]> www.ginac.de Git - ginac.git/blob - ginac/numeric.cpp
149f049c2723bbded17d6299ff2a5ecb9d4e4185
[ginac.git] / ginac / numeric.cpp
1 /** @file numeric.cpp
2  *
3  *  This file contains the interface to the underlying bignum package.
4  *  Its most important design principle is to completely hide the inner
5  *  working of that other package from the user of GiNaC.  It must either 
6  *  provide implementation of arithmetic operators and numerical evaluation
7  *  of special functions or implement the interface to the bignum package. */
8
9 /*
10  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2000 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
11  *
12  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
13  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
14  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
15  *  (at your option) any later version.
16  *
17  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
18  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
19  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
20  *  GNU General Public License for more details.
21  *
22  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
23  *  along with this program; if not, write to the Free Software
24  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
25  */
26
27 #include "config.h"
28
29 #include <vector>
30 #include <stdexcept>
31 #include <string>
32
33 #if defined(HAVE_SSTREAM)
34 #include <sstream>
35 #elif defined(HAVE_STRSTREAM)
36 #include <strstream>
37 #else
38 #error Need either sstream or strstream
39 #endif
40
41 #include "numeric.h"
42 #include "ex.h"
43 #include "archive.h"
44 #include "debugmsg.h"
45 #include "utils.h"
46
47 // CLN should not pollute the global namespace, hence we include it here
48 // instead of in some header file where it would propagate to other parts.
49 // Also, we only need a subset of CLN, so we don't include the complete cln.h:
50 #ifdef HAVE_CLN_CLN_H
51 #include <cln/cl_integer_io.h>
52 #include <cln/cl_integer_ring.h>
53 #include <cln/cl_rational_io.h>
54 #include <cln/cl_rational_ring.h>
55 #include <cln/cl_lfloat_class.h>
56 #include <cln/cl_lfloat_io.h>
57 #include <cln/cl_real_io.h>
58 #include <cln/cl_real_ring.h>
59 #include <cln/cl_complex_io.h>
60 #include <cln/cl_complex_ring.h>
61 #include <cln/cl_numtheory.h>
62 #else  // def HAVE_CLN_CLN_H
63 #include <cl_integer_io.h>
64 #include <cl_integer_ring.h>
65 #include <cl_rational_io.h>
66 #include <cl_rational_ring.h>
67 #include <cl_lfloat_class.h>
68 #include <cl_lfloat_io.h>
69 #include <cl_real_io.h>
70 #include <cl_real_ring.h>
71 #include <cl_complex_io.h>
72 #include <cl_complex_ring.h>
73 #include <cl_numtheory.h>
74 #endif  // def HAVE_CLN_CLN_H
75
76 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
77 namespace GiNaC {
78 #endif  // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
79
80 // linker has no problems finding text symbols for numerator or denominator
81 //#define SANE_LINKER
82
83 GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS(numeric, basic)
84
85 //////////
86 // default constructor, destructor, copy constructor assignment
87 // operator and helpers
88 //////////
89
90 // public
91
92 /** default ctor. Numerically it initializes to an integer zero. */
93 numeric::numeric() : basic(TINFO_numeric)
94 {
95     debugmsg("numeric default constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
96     value = new cl_N;
97     *value=cl_I(0);
98     calchash();
99     setflag(status_flags::evaluated|
100             status_flags::hash_calculated);
101 }
102
103 numeric::~numeric()
104 {
105     debugmsg("numeric destructor" ,LOGLEVEL_DESTRUCT);
106     destroy(0);
107 }
108
109 numeric::numeric(const numeric & other)
110 {
111     debugmsg("numeric copy constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
112     copy(other);
113 }
114
115 const numeric & numeric::operator=(const numeric & other)
116 {
117     debugmsg("numeric operator=", LOGLEVEL_ASSIGNMENT);
118     if (this != &other) {
119         destroy(1);
120         copy(other);
121     }
122     return *this;
123 }
124
125 // protected
126
127 void numeric::copy(const numeric & other)
128 {
129     basic::copy(other);
130     value = new cl_N(*other.value);
131 }
132
133 void numeric::destroy(bool call_parent)
134 {
135     delete value;
136     if (call_parent) basic::destroy(call_parent);
137 }
138
139 //////////
140 // other constructors
141 //////////
142
143 // public
144
145 numeric::numeric(int i) : basic(TINFO_numeric)
146 {
147     debugmsg("numeric constructor from int",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
148     // Not the whole int-range is available if we don't cast to long
149     // first. This is due to the behaviour of the cl_I-ctor, which
150     // emphasizes efficiency:
151     value = new cl_I((long) i);
152     calchash();
153     setflag(status_flags::evaluated|
154             status_flags::hash_calculated);
155 }
156
157
158 numeric::numeric(unsigned int i) : basic(TINFO_numeric)
159 {
160     debugmsg("numeric constructor from uint",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
161     // Not the whole uint-range is available if we don't cast to ulong
162     // first. This is due to the behaviour of the cl_I-ctor, which
163     // emphasizes efficiency:
164     value = new cl_I((unsigned long)i);
165     calchash();
166     setflag(status_flags::evaluated|
167             status_flags::hash_calculated);
168 }
169
170
171 numeric::numeric(long i) : basic(TINFO_numeric)
172 {
173     debugmsg("numeric constructor from long",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
174     value = new cl_I(i);
175     calchash();
176     setflag(status_flags::evaluated|
177             status_flags::hash_calculated);
178 }
179
180
181 numeric::numeric(unsigned long i) : basic(TINFO_numeric)
182 {
183     debugmsg("numeric constructor from ulong",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
184     value = new cl_I(i);
185     calchash();
186     setflag(status_flags::evaluated|
187             status_flags::hash_calculated);
188 }
189
190 /** Ctor for rational numerics a/b.
191  *
192  *  @exception overflow_error (division by zero) */
193 numeric::numeric(long numer, long denom) : basic(TINFO_numeric)
194 {
195     debugmsg("numeric constructor from long/long",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
196     if (!denom)
197         throw (std::overflow_error("division by zero"));
198     value = new cl_I(numer);
199     *value = *value / cl_I(denom);
200     calchash();
201     setflag(status_flags::evaluated|
202             status_flags::hash_calculated);
203 }
204
205
206 numeric::numeric(double d) : basic(TINFO_numeric)
207 {
208     debugmsg("numeric constructor from double",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
209     // We really want to explicitly use the type cl_LF instead of the
210     // more general cl_F, since that would give us a cl_DF only which
211     // will not be promoted to cl_LF if overflow occurs:
212     value = new cl_N;
213     *value = cl_float(d, cl_default_float_format);
214     calchash();
215     setflag(status_flags::evaluated|
216             status_flags::hash_calculated);
217 }
218
219
220 numeric::numeric(const char *s) : basic(TINFO_numeric)
221 {   // MISSING: treatment of complex and ints and rationals.
222     debugmsg("numeric constructor from string",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
223     if (strchr(s, '.'))
