How to convert integer arithmetic operations to boolean operations using bit-blasting? [closed]

For example, I have a simple function:

int4_t add(int4_t a, int4_t b) {
    return a + b;
}

I need to eliminate integer arithmetic operations and use boolean operations instead (A.K.A., bit-blasting).

int4_t add(int4_t a, int4_t b) {
    // Extract individual bits of a and b
    bool a0 = a & 1;
    bool a1 = (a >> 1) & 1;
    bool a2 = (a >> 2) & 1;
    bool a3 = (a >> 3) & 1;

    bool b0 = b & 1;
    bool b1 = (b >> 1) & 1;
    bool b2 = (b >> 2) & 1;
    bool b3 = (b >> 3) & 1;

    // Compute sum and carry for each bit using full adder logic
    bool s0 = a0 ^ b0;
    bool c1 = a0 & b0;

    bool s1 = a1 ^ b1 ^ c1;
    bool c2 = (a1 & b1) | (a1 & c1) | (b1 & c1);

    bool s2 = a2 ^ b2 ^ c2;
    bool c3 = (a2 & b2) | (a2 & c2) | (b2 & c2);

    bool s3 = a3 ^ b3 ^ c3;
    bool c4 = (a3 & b3) | (a3 & c3) | (b3 & c3);

    // Reassemble the result
    int4_t result = (s0) | (s1 << 1) | (s2 << 2) | (s3 << 3);

    return result;
}

A possible way I can think is to implement “soft circuits” in C/C++, including full-adders for addition ops and multipliers for multiplication ops.

However I want to utilize existing tools, like Z3:

from z3 import *

x1 = BitVec('x1', 4)
x2 = BitVec('x2', 4)
out = BitVec('out', 4)

g = Goal()

bitmap = {}
for i in range(4):
    mask = BitVecSort(4).cast(math.pow(2,i))

    bitmap[(x1,i)] = Bool('x1#'+str(i))
    g.add(bitmap[(x1,i)] == ((x1 & mask) == mask))

    bitmap[(x2,i)] = Bool('x2#'+str(i))
    g.add(bitmap[(x2,i)] == ((x2 & mask) == mask))

    bitmap[(out,i)] = Bool('out#'+str(i))
    g.add(bitmap[(out,i)] == ((out & mask) == mask))

g.add(x1 + x2 == out)

simplify = Then('simplify','bit-blast','simplify')
final = simplify(g)

print(final.sexpr())

This will give simplified bit-blasted constriants, where I can recover a new program:

(goals
(goal
  (= k!0 |x1#0|)
  (= k!4 |x2#0|)
  (= k!8 |out#0|)
  (= k!1 |x1#1|)
  (= k!5 |x2#1|)
  (= k!9 |out#1|)
  (= k!2 |x1#2|)
  (= k!6 |x2#2|)
  (= k!10 |out#2|)
  (= k!3 |x1#3|)
  (= k!7 |x2#3|)
  (= k!11 |out#3|)
  (let ((a!1 (= k!1 (= k!5 (or (not k!0) (not k!4))))))
    (not (= a!1 k!9)))
  (let ((a!1 (or (not (or (not k!1) (not k!5)))
                 (not (or (not k!4) (not k!1) (not k!0)))
                 (not (or (not k!4) (not k!5) (not k!0))))))
    (= (= k!2 (= k!6 a!1)) k!10))
  (let ((a!1 (or (not (or (not k!1) (not k!5)))
                 (not (or (not k!4) (not k!1) (not k!0)))
                 (not (or (not k!4) (not k!5) (not k!0))))))
  (let ((a!2 (or (not (or (not k!2) (not k!6)))
                 (not (or (not k!2) (not a!1)))
                 (not (or (not k!6) (not a!1))))))
    (= (= k!3 (= k!7 a!2)) k!11)))
  (not (= (= k!0 k!4) k!8)))
)

But this is kind of dirty, right? Since we need to generate a C/C++ program from the output of the Z3 solver. Which is trivial.

So I am wondering what is the better way to do this.

Edit:

I must convert them into boolean variables, so I cannot use something like bitset. The process to extract each bit in an integer may be improved, and the int4_t type may not exist, but this are not closely related to the core problem 🙂
My question is mainly about “how to do bit-blasting correctly”.

6

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật