test.cpp

Code

#pragma once

/**
 * @file rolling-hash.hpp
 * @brief ローリングハッシュを扱うヘッダ
 * @note https://github.com/rainbou-kpr/libraryからのコピーです
 */

#include <string>
#include <vector>
#include <random>
#include <cassert>
#include <string_view>
#include <type_traits>

#include "traits.hpp"

namespace ugilib::rainbou_kpr {
    struct RHString;

    /**
     * @brief ローリングハッシュ
     *
     * ビット演算に寄る高速化のためハッシュはMOD = 2^61-1で計算される
     *
     * 10^8個くらいなら99%の確率で衝突する組が存在しない
     */
    class RollingHash {
        constexpr static unsigned long long MASK30 = (1ULL << 30) - 1;
        constexpr static unsigned long long MASK31 = (1ULL << 31) - 1;
        constexpr static unsigned long long MOD = (1ULL << 61) - 1;

        // a < MOD, b < MOD必須
        constexpr static unsigned long long add(unsigned long long a, unsigned long long b) {
            if((a += b) >= MOD) a -= MOD;
            return a;
        }

        // a < MOD, b < MOD必須
        constexpr static unsigned long long mul(unsigned long long a, unsigned long long b) {
            __uint128_t c = static_cast<__uint128_t>(a) * b;
            return add(static_cast<unsigned long long>(c >> 61), static_cast<unsigned long long>(c & MOD));
        }

        void expand(int n) {
            while(static_cast<int>(power.size()) <= n) power.push_back(mul(power.back(), base));
        }

    public:
        unsigned int base; //!< ハッシュの基数
        std::vector<unsigned long long> power; //!< baseの累乗

        /**
         * @brief コンストラクタ
         *
         * @param base ハッシュの基数 省略するとランダム
         */
        RollingHash(unsigned int base = 0) : base(base) {
            if(base == 0) {
                std::mt19937 mt(std::random_device{}());
                this->base = std::uniform_int_distribution<unsigned int>(129, ~0U)(mt);
            }
            power = {1};
        }

        /**
         * @brief 配列/文字列のイテレータ間のハッシュの計算(O(N))
         *
         * @tparam It イテレータ
         * @param first 配列の開始イテレータ
         * @param last 配列の終了イテレータ
         * @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各要素数分のハッシュ
         */
        template <typename It>
        std::vector<unsigned long long> build(It first, It last) {
            std::vector<unsigned long long> res;
            if constexpr (std::is_convertible_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag>) {
                res.reserve(last - first + 1);
            }
            res.push_back(0);
            for(; first != last; ++first) {
                res.push_back(add(mul(res.back(), base), *first));
            }
            return res;
        }

        /**
         * @brief 配列/文字列全体のハッシュの計算(O(N))
         *
         * @param s 配列/文字列
         * @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各文字数分のハッシュ
         */
        template <typename R>
        std::vector<unsigned long long> build(R&& s) {
            using std::begin, std::end;
            return build(begin(s), end(s));
        }

        /**
         * @brief [l,r)のハッシュの計算(O(1))
         *
         * @param hash 先頭からのハッシュ
         * @param l 区間の左端
         * @param r 区間の右端
         * @return unsigned long long [l,r)のハッシュ
         */
        unsigned long long query(const std::vector<unsigned long long>& hash, int l, int r) {
            expand(r - l);
            return add(hash[r], MOD - mul(hash[l], power[r-l]));
        }

        friend RHString;
    };