224         value = new cl_LF(s);
225     else
226         value = new cl_I(s);
227     calchash();
228     setflag(status_flags::evaluated|
229             status_flags::hash_calculated);
230 }
231
232 /** Ctor from CLN types.  This is for the initiated user or internal use
233  *  only. */
234 numeric::numeric(cl_N const & z) : basic(TINFO_numeric)
235 {
236     debugmsg("numeric constructor from cl_N", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
237     value = new cl_N(z);
238     calchash();
239     setflag(status_flags::evaluated|
240             status_flags::hash_calculated);
241 }
242
243 //////////
244 // archiving
245 //////////
246
247 /** Construct object from archive_node. */
248 numeric::numeric(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
249 {
250     debugmsg("numeric constructor from archive_node", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
251     value = new cl_N;
252 #ifdef HAVE_SSTREAM
253     // Read number as string
254     string str;
255     if (n.find_string("number", str)) {
256         istringstream s(str);
257         cl_idecoded_float re, im;
258         char c;
259         s.get(c);
260         switch (c) {
261             case 'N':    // Ordinary number
262             case 'R':    // Integer-decoded real number
263                 s >> re.sign >> re.mantissa >> re.exponent;
264                 *value = re.sign * re.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), re.exponent);
265                 break;
266             case 'C':    // Integer-decoded complex number
267                 s >> re.sign >> re.mantissa >> re.exponent;
268                 s >> im.sign >> im.mantissa >> im.exponent;
269                 *value = complex(re.sign * re.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), re.exponent),
270                                  im.sign * im.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), im.exponent));
271                 break;
272             default:    // Ordinary number
273                                 s.putback(c);
274                 s >> *value;
275                 break;
276         }
277     }
278 #else
279     // Read number as string
280     string str;
281     if (n.find_string("number", str)) {
282         istrstream f(str.c_str(), str.size() + 1);
283         cl_idecoded_float re, im;
284         char c;
285         f.get(c);
286         switch (c) {
287             case 'R':    // Integer-decoded real number
288                 f >> re.sign >> re.mantissa >> re.exponent;
289                 *value = re.sign * re.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), re.exponent);
290                 break;
291             case 'C':    // Integer-decoded complex number
292                 f >> re.sign >> re.mantissa >> re.exponent;
293                 f >> im.sign >> im.mantissa >> im.exponent;
294                 *value = complex(re.sign * re.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), re.exponent),
295                                  im.sign * im.mantissa * expt(cl_float(2.0, cl_default_float_format), im.exponent));
296                 break;
297             default:    // Ordinary number
298                                 f.putback(c);
299                 f >> *value;
300                                 break;
301         }
302     }
303 #endif
304     calchash();
305     setflag(status_flags::evaluated|
306             status_flags::hash_calculated);
307 }
308
309 /** Unarchive the object. */
310 ex numeric::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)
311 {
312     return (new numeric(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
313 }
314
315 /** Archive the object. */
316 void numeric::archive(archive_node &n) const
317 {
318     inherited::archive(n);
319 #ifdef HAVE_SSTREAM
320     // Write number as string
321     ostringstream s;
322     if (is_crational())
323         s << *value;
324     else {
325         // Non-rational numbers are written in an integer-decoded format
326         // to preserve the precision
327         if (is_real()) {
328             cl_idecoded_float re = integer_decode_float(The(cl_F)(*value));
329             s << "R";
330             s << re.sign << " " << re.mantissa << " " << re.exponent;
331         } else {
332             cl_idecoded_float re = integer_decode_float(The(cl_F)(realpart(*value)));
333             cl_idecoded_float im = integer_decode_float(The(cl_F)(imagpart(*value)));
334             s << "C";
335             s << re.sign << " " << re.mantissa << " " << re.exponent << " ";
336             s << im.sign << " " << im.mantissa << " " << im.exponent;
337         }
338     }
339     n.add_string("number", s.str());
340 #else
341     // Write number as string
342     char buf[1024];
343     ostrstream f(buf, 1024);
344     if (is_crational())
345         f << *value << ends;
346     else {
347         // Non-rational numbers are written in an integer-decoded format
348         // to preserve the precision
349         if (is_real()) {
350             cl_idecoded_float re = integer_decode_float(The(cl_F)(*value));
351             f << "R";
352             f << re.sign << " " << re.mantissa << " " << re.exponent << ends;
353         } else {
354             cl_idecoded_float re = integer_decode_float(The(cl_F)(realpart(*value)));
355             cl_idecoded_float im = integer_decode_float(The(cl_F)(imagpart(*value)));
356             f << "C";
357             f << re.sign << " " << re.mantissa << " " << re.exponent << " ";
358             f << im.sign << " " << im.mantissa << " " << im.exponent << ends;
359         }
360     }
361     string str(buf);
362     n.add_string("number", str);
363 #endif
364 }
365
366 //////////
367 // functions overriding virtual functions from bases classes
368 //////////
369
370 // public
371
372 basic * numeric::duplicate() const
373 {
374     debugmsg("numeric duplicate", LOGLEVEL_DUPLICATE);
375     return new numeric(*this);
376 }
377
378 void numeric::print(ostream & os, unsigned upper_precedence) const
379 {
380     // The method print adds to the output so it blends more consistently
381     // together with the other routines and produces something compatible to
382     // ginsh input.
383     debugmsg("numeric print", LOGLEVEL_PRINT);
384     if (is_real()) {
385         // case 1, real:  x  or  -x
386         if ((precedence<=upper_precedence) && (!is_pos_integer())) {
387             os << "(" << *value << ")";
388         } else {
389             os << *value;
390         }
391     } else {
392         // case 2, imaginary:  y*I  or  -y*I
393         if (realpart(*value) == 0) {
394             if ((precedence<=upper_precedence) && (imagpart(*value) < 0)) {
395                 if (imagpart(*value) == -1) {
396                     os << "(-I)";
397                 } else {
398                     os << "(" << imagpart(*value) << "*I)";
399                 }
400             } else {
401                 if (imagpart(*value) == 1) {
402                     os << "I";
403                 } else {
404                     if (imagpart (*value) == -1) {
405                         os << "-I";
406                     } else {
407                         os << imagpart(*value) << "*I";
408                     }
409                 }
410             }
411         } else {
412             // case 3, complex:  x+y*I  or  x-y*I  or  -x+y*I  or  -x-y*I
413             if (precedence <= upper_precedence) os << "(";
414             os << realpart(*value);
415             if (imagpart(*value) < 0) {
416                 if (imagpart(*value) == -1) {
417                     os << "-I";
418                 } else {
419                     os << imagpart(*value) << "*I";
420                 }
421             } else {
422                 if (imagpart(*value) == 1) {
423                     os << "+I";
424                 } else {
425                     os << "+" << imagpart(*value) << "*I";
426                 }
427             }
428             if (precedence <= upper_precedence) os << ")";
429         }
430     }
431 }
432
433
434 void numeric::printraw(ostream & os) const
435 {
436     // The method printraw doesn't do much, it simply uses CLN's operator<<()
437     // for output, which is ugly but reliable. e.g: 2+2i
438     debugmsg("numeric printraw", LOGLEVEL_PRINT);
439     os << "numeric(" << *value << ")";
440 }
441 void numeric::printtree(ostream & os, unsigned indent) const
442 {
443     debugmsg("numeric printtree", LOGLEVEL_PRINT);
444     os << string(indent,' ') << *value
445        << " (numeric): "
446        << "hash=" << hashvalue << " (0x" << hex << hashvalue << dec << ")"
447        << ", flags=" << flags << endl;
448 }
449
