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       1                 :            : // Copyright (c) 2022 The Bitcoin Core developers
       2                 :            : // Distributed under the MIT software license, see the accompanying
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       4                 :            : 
       5                 :            : #ifndef BITCOIN_TEST_UTIL_XOROSHIRO128PLUSPLUS_H
       6                 :            : #define BITCOIN_TEST_UTIL_XOROSHIRO128PLUSPLUS_H
       7                 :            : 
       8                 :            : #include <cstdint>
       9                 :            : #include <limits>
      10                 :            : 
      11                 :            : /** xoroshiro128++ PRNG. Extremely fast, not appropriate for cryptographic purposes.
      12                 :            :  *
      13                 :            :  * Memory footprint is 128bit, period is 2^128 - 1.
      14                 :            :  * This class is not thread-safe.
      15                 :            :  *
      16                 :            :  * Reference implementation available at https://prng.di.unimi.it/xoroshiro128plusplus.c
      17                 :            :  * See https://prng.di.unimi.it/
      18                 :            :  */
      19                 :            : class XoRoShiRo128PlusPlus
      20                 :            : {
      21                 :            :     uint64_t m_s0;
      22                 :            :     uint64_t m_s1;
      23                 :            : 
      24                 : 1418236977 :     [[nodiscard]] constexpr static uint64_t rotl(uint64_t x, int n)
      25                 :            :     {
      26                 : 1418236977 :         return (x << n) | (x >> (64 - n));
      27                 :            :     }
      28                 :            : 
      29                 :    1120346 :     [[nodiscard]] constexpr static uint64_t SplitMix64(uint64_t& seedval) noexcept
      30                 :            :     {
      31                 :    1120346 :         uint64_t z = (seedval += UINT64_C(0x9e3779b97f4a7c15));
      32                 :    1120346 :         z = (z ^ (z >> 30U)) * UINT64_C(0xbf58476d1ce4e5b9);
      33                 :    1120346 :         z = (z ^ (z >> 27U)) * UINT64_C(0x94d049bb133111eb);
      34                 :    1120346 :         return z ^ (z >> 31U);
      35                 :            :     }
      36                 :            : 
      37                 :            : public:
      38                 :            :     using result_type = uint64_t;
      39                 :            : 
      40                 :     560173 :     constexpr explicit XoRoShiRo128PlusPlus(uint64_t seedval) noexcept
      41                 :     560173 :         : m_s0(SplitMix64(seedval)), m_s1(SplitMix64(seedval))
      42                 :            :     {
      43                 :     560173 :     }
      44                 :            : 
      45                 :            :     // no copy - that is dangerous, we don't want accidentally copy the RNG and then have two streams
      46                 :            :     // with exactly the same results. If you need a copy, call copy().
      47                 :            :     XoRoShiRo128PlusPlus(const XoRoShiRo128PlusPlus&) = delete;
      48                 :            :     XoRoShiRo128PlusPlus& operator=(const XoRoShiRo128PlusPlus&) = delete;
      49                 :            : 
      50                 :            :     // allow moves
      51                 :            :     XoRoShiRo128PlusPlus(XoRoShiRo128PlusPlus&&) = default;
      52                 :            :     XoRoShiRo128PlusPlus& operator=(XoRoShiRo128PlusPlus&&) = default;
      53                 :            : 
      54                 :            :     ~XoRoShiRo128PlusPlus() = default;
      55                 :            : 
      56                 :  472745659 :     constexpr result_type operator()() noexcept
      57                 :            :     {
      58                 :  472745659 :         uint64_t s0 = m_s0, s1 = m_s1;
      59         [ +  - ]:  472745659 :         const uint64_t result = rotl(s0 + s1, 17) + s0;
      60                 :  472745659 :         s1 ^= s0;
      61         [ +  - ]:  472745659 :         m_s0 = rotl(s0, 49) ^ s1 ^ (s1 << 21);
      62         [ +  - ]:  472745659 :         m_s1 = rotl(s1, 28);
      63                 :  472745659 :         return result;
      64                 :            :     }
      65                 :            : 
      66                 :            :     static constexpr result_type min() noexcept { return std::numeric_limits<result_type>::min(); }
      67                 :            :     static constexpr result_type max() noexcept { return std::numeric_limits<result_type>::max(); }
      68                 :            :     static constexpr double entropy() noexcept { return 0.0; }
      69                 :            : };
      70                 :            : 
      71                 :            : #endif // BITCOIN_TEST_UTIL_XOROSHIRO128PLUSPLUS_H