    /**
     * @brief ローリングハッシュによって管理される文字列型
     */
    struct RHString {
        RollingHash& rh;
        size_t sz;
        unsigned long long hash1;  //!< 正順
        unsigned long long hash2;  //!< 逆順
        /**
         * @brief コンストラクタ
         * 予めRollingHashをインスタンス化しておく必要がある
         */
        RHString(RollingHash& rh) : rh(rh), sz(0), hash1(0), hash2(0) {}
        RHString(RollingHash& rh, size_t sz, unsigned long long hash1, unsigned long long hash2) : rh(rh), sz(sz), hash1(hash1), hash2(hash2) {}
        RHString(const RHString& o) : rh(o.rh), sz(o.sz), hash1(o.hash1), hash2(o.hash2) {}
        /**
         * @brief vectorなどで初期化する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString(RollingHash& rh, R&& v) : rh(rh) {
            using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
            sz = std::distance(begin(v), end(v));
            hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
            hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどで初期化する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString(RollingHash& rh, T&& x) : rh(rh) {
            sz = 1;
            hash1 = x;
            hash2 = x;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)で初期化する
         */
        RHString(RollingHash& rh, std::string_view s) : rh(rh) {
            sz = std::distance(s.begin(), s.end());
            hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
            hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
        }

        /**
         * @brief 回文か否か
         */
        bool is_palindrome() const {
            return hash1 == hash2;
        }
        size_t size() const {
            return sz;
        }
        void clear() {
            sz = 0;
            hash1 = 0;
            hash2 = 0;
        }
        bool empty() const {
            return sz == 0;
        }
        RHString& operator+=(const RHString& o) {
            assert(&rh == &o.rh);
            rh.expand(sz);
            rh.expand(o.sz);
            hash1 = rh.add(rh.mul(hash1, rh.power[o.sz]), o.hash1);
            hash2 = rh.add(hash2, rh.mul(o.hash2, rh.power[sz]));
            sz += o.sz;
            return *this;
        }
        /**
         * @brief 再代入する
         * RollingHashは同じものである必要がある
         */
        void assign(const RHString& o) {
            assert(&rh == &o.rh);
            sz = o.sz;
            hash1 = o.hash1;
            hash2 = o.hash2;
        }
        /**
         * @brief vectorなどを再代入する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        void assign(R&& v) {
            using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
            sz = std::distance(begin(v), end(v));
            hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
            hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどを再代入する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        void assign(T&& x) {
            sz = 1;
            hash1 = x;
            hash2 = x;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
         */
        void assign(std::string_view s) {
            sz = std::distance(s.begin(), s.end());
            hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
            hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
        }
        /**
         * @brief 再代入する
         * RollingHashは同じものである必要がある
         */
        RHString& operator=(const RHString& o) {
            assign(o);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief vectorなどを再代入する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString& operator=(R&& v) {
            assign(v);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどを再代入する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString& operator=(T&& x) {
            assign(x);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
         */
        RHString& operator=(std::string_view s) {
            assign(s);
            return *this;
        }
        friend RHString operator+(const RHString& t1, const RHString& t2) {
            RHString ret = t1;
            ret += t2;
            return ret;
        }
        friend bool operator==(const RHString& t1, const RHString& t2) {
            assert(&t1.rh == &t2.rh);
            return t1.sz == t2.sz && t1.hash1 == t2.hash1 && t1.hash2 == t2.hash2;
        }
        friend bool operator!=(const RHString& t1, const RHString& t2) { return !(t1 == t2); }
    };
}  // namespace ugilib::rainbou_kpr

#line 2 "ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/rolling-hash.hpp"

/**
 * @file rolling-hash.hpp
 * @brief ローリングハッシュを扱うヘッダ
 * @note https://github.com/rainbou-kpr/libraryからのコピーです
 */

#include <string>
#include <vector>
#include <random>
#include <cassert>
#include <string_view>
#include <type_traits>

#line 2 "ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/traits.hpp"

/**
 * @file traits.hpp
 * @brief 型特性を扱うヘッダ
 * @note https://github.com/rainbou-kpr/libraryからのコピーです
 */