450 void numeric::printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned upper_precedence) const
451 {
452     debugmsg("numeric print csrc", LOGLEVEL_PRINT);
453     ios::fmtflags oldflags = os.flags();
454     os.setf(ios::scientific);
455     if (is_rational() && !is_integer()) {
456         if (compare(_num0()) > 0) {
457             os << "(";
458             if (type == csrc_types::ctype_cl_N)
459                 os << "cl_F(\"" << numer().evalf() << "\")";
460             else
461                 os << numer().to_double();
462         } else {
463             os << "-(";
464             if (type == csrc_types::ctype_cl_N)
465                 os << "cl_F(\"" << -numer().evalf() << "\")";
466             else
467                 os << -numer().to_double();
468         }
469         os << "/";
470         if (type == csrc_types::ctype_cl_N)
471             os << "cl_F(\"" << denom().evalf() << "\")";
472         else
473             os << denom().to_double();
474         os << ")";
475     } else {
476         if (type == csrc_types::ctype_cl_N)
477             os << "cl_F(\"" << evalf() << "\")";
478         else
479             os << to_double();
480     }
481     os.flags(oldflags);
482 }
483
484 bool numeric::info(unsigned inf) const
485 {
486     switch (inf) {
487     case info_flags::numeric:
488     case info_flags::polynomial:
489     case info_flags::rational_function:
490         return true;
491     case info_flags::real:
492         return is_real();
493     case info_flags::rational:
494     case info_flags::rational_polynomial:
495         return is_rational();
496     case info_flags::crational:
497     case info_flags::crational_polynomial:
498         return is_crational();
499     case info_flags::integer:
500     case info_flags::integer_polynomial:
501         return is_integer();
502     case info_flags::cinteger:
503     case info_flags::cinteger_polynomial:
504         return is_cinteger();
505     case info_flags::positive:
506         return is_positive();
507     case info_flags::negative:
508         return is_negative();
509     case info_flags::nonnegative:
510         return compare(_num0())>=0;
511     case info_flags::posint:
512         return is_pos_integer();
513     case info_flags::negint:
514         return is_integer() && (compare(_num0())<0);
515     case info_flags::nonnegint:
516         return is_nonneg_integer();
517     case info_flags::even:
518         return is_even();
519     case info_flags::odd:
520         return is_odd();
521     case info_flags::prime:
522         return is_prime();
523     }
524     return false;
525 }
526
527 ex numeric::eval(int level) const
528 {
529     // Warning: if this is ever gonna do something, the ex ctors from all kinds
530     // of numbers should be checking for status_flags::evaluated.
531     return this->hold();
532 }
533
534 /** Cast numeric into a floating-point object.  For example exact numeric(1) is
535  *  returned as a 1.0000000000000000000000 and so on according to how Digits is
536  *  currently set.
537  *
538  *  @param level  ignored, but needed for overriding basic::evalf.
539  *  @return  an ex-handle to a numeric. */
540 ex numeric::evalf(int level) const
541 {
542     // level can safely be discarded for numeric objects.
543     return numeric(cl_float(1.0, cl_default_float_format) * (*value));  // -> CLN
544 }
545
546 // protected
547
548 int numeric::compare_same_type(const basic & other) const
549 {
550     GINAC_ASSERT(is_exactly_of_type(other, numeric));
551     const numeric & o = static_cast<numeric &>(const_cast<basic &>(other));
552
553     if (*value == *o.value) {
554         return 0;
555     }
556
557     return compare(o);    
558 }
559
560 bool numeric::is_equal_same_type(const basic & other) const
561 {
562     GINAC_ASSERT(is_exactly_of_type(other,numeric));
563     const numeric *o = static_cast<const numeric *>(&other);
564     
565     return is_equal(*o);
566 }
567
568 /*
569 unsigned numeric::calchash(void) const
570 {
571     double d=to_double();
572     int s=d>0 ? 1 : -1;
573     d=fabs(d);
574     if (d>0x07FF0000) {
575         d=0x07FF0000;
576     }
577     return 0x88000000U+s*unsigned(d/0x07FF0000);
578 }
579 */
580
581
582 //////////
583 // new virtual functions which can be overridden by derived classes
584 //////////
585
586 // none
587
588 //////////
589 // non-virtual functions in this class
590 //////////
591
592 // public
593
594 /** Numerical addition method.  Adds argument to *this and returns result as
595  *  a new numeric object. */
596 numeric numeric::add(const numeric & other) const
597 {
598     return numeric((*value)+(*other.value));
599 }
600
601 /** Numerical subtraction method.  Subtracts argument from *this and returns
602  *  result as a new numeric object. */
603 numeric numeric::sub(const numeric & other) const
604 {
605     return numeric((*value)-(*other.value));
606 }
607
608 /** Numerical multiplication method.  Multiplies *this and argument and returns
609  *  result as a new numeric object. */
610 numeric numeric::mul(const numeric & other) const
611 {
612     static const numeric * _num1p=&_num1();
613     if (this==_num1p) {
614         return other;
615     } else if (&other==_num1p) {
616         return *this;
617     }
618     return numeric((*value)*(*other.value));
619 }
620
621 /** Numerical division method.  Divides *this by argument and returns result as
622  *  a new numeric object.
623  *
624  *  @exception overflow_error (division by zero) */
625 numeric numeric::div(const numeric & other) const
626 {
627     if (::zerop(*other.value))
628         throw (std::overflow_error("division by zero"));
629     return numeric((*value)/(*other.value));
630 }
631
632 numeric numeric::power(const numeric & other) const
633 {
634     static const numeric * _num1p=&_num1();
635     if (&other==_num1p)
636         return *this;
637     if (::zerop(*value) && other.is_real() && ::minusp(realpart(*other.value)))
638         throw (std::overflow_error("division by zero"));
639     return numeric(::expt(*value,*other.value));
640 }
641
642 /** Inverse of a number. */
643 numeric numeric::inverse(void) const
644 {
645     return numeric(::recip(*value));  // -> CLN
646 }
647
648 const numeric & numeric::add_dyn(const numeric & other) const
649 {
650     return static_cast<const numeric &>((new numeric((*value)+(*other.value)))->
651                                         setflag(status_flags::dynallocated));
652 }
653
654 const numeric & numeric::sub_dyn(const numeric & other) const
655 {
656     return static_cast<const numeric &>((new numeric((*value)-(*other.value)))->
657                                         setflag(status_flags::dynallocated));
658 }
659
660 const numeric & numeric::mul_dyn(const numeric & other) const
661 {
662     static const numeric * _num1p=&_num1();
663     if (this==_num1p) {
664         return other;
665     } else if (&other==_num1p) {
666         return *this;
667     }
668     return static_cast<const numeric &>((new numeric((*value)*(*other.value)))->
669                                         setflag(status_flags::dynallocated));
670 }
671
672 const numeric & numeric::div_dyn(const numeric & other) const
673 {
674     if (::zerop(*other.value))
675         throw (std::overflow_error("division by zero"));
676     return static_cast<const numeric &>((new numeric((*value)/(*other.value)))->
677                                         setflag(status_flags::dynallocated));
678 }
679
680 const numeric & numeric::power_dyn(const numeric & other) const
681 {
682     static const numeric * _num1p=&_num1();
683     if (&other==_num1p)
684         return *this;
685     if (::zerop(*value) && other.is_real() && ::minusp(realpart(*other.value)))
686         throw (std::overflow_error("division by zero"));
687     return static_cast<const numeric &>((new numeric(::expt(*value,*other.value)))->
688                                         setflag(status_flags::dynallocated));
689 }
690
691 const numeric & numeric::operator=(int i)
692 {
693     return operator=(numeric(i));
694 }
695
696 const numeric & numeric::operator=(unsigned int i)
697 {
698     return operator=(numeric(i));
699 }
700
701 const numeric & numeric::operator=(long i)
702 {
703     return operator=(numeric(i));
704 }
705
706 const numeric & numeric::operator=(unsigned long i)
707 {
708     return operator=(numeric(i));
709 }
710
711 const numeric & numeric::operator=(double d)
712 {
713     return operator=(numeric(d));
714 }
715
716 const numeric & numeric::operator=(const char * s)
717 {
718     return operator=(numeric(s));
719 }
720
721 /** Return the complex half-plane (left or right) in which the number lies.
722  *  csgn(x)==0 for x==0, csgn(x)==1 for Re(x)>0 or Re(x)=0 and Im(x)>0,
723  *  csgn(x)==-1 for Re(x)<0 or Re(x)=0 and Im(x)<0.
724  *
725  *  @see numeric::compare(const numeric & other) */
726 int numeric::csgn(void) const
727 {
728     if (is_zero())
729         return 0;
730     if (!::zerop(realpart(*value))) {
731         if (::plusp(realpart(*value)))
732             return 1;
733         else
734             return -1;
735     } else {
736         if (::plusp(imagpart(*value)))
737             return 1;
738         else
739             return -1;
740     }
741 }
742
743 /** This method establishes a canonical order on all numbers.  For complex
744  *  numbers this is not possible in a mathematically consistent way but we need
745  *  to establish some order and it ought to be fast.  So we simply define it
746  *  to be compatible with our method csgn.
747  *
748  *  @return csgn(*this-other)
749  *  @see numeric::csgn(void) */
750 int numeric::compare(const numeric & other) const
751 {
752     // Comparing two real numbers?
753     if (is_real() && other.is_real())
754         // Yes, just compare them
755         return ::cl_compare(The(cl_R)(*value), The(cl_R)(*other.value));    
756     else {
757         // No, first compare real parts
758         cl_signean real_cmp = ::cl_compare(realpart(*value), realpart(*other.value));
759         if (real_cmp)
760             return real_cmp;
761
762         return ::cl_compare(imagpart(*value), imagpart(*other.value));
763     }
764 }
765
766 bool numeric::is_equal(const numeric & other) const
767 {
768     return (*value == *other.value);
769 }
770
771 /** True if object is zero. */
772 bool numeric::is_zero(void) const
773 {
774     return ::zerop(*value);  // -> CLN
775 }
776
777 /** True if object is not complex and greater than zero. */
778 bool numeric::is_positive(void) const
779 {
780     if (is_real())
781         return ::plusp(The(cl_R)(*value));  // -> CLN
782     return false;
783 }
784
785 /** True if object is not complex and less than zero. */
786 bool numeric::is_negative(void) const
787 {
788     if (is_real())
789         return ::minusp(The(cl_R)(*value));  // -> CLN
790     return false;
791 }
792
793 /** True if object is a non-complex integer. */
794 bool numeric::is_integer(void) const
795 {
796     return ::instanceof(*value, cl_I_ring);  // -> CLN
797 }
798
799 /** True if object is an exact integer greater than zero. */
800 bool numeric::is_pos_integer(void) const
801 {
802     return (is_integer() && ::plusp(The(cl_I)(*value)));  // -> CLN
803 }
804
805 /** True if object is an exact integer greater or equal zero. */
806 bool numeric::is_nonneg_integer(void) const
807 {
808     return (is_integer() && !::minusp(The(cl_I)(*value)));  // -> CLN
809 }
810
811 /** True if object is an exact even integer. */
812 bool numeric::is_even(void) const
813 {
814     return (is_integer() && ::evenp(The(cl_I)(*value)));  // -> CLN
815 }
816
817 /** True if object is an exact odd integer. */
818 bool numeric::is_odd(void) const
819 {
820     return (is_integer() && ::oddp(The(cl_I)(*value)));  // -> CLN
821 }
822
823 /** Probabilistic primality test.
824  *
825  *  @return  true if object is exact integer and prime. */
826 bool numeric::is_prime(void) const
827 {
828     return (is_integer() && ::isprobprime(The(cl_I)(*value)));  // -> CLN
829 }
830
831 /** True if object is an exact rational number, may even be complex
832  *  (denominator may be unity). */
833 bool numeric::is_rational(void) const
834 {
835     return ::instanceof(*value, cl_RA_ring);  // -> CLN
836 }
837
838 /** True if object is a real integer, rational or float (but not complex). */
839 bool numeric::is_real(void) const
840 {
841     return ::instanceof(*value, cl_R_ring);  // -> CLN
842 }
843
844 bool numeric::operator==(const numeric & other) const
845 {
846     return (*value == *other.value);  // -> CLN
847 }
848
849 bool numeric::operator!=(const numeric & other) const
850 {
851     return (*value != *other.value);  // -> CLN
852 }
853
854 /** True if object is element of the domain of integers extended by I, i.e. is
855  *  of the form a+b*I, where a and b are integers. */
856 bool numeric::is_cinteger(void) const
857 {
858     if (::instanceof(*value, cl_I_ring))
859         return true;
860     else if (!is_real()) {  // complex case, handle n+m*I
861         if (::instanceof(realpart(*value), cl_I_ring) &&
862             ::instanceof(imagpart(*value), cl_I_ring))
863             return true;
864     }
865     return false;
866 }
867
868 /** True if object is an exact rational number, may even be complex
869  *  (denominator may be unity). */
870 bool numeric::is_crational(void) const
871 {
872     if (::instanceof(*value, cl_RA_ring))
873         return true;
874     else if (!is_real()) {  // complex case, handle Q(i):
875         if (::instanceof(realpart(*value), cl_RA_ring) &&
876             ::instanceof(imagpart(*value), cl_RA_ring))
877             return true;
878     }
879     return false;
880 }
881
882 /** Numerical comparison: less.
883  *
884  *  @exception invalid_argument (complex inequality) */ 
885 bool numeric::operator<(const numeric & other) const
886 {
887     if (is_real() && other.is_real())
888         return (bool)(The(cl_R)(*value) < The(cl_R)(*other.value));  // -> CLN
889     throw (std::invalid_argument("numeric::operator<(): complex inequality"));
890     return false;  // make compiler shut up
891 }
892
893 /** Numerical comparison: less or equal.
894  *
895  *  @exception invalid_argument (complex inequality) */ 
896 bool numeric::operator<=(const numeric & other) const
897 {
898     if (is_real() && other.is_real())
899         return (bool)(The(cl_R)(*value) <= The(cl_R)(*other.value));  // -> CLN
900     throw (std::invalid_argument("numeric::operator<=(): complex inequality"));
901     return false;  // make compiler shut up
902 }
903
904 /** Numerical comparison: greater.
905  *
906  *  @exception invalid_argument (complex inequality) */ 
907 bool numeric::operator>(const numeric & other) const
908 {
909     if (is_real() && other.is_real())
910         return (bool)(The(cl_R)(*value) > The(cl_R)(*other.value));  // -> CLN
911     throw (std::invalid_argument("numeric::operator>(): complex inequality"));
912     return false;  // make compiler shut up
913 }
914
915 /** Numerical comparison: greater or equal.