#include <iterator>
#line 11 "ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/traits.hpp"
#include <utility>

namespace ugilib::rainbou_kpr {
    namespace detail {
    using std::begin, std::end;

    template <class T, class = void>
    struct is_range_impl : std::false_type {};
    template <class T>
    struct is_range_impl<T, std::void_t<decltype(begin(std::declval<T&>()), end(std::declval<T&>()))>> : std::true_type {};
    }  // namespace detail

    template <class T>
    struct is_range : detail::is_range_impl<T>::type {};
    template <class T>
    inline constexpr bool is_range_v = is_range<T>::value;
}  // namespace ugilib::rainbou_kpr
#line 17 "ugilib/awesome_external_lib/rainbou-kpr/rolling-hash.hpp"

namespace ugilib::rainbou_kpr {
    struct RHString;

    /**
     * @brief ローリングハッシュ
     *
     * ビット演算に寄る高速化のためハッシュはMOD = 2^61-1で計算される
     *
     * 10^8個くらいなら99%の確率で衝突する組が存在しない
     */
    class RollingHash {
        constexpr static unsigned long long MASK30 = (1ULL << 30) - 1;
        constexpr static unsigned long long MASK31 = (1ULL << 31) - 1;
        constexpr static unsigned long long MOD = (1ULL << 61) - 1;

        // a < MOD, b < MOD必須
        constexpr static unsigned long long add(unsigned long long a, unsigned long long b) {
            if((a += b) >= MOD) a -= MOD;
            return a;
        }

        // a < MOD, b < MOD必須
        constexpr static unsigned long long mul(unsigned long long a, unsigned long long b) {
            __uint128_t c = static_cast<__uint128_t>(a) * b;
            return add(static_cast<unsigned long long>(c >> 61), static_cast<unsigned long long>(c & MOD));
        }

        void expand(int n) {
            while(static_cast<int>(power.size()) <= n) power.push_back(mul(power.back(), base));
        }

    public:
        unsigned int base; //!< ハッシュの基数
        std::vector<unsigned long long> power; //!< baseの累乗

        /**
         * @brief コンストラクタ
         *
         * @param base ハッシュの基数 省略するとランダム
         */
        RollingHash(unsigned int base = 0) : base(base) {
            if(base == 0) {
                std::mt19937 mt(std::random_device{}());
                this->base = std::uniform_int_distribution<unsigned int>(129, ~0U)(mt);
            }
            power = {1};
        }

        /**
         * @brief 配列/文字列のイテレータ間のハッシュの計算(O(N))
         *
         * @tparam It イテレータ
         * @param first 配列の開始イテレータ
         * @param last 配列の終了イテレータ
         * @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各要素数分のハッシュ
         */
        template <typename It>
        std::vector<unsigned long long> build(It first, It last) {
            std::vector<unsigned long long> res;
            if constexpr (std::is_convertible_v<typename std::iterator_traits<It>::iterator_category, std::random_access_iterator_tag>) {
                res.reserve(last - first + 1);
            }
            res.push_back(0);
            for(; first != last; ++first) {
                res.push_back(add(mul(res.back(), base), *first));
            }
            return res;
        }

        /**
         * @brief 配列/文字列全体のハッシュの計算(O(N))
         *
         * @param s 配列/文字列
         * @return std::vector<unsigned long long> 先頭から各文字数分のハッシュ
         */
        template <typename R>
        std::vector<unsigned long long> build(R&& s) {
            using std::begin, std::end;
            return build(begin(s), end(s));
        }

        /**
         * @brief [l,r)のハッシュの計算(O(1))
         *
         * @param hash 先頭からのハッシュ
         * @param l 区間の左端
         * @param r 区間の右端
         * @return unsigned long long [l,r)のハッシュ
         */
        unsigned long long query(const std::vector<unsigned long long>& hash, int l, int r) {
            expand(r - l);
            return add(hash[r], MOD - mul(hash[l], power[r-l]));
        }

        friend RHString;
    };