916  *
917  *  @exception invalid_argument (complex inequality) */  
918 bool numeric::operator>=(const numeric & other) const
919 {
920     if (is_real() && other.is_real())
921         return (bool)(The(cl_R)(*value) >= The(cl_R)(*other.value));  // -> CLN
922     throw (std::invalid_argument("numeric::operator>=(): complex inequality"));
923     return false;  // make compiler shut up
924 }
925
926 /** Converts numeric types to machine's int.  You should check with
927  *  is_integer() if the number is really an integer before calling this method.
928  *  You may also consider checking the range first. */
929 int numeric::to_int(void) const
930 {
931     GINAC_ASSERT(is_integer());
932     return ::cl_I_to_int(The(cl_I)(*value));  // -> CLN
933 }
934
935 /** Converts numeric types to machine's long.  You should check with
936  *  is_integer() if the number is really an integer before calling this method.
937  *  You may also consider checking the range first. */
938 long numeric::to_long(void) const
939 {
940     GINAC_ASSERT(is_integer());
941     return ::cl_I_to_long(The(cl_I)(*value));  // -> CLN
942 }
943
944 /** Converts numeric types to machine's double. You should check with is_real()
945  *  if the number is really not complex before calling this method. */
946 double numeric::to_double(void) const
947 {
948     GINAC_ASSERT(is_real());
949     return ::cl_double_approx(realpart(*value));  // -> CLN
950 }
951
952 /** Real part of a number. */
953 numeric numeric::real(void) const
954 {
955     return numeric(::realpart(*value));  // -> CLN
956 }
957
958 /** Imaginary part of a number. */
959 numeric numeric::imag(void) const
960 {
961     return numeric(::imagpart(*value));  // -> CLN
962 }
963
964 #ifndef SANE_LINKER
965 // Unfortunately, CLN did not provide an official way to access the numerator
966 // or denominator of a rational number (cl_RA). Doing some excavations in CLN
967 // one finds how it works internally in src/rational/cl_RA.h:
968 struct cl_heap_ratio : cl_heap {
969     cl_I numerator;
970     cl_I denominator;
971 };
972
973 inline cl_heap_ratio* TheRatio (const cl_N& obj)
974 { return (cl_heap_ratio*)(obj.pointer); }
975 #endif // ndef SANE_LINKER
976
977 /** Numerator.  Computes the numerator of rational numbers, rationalized
978  *  numerator of complex if real and imaginary part are both rational numbers
979  *  (i.e numer(4/3+5/6*I) == 8+5*I), the number carrying the sign in all other
980  *  cases. */
981 numeric numeric::numer(void) const
982 {
983     if (is_integer()) {
984         return numeric(*this);
985     }
986 #ifdef SANE_LINKER
987     else if (::instanceof(*value, cl_RA_ring)) {
988         return numeric(::numerator(The(cl_RA)(*value)));
989     }
990     else if (!is_real()) {  // complex case, handle Q(i):
991         cl_R r = ::realpart(*value);
992         cl_R i = ::imagpart(*value);
993         if (::instanceof(r, cl_I_ring) && ::instanceof(i, cl_I_ring))
994             return numeric(*this);
995         if (::instanceof(r, cl_I_ring) && ::instanceof(i, cl_RA_ring))
996             return numeric(complex(r*::denominator(The(cl_RA)(i)), ::numerator(The(cl_RA)(i))));
997         if (::instanceof(r, cl_RA_ring) && ::instanceof(i, cl_I_ring))
998             return numeric(complex(::numerator(The(cl_RA)(r)), i*::denominator(The(cl_RA)(r))));
999         if (::instanceof(r, cl_RA_ring) && ::instanceof(i, cl_RA_ring)) {
1000             cl_I s = lcm(::denominator(The(cl_RA)(r)), ::denominator(The(cl_RA)(i)));
1001             return numeric(complex(::numerator(The(cl_RA)(r))*(exquo(s,::denominator(The(cl_RA)(r)))),
1002                                    ::numerator(The(cl_RA)(i))*(exquo(s,::denominator(The(cl_RA)(i))))));
1003         }
1004     }
1005 #else
1006     else if (instanceof(*value, cl_RA_ring)) {
1007         return numeric(TheRatio(*value)->numerator);
1008     }
1009     else if (!is_real()) {  // complex case, handle Q(i):
1010         cl_R r = realpart(*value);
1011         cl_R i = imagpart(*value);
1012         if (instanceof(r, cl_I_ring) && instanceof(i, cl_I_ring))
1013             return numeric(*this);
1014         if (instanceof(r, cl_I_ring) && instanceof(i, cl_RA_ring))
1015             return numeric(complex(r*TheRatio(i)->denominator, TheRatio(i)->numerator));
1016         if (instanceof(r, cl_RA_ring) && instanceof(i, cl_I_ring))
1017             return numeric(complex(TheRatio(r)->numerator, i*TheRatio(r)->denominator));
1018         if (instanceof(r, cl_RA_ring) && instanceof(i, cl_RA_ring)) {
1019             cl_I s = lcm(TheRatio(r)->denominator, TheRatio(i)->denominator);
1020             return numeric(complex(TheRatio(r)->numerator*(exquo(s,TheRatio(r)->denominator)),
1021                                    TheRatio(i)->numerator*(exquo(s,TheRatio(i)->denominator))));
1022         }
1023     }
1024 #endif // def SANE_LINKER
1025     // at least one float encountered
1026     return numeric(*this);
1027 }
1028
1029 /** Denominator.  Computes the denominator of rational numbers, common integer
1030  *  denominator of complex if real and imaginary part are both rational numbers
1031  *  (i.e denom(4/3+5/6*I) == 6), one in all other cases. */
1032 numeric numeric::denom(void) const
1033 {
1034     if (is_integer()) {
1035         return _num1();
1036     }
1037 #ifdef SANE_LINKER
1038     if (instanceof(*value, cl_RA_ring)) {
1039         return numeric(::denominator(The(cl_RA)(*value)));
1040     }
1041     if (!is_real()) {  // complex case, handle Q(i):
1042         cl_R r = realpart(*value);
1043         cl_R i = imagpart(*value);
1044         if (::instanceof(r, cl_I_ring) && ::instanceof(i, cl_I_ring))
1045             return _num1();
1046         if (::instanceof(r, cl_I_ring) && ::instanceof(i, cl_RA_ring))
1047             return numeric(::denominator(The(cl_RA)(i)));
1048         if (::instanceof(r, cl_RA_ring) && ::instanceof(i, cl_I_ring))
1049             return numeric(::denominator(The(cl_RA)(r)));
1050         if (::instanceof(r, cl_RA_ring) && ::instanceof(i, cl_RA_ring))
1051             return numeric(lcm(::denominator(The(cl_RA)(r)), ::denominator(The(cl_RA)(i))));
1052     }
1053 #else
1054     if (instanceof(*value, cl_RA_ring)) {
1055         return numeric(TheRatio(*value)->denominator);
1056     }
1057     if (!is_real()) {  // complex case, handle Q(i):
1058         cl_R r = realpart(*value);
1059         cl_R i = imagpart(*value);
1060         if (instanceof(r, cl_I_ring) && instanceof(i, cl_I_ring))
1061             return _num1();
1062         if (instanceof(r, cl_I_ring) && instanceof(i, cl_RA_ring))
1063             return numeric(TheRatio(i)->denominator);
1064         if (instanceof(r, cl_RA_ring) && instanceof(i, cl_I_ring))
1065             return numeric(TheRatio(r)->denominator);
1066         if (instanceof(r, cl_RA_ring) && instanceof(i, cl_RA_ring))
1067             return numeric(lcm(TheRatio(r)->denominator, TheRatio(i)->denominator));
1068     }
1069 #endif // def SANE_LINKER
1070     // at least one float encountered
1071     return _num1();
1072 }
1073
1074 /** Size in binary notation.  For integers, this is the smallest n >= 0 such
1075  *  that -2^n <= x < 2^n. If x > 0, this is the unique n > 0 such that
1076  *  2^(n-1) <= x < 2^n.