    /**
     * @brief ローリングハッシュによって管理される文字列型
     */
    struct RHString {
        RollingHash& rh;
        size_t sz;
        unsigned long long hash1;  //!< 正順
        unsigned long long hash2;  //!< 逆順
        /**
         * @brief コンストラクタ
         * 予めRollingHashをインスタンス化しておく必要がある
         */
        RHString(RollingHash& rh) : rh(rh), sz(0), hash1(0), hash2(0) {}
        RHString(RollingHash& rh, size_t sz, unsigned long long hash1, unsigned long long hash2) : rh(rh), sz(sz), hash1(hash1), hash2(hash2) {}
        RHString(const RHString& o) : rh(o.rh), sz(o.sz), hash1(o.hash1), hash2(o.hash2) {}
        /**
         * @brief vectorなどで初期化する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString(RollingHash& rh, R&& v) : rh(rh) {
            using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
            sz = std::distance(begin(v), end(v));
            hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
            hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどで初期化する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString(RollingHash& rh, T&& x) : rh(rh) {
            sz = 1;
            hash1 = x;
            hash2 = x;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)で初期化する
         */
        RHString(RollingHash& rh, std::string_view s) : rh(rh) {
            sz = std::distance(s.begin(), s.end());
            hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
            hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
        }

        /**
         * @brief 回文か否か
         */
        bool is_palindrome() const {
            return hash1 == hash2;
        }
        size_t size() const {
            return sz;
        }
        void clear() {
            sz = 0;
            hash1 = 0;
            hash2 = 0;
        }
        bool empty() const {
            return sz == 0;
        }
        RHString& operator+=(const RHString& o) {
            assert(&rh == &o.rh);
            rh.expand(sz);
            rh.expand(o.sz);
            hash1 = rh.add(rh.mul(hash1, rh.power[o.sz]), o.hash1);
            hash2 = rh.add(hash2, rh.mul(o.hash2, rh.power[sz]));
            sz += o.sz;
            return *this;
        }
        /**
         * @brief 再代入する
         * RollingHashは同じものである必要がある
         */
        void assign(const RHString& o) {
            assert(&rh == &o.rh);
            sz = o.sz;
            hash1 = o.hash1;
            hash2 = o.hash2;
        }
        /**
         * @brief vectorなどを再代入する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        void assign(R&& v) {
            using std::begin, std::end, std::rbegin, std::rend;
            sz = std::distance(begin(v), end(v));
            hash1 = rh.build(begin(v), end(v)).back();
            hash2 = rh.build(rbegin(v), rend(v)).back();
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどを再代入する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        void assign(T&& x) {
            sz = 1;
            hash1 = x;
            hash2 = x;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
         */
        void assign(std::string_view s) {
            sz = std::distance(s.begin(), s.end());
            hash1 = rh.build(s.begin(), s.end()).back();
            hash2 = rh.build(s.rbegin(), s.rend()).back();
        }
        /**
         * @brief 再代入する
         * RollingHashは同じものである必要がある
         */
        RHString& operator=(const RHString& o) {
            assign(o);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief vectorなどを再代入する
         */
        template <class R, std::enable_if_t<is_range_v<R> && !std::is_convertible_v<R, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString& operator=(R&& v) {
            assign(v);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief charやunsigned long longなどを再代入する
         */
        template <class T, std::enable_if_t<std::is_convertible_v<T, unsigned long long> && !std::is_convertible_v<T, std::string_view>, std::nullptr_t> = nullptr>
        RHString& operator=(T&& x) {
            assign(x);
            return *this;
        }
        /**
         * @brief 文字列(string, const char*, string_view)を再代入する
         */
        RHString& operator=(std::string_view s) {
            assign(s);
            return *this;
        }
        friend RHString operator+(const RHString& t1, const RHString& t2) {
            RHString ret = t1;
            ret += t2;
            return ret;
        }
        friend bool operator==(const RHString& t1, const RHString& t2) {
            assert(&t1.rh == &t2.rh);
            return t1.sz == t2.sz && t1.hash1 == t2.hash1 && t1.hash2 == t2.hash2;
        }
        friend bool operator!=(const RHString& t1, const RHString& t2) { return !(t1 == t2); }
    };
}  // namespace ugilib::rainbou_kpr

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