1077  *
1078  *  @return  number of bits (excluding sign) needed to represent that number
1079  *  in two's complement if it is an integer, 0 otherwise. */    
1080 int numeric::int_length(void) const
1081 {
1082     if (is_integer())
1083         return ::integer_length(The(cl_I)(*value));  // -> CLN
1084     else
1085         return 0;
1086 }
1087
1088
1089 //////////
1090 // static member variables
1091 //////////
1092
1093 // protected
1094
1095 unsigned numeric::precedence = 30;
1096
1097 //////////
1098 // global constants
1099 //////////
1100
1101 const numeric some_numeric;
1102 const type_info & typeid_numeric=typeid(some_numeric);
1103 /** Imaginary unit.  This is not a constant but a numeric since we are
1104  *  natively handing complex numbers anyways. */
1105 const numeric I = numeric(complex(cl_I(0),cl_I(1)));
1106
1107
1108 /** Exponential function.
1109  *
1110  *  @return  arbitrary precision numerical exp(x). */
1111 const numeric exp(const numeric & x)
1112 {
1113     return ::exp(*x.value);  // -> CLN
1114 }
1115
1116
1117 /** Natural logarithm.
1118  *
1119  *  @param z complex number
1120  *  @return  arbitrary precision numerical log(x).
1121  *  @exception overflow_error (logarithmic singularity) */
1122 const numeric log(const numeric & z)
1123 {
1124     if (z.is_zero())
1125         throw (std::overflow_error("log(): logarithmic singularity"));
1126     return ::log(*z.value);  // -> CLN
1127 }
1128
1129
1130 /** Numeric sine (trigonometric function).
1131  *
1132  *  @return  arbitrary precision numerical sin(x). */
1133 const numeric sin(const numeric & x)
1134 {
1135     return ::sin(*x.value);  // -> CLN
1136 }
1137
1138
1139 /** Numeric cosine (trigonometric function).
1140  *
1141  *  @return  arbitrary precision numerical cos(x). */
1142 const numeric cos(const numeric & x)
1143 {
1144     return ::cos(*x.value);  // -> CLN
1145 }
1146
1147
1148 /** Numeric tangent (trigonometric function).
1149  *
1150  *  @return  arbitrary precision numerical tan(x). */
1151 const numeric tan(const numeric & x)
1152 {
1153     return ::tan(*x.value);  // -> CLN
1154 }
1155     
1156
1157 /** Numeric inverse sine (trigonometric function).
1158  *
1159  *  @return  arbitrary precision numerical asin(x). */
1160 const numeric asin(const numeric & x)
1161 {
1162     return ::asin(*x.value);  // -> CLN
1163 }
1164
1165
1166 /** Numeric inverse cosine (trigonometric function).
1167  *
1168  *  @return  arbitrary precision numerical acos(x). */
1169 const numeric acos(const numeric & x)
1170 {
1171     return ::acos(*x.value);  // -> CLN
1172 }
1173     
1174
1175 /** Arcustangent.
1176  *
1177  *  @param z complex number
1178  *  @return atan(z)
1179  *  @exception overflow_error (logarithmic singularity) */
1180 const numeric atan(const numeric & x)
1181 {
1182     if (!x.is_real() &&
1183         x.real().is_zero() &&
1184         !abs(x.imag()).is_equal(_num1()))
1185         throw (std::overflow_error("atan(): logarithmic singularity"));
1186     return ::atan(*x.value);  // -> CLN
1187 }
1188
1189
1190 /** Arcustangent.
1191  *
1192  *  @param x real number
1193  *  @param y real number
1194  *  @return atan(y/x) */
1195 const numeric atan(const numeric & y, const numeric & x)
1196 {
1197     if (x.is_real() && y.is_real())
1198         return ::atan(realpart(*x.value), realpart(*y.value));  // -> CLN
1199     else
1200         throw (std::invalid_argument("numeric::atan(): complex argument"));        
1201 }
1202
1203
1204 /** Numeric hyperbolic sine (trigonometric function).
1205  *
1206  *  @return  arbitrary precision numerical sinh(x). */
1207 const numeric sinh(const numeric & x)
1208 {
1209     return ::sinh(*x.value);  // -> CLN
1210 }
1211
1212
1213 /** Numeric hyperbolic cosine (trigonometric function).
1214  *
1215  *  @return  arbitrary precision numerical cosh(x). */
1216 const numeric cosh(const numeric & x)
1217 {
1218     return ::cosh(*x.value);  // -> CLN
1219 }
1220
1221
1222 /** Numeric hyperbolic tangent (trigonometric function).
1223  *
1224  *  @return  arbitrary precision numerical tanh(x). */
1225 const numeric tanh(const numeric & x)
1226 {
1227     return ::tanh(*x.value);  // -> CLN
1228 }
1229     
1230
1231 /** Numeric inverse hyperbolic sine (trigonometric function).
1232  *
1233  *  @return  arbitrary precision numerical asinh(x). */
1234 const numeric asinh(const numeric & x)
1235 {
1236     return ::asinh(*x.value);  // -> CLN
1237 }
1238
1239
1240 /** Numeric inverse hyperbolic cosine (trigonometric function).
1241  *
1242  *  @return  arbitrary precision numerical acosh(x). */
1243 const numeric acosh(const numeric & x)
1244 {
1245     return ::acosh(*x.value);  // -> CLN
1246 }
1247
1248
1249 /** Numeric inverse hyperbolic tangent (trigonometric function).
1250  *
1251  *  @return  arbitrary precision numerical atanh(x). */
1252 const numeric atanh(const numeric & x)
1253 {
1254     return ::atanh(*x.value);  // -> CLN
1255 }
1256
1257
1258 /** Numeric evaluation of Riemann's Zeta function.  Currently works only for
1259  *  integer arguments. */
1260 const numeric zeta(const numeric & x)
1261 {
1262     // A dirty hack to allow for things like zeta(3.0), since CLN currently
1263     // only knows about integer arguments and zeta(3).evalf() automatically
1264     // cascades down to zeta(3.0).evalf().  The trick is to rely on 3.0-3
1265     // being an exact zero for CLN, which can be tested and then we can just
1266     // pass the number casted to an int:
1267     if (x.is_real()) {
1268         int aux = (int)(::cl_double_approx(realpart(*x.value)));
1269         if (zerop(*x.value-aux))
1270             return ::cl_zeta(aux);  // -> CLN
1271     }
1272     clog << "zeta(" << x
1273          << "): Does anybody know good way to calculate this numerically?"
1274          << endl;
1275     return numeric(0);
1276 }
1277
1278
1279 /** The gamma function.
1280  *  This is only a stub! */
1281 const numeric gamma(const numeric & x)
1282 {
1283     clog << "gamma(" << x
1284          << "): Does anybody know good way to calculate this numerically?"
1285          << endl;
1286     return numeric(0);
1287 }
1288
1289
1290 /** The psi function (aka polygamma function).
1291  *  This is only a stub! */
1292 const numeric psi(const numeric & x)
1293 {
1294     clog << "psi(" << x
1295          << "): Does anybody know good way to calculate this numerically?"
1296          << endl;
1297     return numeric(0);
1298 }
1299
1300
1301 /** The psi functions (aka polygamma functions).
1302  *  This is only a stub! */
1303 const numeric psi(const numeric & n, const numeric & x)
1304 {
1305     clog << "psi(" << n << "," << x
1306          << "): Does anybody know good way to calculate this numerically?"
1307          << endl;
1308     return numeric(0);
1309 }
1310
1311
1312 /** Factorial combinatorial function.
1313  *
1314  *  @param n  integer argument >= 0
1315  *  @exception range_error (argument must be integer >= 0) */
1316 const numeric factorial(const numeric & n)
1317 {
1318     if (!n.is_nonneg_integer())
1319         throw (std::range_error("numeric::factorial(): argument must be integer >= 0"));
1320     return numeric(::factorial(n.to_int()));  // -> CLN
1321 }
1322
1323
1324 /** The double factorial combinatorial function.  (Scarcely used, but still
1325  *  useful in cases, like for exact results of Gamma(n+1/2) for instance.)
1326  *
1327  *  @param n  integer argument >= -1
1328  *  @return n!! == n * (n-2) * (n-4) * ... * ({1|2}) with 0!! == (-1)!! == 1
1329  *  @exception range_error (argument must be integer >= -1) */
1330 const numeric doublefactorial(const numeric & n)
1331 {
1332     if (n == numeric(-1)) {
1333         return _num1();
1334     }
1335     if (!n.is_nonneg_integer()) {
1336         throw (std::range_error("numeric::doublefactorial(): argument must be integer >= -1"));
1337     }
1338     return numeric(::doublefactorial(n.to_int()));  // -> CLN
1339 }
1340
1341
1342 /** The Binomial coefficients.  It computes the binomial coefficients.  For
1343  *  integer n and k and positive n this is the number of ways of choosing k
1344  *  objects from n distinct objects.  If n is negative, the formula
1345  *  binomial(n,k) == (-1)^k*binomial(k-n-1,k) is used to compute the result. */
1346 const numeric binomial(const numeric & n, const numeric & k)
1347 {
1348     if (n.is_integer() && k.is_integer()) {
1349         if (n.is_nonneg_integer()) {
1350             if (k.compare(n)!=1 && k.compare(_num0())!=-1)
1351                 return numeric(::binomial(n.to_int(),k.to_int()));  // -> CLN
1352             else
1353                 return _num0();
1354         } else {
1355             return _num_1().power(k)*binomial(k-n-_num1(),k);
1356         }
1357     }
1358     
1359     // should really be gamma(n+1)/(gamma(r+1)/gamma(n-r+1) or a suitable limit
1360     throw (std::range_error("numeric::binomial(): don´t know how to evaluate that."));
1361 }
1362
1363
1364 /** Bernoulli number.  The nth Bernoulli number is the coefficient of x^n/n!
1365  *  in the expansion of the function x/(e^x-1).
1366  *
1367  *  @return the nth Bernoulli number (a rational number).
1368  *  @exception range_error (argument must be integer >= 0) */
1369 const numeric bernoulli(const numeric & nn)
1370 {
1371     if (!nn.is_integer() || nn.is_negative())
1372         throw (std::range_error("numeric::bernoulli(): argument must be integer >= 0"));
1373     if (nn.is_zero())
1374         return _num1();
1375     if (!nn.compare(_num1()))
1376         return numeric(-1,2);
1377     if (nn.is_odd())
1378         return _num0();
1379     // Until somebody has the Blues and comes up with a much better idea and
1380     // codes it (preferably in CLN) we make this a remembering function which
1381     // computes its results using the formula
1382     // B(nn) == - 1/(nn+1) * sum_{k=0}^{nn-1}(binomial(nn+1,k)*B(k))
1383     // whith B(0) == 1.
1384     static vector<numeric> results;
1385     static int highest_result = -1;
1386     int n = nn.sub(_num2()).div(_num2()).to_int();
1387     if (n <= highest_result)
1388         return results[n];
1389     if (results.capacity() < (unsigned)(n+1))
1390         results.reserve(n+1);
1391     
1392     numeric tmp;  // used to store the sum
1393     for (int i=highest_result+1; i<=n; ++i) {
1394         // the first two elements:
1395         tmp = numeric(-2*i-1,2);
1396         // accumulate the remaining elements:
1397         for (int j=0; j<i; ++j)
1398             tmp += binomial(numeric(2*i+3),numeric(j*2+2))*results[j];
1399         // divide by -(nn+1) and store result:
1400         results.push_back(-tmp/numeric(2*i+3));
1401     }
1402     highest_result=n;
1403     return results[n];
1404 }
1405
1406
1407 /** Fibonacci number.  The nth Fibonacci number F(n) is defined by the
1408  *  recurrence formula F(n)==F(n-1)+F(n-2) with F(0)==0 and F(1)==1.
1409  *
1410  *  @param n an integer
1411  *  @return the nth Fibonacci number F(n) (an integer number)
1412  *  @exception range_error (argument must be an integer) */
1413 const numeric fibonacci(const numeric & n)
1414 {
1415     if (!n.is_integer()) {
1416         throw (std::range_error("numeric::fibonacci(): argument must be integer"));
1417     }
1418     // For positive arguments compute the nearest integer to
1419     // ((1+sqrt(5))/2)^n/sqrt(5).  For negative arguments, apply an additional
1420     // sign.  Note that we are falling back to longs, but this should suffice
1421     // for all times.
1422     int sig = 1;
1423     const long nn = ::abs(n.to_double());
1424     if (n.is_negative() && n.is_even())
1425         sig =-1;
1426     
1427     // Need a precision of ((1+sqrt(5))/2)^-n.
1428     cl_float_format_t prec = ::cl_float_format((int)(0.208987641*nn+5));
1429     cl_R sqrt5 = ::sqrt(::cl_float(5,prec));
1430     cl_R phi = (1+sqrt5)/2;
1431     return numeric(::round1(::expt(phi,nn)/sqrt5)*sig);
1432 }
1433
1434
1435 /** Absolute value. */
1436 numeric abs(const numeric & x)
1437 {
1438     return ::abs(*x.value);  // -> CLN
1439 }
1440
1441
1442 /** Modulus (in positive representation).
1443  *  In general, mod(a,b) has the sign of b or is zero, and rem(a,b) has the
1444  *  sign of a or is zero. This is different from Maple's modp, where the sign
1445  *  of b is ignored. It is in agreement with Mathematica's Mod.
1446  *
1447  *  @return a mod b in the range [0,abs(b)-1] with sign of b if both are
1448  *  integer, 0 otherwise. */
1449 numeric mod(const numeric & a, const numeric & b)
1450 {
1451     if (a.is_integer() && b.is_integer())
1452         return ::mod(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));  // -> CLN
1453     else
1454         return _num0();  // Throw?
1455 }
1456
1457
1458 /** Modulus (in symmetric representation).
1459  *  Equivalent to Maple's mods.
1460  *
1461  *  @return a mod b in the range [-iquo(abs(m)-1,2), iquo(abs(m),2)]. */
1462 numeric smod(const numeric & a, const numeric & b)
1463 {
1464     //  FIXME: Should this become a member function?
1465     if (a.is_integer() && b.is_integer()) {
1466         cl_I b2 = The(cl_I)(ceiling1(The(cl_I)(*b.value) / 2)) - 1;
1467         return ::mod(The(cl_I)(*a.value) + b2, The(cl_I)(*b.value)) - b2;
1468     } else
1469         return _num0();  // Throw?
1470 }
1471
1472
1473 /** Numeric integer remainder.
1474  *  Equivalent to Maple's irem(a,b) as far as sign conventions are concerned.
1475  *  In general, mod(a,b) has the sign of b or is zero, and irem(a,b) has the
1476  *  sign of a or is zero.
1477  *
1478  *  @return remainder of a/b if both are integer, 0 otherwise. */
1479 numeric irem(const numeric & a, const numeric & b)
1480 {
1481     if (a.is_integer() && b.is_integer())
1482         return ::rem(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));  // -> CLN
1483     else
1484         return _num0();  // Throw?
1485 }
1486
1487
1488 /** Numeric integer remainder.
1489  *  Equivalent to Maple's irem(a,b,'q') it obeyes the relation
1490  *  irem(a,b,q) == a - q*b.  In general, mod(a,b) has the sign of b or is zero,
1491  *  and irem(a,b) has the sign of a or is zero.  
1492  *
1493  *  @return remainder of a/b and quotient stored in q if both are integer,
1494  *  0 otherwise. */
1495 numeric irem(const numeric & a, const numeric & b, numeric & q)
1496 {
1497     if (a.is_integer() && b.is_integer()) {  // -> CLN
1498         cl_I_div_t rem_quo = truncate2(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));
1499         q = rem_quo.quotient;
1500         return rem_quo.remainder;
1501     }
1502     else {
1503         q = _num0();
1504         return _num0();  // Throw?
1505     }
1506 }
1507
1508
1509 /** Numeric integer quotient.
1510  *  Equivalent to Maple's iquo as far as sign conventions are concerned.
1511  *  
1512  *  @return truncated quotient of a/b if both are integer, 0 otherwise. */
1513 numeric iquo(const numeric & a, const numeric & b)
1514 {
1515     if (a.is_integer() && b.is_integer())
1516         return truncate1(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));  // -> CLN
1517     else
1518         return _num0();  // Throw?
1519 }
1520
1521
1522 /** Numeric integer quotient.
1523  *  Equivalent to Maple's iquo(a,b,'r') it obeyes the relation
1524  *  r == a - iquo(a,b,r)*b.
1525  *
1526  *  @return truncated quotient of a/b and remainder stored in r if both are
1527  *  integer, 0 otherwise. */
1528 numeric iquo(const numeric & a, const numeric & b, numeric & r)
1529 {
1530     if (a.is_integer() && b.is_integer()) {  // -> CLN
1531         cl_I_div_t rem_quo = truncate2(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));
1532         r = rem_quo.remainder;
1533         return rem_quo.quotient;
1534     } else {
1535         r = _num0();
1536         return _num0();  // Throw?
1537     }
1538 }
1539
1540
1541 /** Numeric square root.
1542  *  If possible, sqrt(z) should respect squares of exact numbers, i.e. sqrt(4)
1543  *  should return integer 2.
1544  *
1545  *  @param z numeric argument
1546  *  @return square root of z. Branch cut along negative real axis, the negative
1547  *  real axis itself where imag(z)==0 and real(z)<0 belongs to the upper part
1548  *  where imag(z)>0. */
1549 numeric sqrt(const numeric & z)
1550 {
1551     return ::sqrt(*z.value);  // -> CLN
1552 }
1553
1554
1555 /** Integer numeric square root. */
1556 numeric isqrt(const numeric & x)
1557 {
1558     if (x.is_integer()) {
1559         cl_I root;
1560         ::isqrt(The(cl_I)(*x.value), &root);  // -> CLN
1561         return root;
1562     } else
1563         return _num0();  // Throw?
1564 }
1565
1566
1567 /** Greatest Common Divisor.
1568  *   
1569  *  @return  The GCD of two numbers if both are integer, a numerical 1
1570  *  if they are not. */
1571 numeric gcd(const numeric & a, const numeric & b)
1572 {
1573     if (a.is_integer() && b.is_integer())
1574         return ::gcd(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));  // -> CLN
1575     else
1576         return _num1();
1577 }
1578
1579
1580 /** Least Common Multiple.
1581  *   
1582  *  @return  The LCM of two numbers if both are integer, the product of those
1583  *  two numbers if they are not. */
1584 numeric lcm(const numeric & a, const numeric & b)
1585 {
1586     if (a.is_integer() && b.is_integer())
1587         return ::lcm(The(cl_I)(*a.value), The(cl_I)(*b.value));  // -> CLN
1588     else
1589         return *a.value * *b.value;
1590 }
1591
1592
1593 /** Floating point evaluation of Archimedes' constant Pi. */
1594 ex PiEvalf(void)
1595
1596     return numeric(cl_pi(cl_default_float_format));  // -> CLN
1597 }
1598
1599
1600 /** Floating point evaluation of Euler's constant Gamma. */
1601 ex EulerGammaEvalf(void)
1602
1603     return numeric(cl_eulerconst(cl_default_float_format));  // -> CLN
1604 }
1605
1606
1607 /** Floating point evaluation of Catalan's constant. */
1608 ex CatalanEvalf(void)
1609 {
1610     return numeric(cl_catalanconst(cl_default_float_format));  // -> CLN
1611 }
1612
1613
1614 // It initializes to 17 digits, because in CLN cl_float_format(17) turns out to
1615 // be 61 (<64) while cl_float_format(18)=65.  We want to have a cl_LF instead 
1616 // of cl_SF, cl_FF or cl_DF but everything else is basically arbitrary.
1617 _numeric_digits::_numeric_digits()
1618     : digits(17)
1619 {
1620     assert(!too_late);
1621     too_late = true;
1622     cl_default_float_format = cl_float_format(17);
1623 }
1624
1625
1626 _numeric_digits& _numeric_digits::operator=(long prec)
1627 {
1628     digits=prec;
1629     cl_default_float_format = cl_float_format(prec); 
1630     return *this;
1631 }
1632
1633
1634 _numeric_digits::operator long()
1635 {
1636     return (long)digits;
1637 }
1638
1639
1640 void _numeric_digits::print(ostream & os) const
1641 {
1642     debugmsg("_numeric_digits print", LOGLEVEL_PRINT);
1643     os << digits;
1644 }
1645
1646
1647 ostream& operator<<(ostream& os, const _numeric_digits & e)
1648 {
1649     e.print(os);
1650     return os;
1651 }
1652
1653 //////////
1654 // static member variables
1655 //////////
1656
1657 // private
1658
1659 bool _numeric_digits::too_late = false;
1660
1661
1662 //////////
1663 // utility functions
1664 //////////
1665
1666 const numeric &ex_to_numeric(const ex &e)
1667 {
1668     return static_cast<const numeric &>(*e.bp);
1669 }
1670
1671 /** Accuracy in decimal digits.  Only object of this type!  Can be set using
1672  *  assignment from C++ unsigned ints and evaluated like any built-in type. */
1673 _numeric_digits Digits;
1674
1675 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
1676 } // namespace GiNaC
1677 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC