ginac/numeric.h

   1 /** @file numeric.h
   2  *
   3  *  Makes the interface to the underlying bignum package available. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2001 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
   7  *
   8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  *  (at your option) any later version.
  12  *
  13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  *  GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  20  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  21  */
  22
  23 #ifndef __GINAC_NUMERIC_H__
  24 #define __GINAC_NUMERIC_H__
  25
  26 #include <strstream>
  27 #include "basic.h"
  28 #include "ex.h"
  29
  30 #include <cln/number.h>
  31 // forward decln of cln::cl_N, since cln/complex_class.h is not included:
  32 namespace cln { class cl_N; }
  33
  34 #if defined(G__CINTVERSION) && !defined(__MAKECINT__)
  35 // Cint @$#$! doesn't like forward declaring classes used for casting operators
  36 // so we have to include the definition of cln::cl_N here, but it is enough to
  37 // do so for the compiler, hence the !defined(__MAKECINT__).
  38   #include <cln/complex_class.h>
  39 #endif
  40
  41 namespace GiNaC {
  42
  43 #define HASHVALUE_NUMERIC 0x80000001U
  44
  45 /** This class is used to instantiate a global singleton object Digits
  46  *  which behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather
  47  *  than a dumber basic type since as a side-effect we let it change
  48  *  cl_default_float_format when it gets changed.  The only other
  49  *  meaningful thing to do with it is converting it to an unsigned,
  50  *  for temprary storing its value e.g.  The user must not create an
  51  *  own working object of this class!  Since C++ forces us to make the
  52  *  class definition visible in order to use an object we put in a
  53  *  flag which prevents other objects of that class to be created. */
  54 class _numeric_digits
  55 {
  56 // member functions
  57 public:
  58         _numeric_digits();
  59         _numeric_digits& operator=(long prec);
  60         operator long();
  61         void print(std::ostream &os) const;
  62 // member variables
  63 private:
  64         long digits;                        ///< Number of decimal digits
  65         static bool too_late;               ///< Already one object present
  66 };
  67
  68 /** This class is a wrapper around CLN-numbers within the GiNaC class
  69  *  hierarchy. Objects of this type may directly be created by the user.*/
  70 class numeric : public basic
  71 {
  72         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(numeric, basic)
  73
  74 // member functions
  75
  76         // other ctors
  77 public:
  78         explicit numeric(int i);
  79         explicit numeric(unsigned int i);
  80         explicit numeric(long i);
  81         explicit numeric(unsigned long i);
  82         explicit numeric(long numer, long denom);
  83         explicit numeric(double d);
  84         explicit numeric(const char *);
  85
  86         // functions overriding virtual functions from bases classes
  87 public:
  88         void print(const print_context & c, unsigned level = 0) const;
  89         bool info(unsigned inf) const;
  90         bool has(const ex &other) const;
  91         ex eval(int level = 0) const;
  92         ex evalf(int level = 0) const;
  93         ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level = 0) const;
  94         ex to_rational(lst &repl_lst) const;
  95         numeric integer_content(void) const;
  96         ex smod(const numeric &xi) const;
  97         numeric max_coefficient(void) const;
  98 protected:
  99         /** Implementation of ex::diff for a numeric always returns 0.
 100          *  @see ex::diff */
 101         ex derivative(const symbol &s) const { return _ex0(); }
 102         bool is_equal_same_type(const basic &other) const;
 103         unsigned calchash(void) const;
 104
 105         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 106         // (none)
 107
 108         // non-virtual functions in this class
 109 public:
 110         const numeric add(const numeric &other) const;
 111         const numeric sub(const numeric &other) const;
 112         const numeric mul(const numeric &other) const;
 113         const numeric div(const numeric &other) const;
 114         const numeric power(const numeric &other) const;
 115         const numeric & add_dyn(const numeric &other) const;
 116         const numeric & sub_dyn(const numeric &other) const;
 117         const numeric & mul_dyn(const numeric &other) const;
 118         const numeric & div_dyn(const numeric &other) const;
 119         const numeric & power_dyn(const numeric &other) const;
 120         const numeric & operator=(int i);
 121         const numeric & operator=(unsigned int i);
 122         const numeric & operator=(long i);
 123         const numeric & operator=(unsigned long i);
 124         const numeric & operator=(double d);
 125         const numeric & operator=(const char *s);
 126         const numeric inverse(void) const;
 127         int csgn(void) const;
 128         int compare(const numeric &other) const;
 129         bool is_equal(const numeric &other) const;
 130         bool is_zero(void) const;
 131         bool is_positive(void) const;
 132         bool is_negative(void) const;
 133         bool is_integer(void) const;
 134         bool is_pos_integer(void) const;
 135         bool is_nonneg_integer(void) const;
 136         bool is_even(void) const;
 137         bool is_odd(void) const;
 138         bool is_prime(void) const;
 139         bool is_rational(void) const;
 140         bool is_real(void) const;
 141         bool is_cinteger(void) const;
 142         bool is_crational(void) const;
 143         bool operator==(const numeric &other) const;
 144         bool operator!=(const numeric &other) const;
 145         bool operator<(const numeric &other) const;
 146         bool operator<=(const numeric &other) const;
 147         bool operator>(const numeric &other) const;
 148         bool operator>=(const numeric &other) const;
 149         int to_int(void) const;
 150         long to_long(void) const;
 151         double to_double(void) const;
 152         cln::cl_N to_cl_N(void) const;
 153         const numeric real(void) const;
 154         const numeric imag(void) const;
 155         const numeric numer(void) const;
 156         const numeric denom(void) const;
 157         int int_length(void) const;
 158         // converting routines for interfacing with CLN:
 159         numeric(const cln::cl_N &z);
 160
 161 // member variables
 162
 163 protected:
 164         static unsigned precedence;
 165         cln::cl_number value;
 166 };
 167
 168 // global constants
 169
 170 extern const numeric I;
 171 extern _numeric_digits Digits;
 172
 173 // deprecated macro, for internal use only
 174 #define is_a_numeric_hash(x) ((x)&0x80000000U)
 175
 176 // global functions
 177
 178 const numeric exp(const numeric &x);
 179 const numeric log(const numeric &x);
 180 const numeric sin(const numeric &x);
 181 const numeric cos(const numeric &x);
 182 const numeric tan(const numeric &x);
 183 const numeric asin(const numeric &x);
 184 const numeric acos(const numeric &x);
 185 const numeric atan(const numeric &x);
 186 const numeric atan(const numeric &y, const numeric &x);
 187 const numeric sinh(const numeric &x);
 188 const numeric cosh(const numeric &x);
 189 const numeric tanh(const numeric &x);
 190 const numeric asinh(const numeric &x);
 191 const numeric acosh(const numeric &x);
 192 const numeric atanh(const numeric &x);
 193 const numeric Li2(const numeric &x);
 194 const numeric zeta(const numeric &x);
 195 const numeric lgamma(const numeric &x);
 196 const numeric tgamma(const numeric &x);
 197 const numeric psi(const numeric &x);
 198 const numeric psi(const numeric &n, const numeric &x);
 199 const numeric factorial(const numeric &n);
 200 const numeric doublefactorial(const numeric &n);
 201 const numeric binomial(const numeric &n, const numeric &k);
 202 const numeric bernoulli(const numeric &n);
 203 const numeric fibonacci(const numeric &n);
 204 const numeric abs(const numeric &x);
 205 const numeric isqrt(const numeric &x);
 206 const numeric sqrt(const numeric &x);
 207 const numeric abs(const numeric &x);
 208 const numeric mod(const numeric &a, const numeric &b);
 209 const numeric smod(const numeric &a, const numeric &b);
 210 const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b);
 211 const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b, numeric &q);
 212 const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b);
 213 const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b, numeric &r);
 214 const numeric gcd(const numeric &a, const numeric &b);
 215 const numeric lcm(const numeric &a, const numeric &b);
 216
 217 // wrapper functions around member functions
 218 inline const numeric pow(const numeric &x, const numeric &y)
 219 { return x.power(y); }
 220
 221 inline const numeric inverse(const numeric &x)
 222 { return x.inverse(); }
 223
 224 inline int csgn(const numeric &x)
 225 { return x.csgn(); }
 226
 227 inline bool is_zero(const numeric &x)
 228 { return x.is_zero(); }
 229
 230 inline bool is_positive(const numeric &x)
 231 { return x.is_positive(); }
 232
 233 inline bool is_integer(const numeric &x)
 234 { return x.is_integer(); }
 235
 236 inline bool is_pos_integer(const numeric &x)
 237 { return x.is_pos_integer(); }
 238
 239 inline bool is_nonneg_integer(const numeric &x)
 240 { return x.is_nonneg_integer(); }
 241
 242 inline bool is_even(const numeric &x)
 243 { return x.is_even(); }
 244
 245 inline bool is_odd(const numeric &x)
 246 { return x.is_odd(); }
 247
 248 inline bool is_prime(const numeric &x)
 249 { return x.is_prime(); }
 250
 251 inline bool is_rational(const numeric &x)
 252 { return x.is_rational(); }
 253
 254 inline bool is_real(const numeric &x)
 255 { return x.is_real(); }
 256
 257 inline bool is_cinteger(const numeric &x)
 258 { return x.is_cinteger(); }
 259
 260 inline bool is_crational(const numeric &x)
 261 { return x.is_crational(); }
 262
 263 inline int to_int(const numeric &x)
 264 { return x.to_int(); }
 265
 266 inline long to_long(const numeric &x)
 267 { return x.to_long(); }
 268
 269 inline double to_double(const numeric &x)
 270 { return x.to_double(); }
 271
 272 inline const numeric real(const numeric &x)
 273 { return x.real(); }
 274
 275 inline const numeric imag(const numeric &x)
 276 { return x.imag(); }
 277
 278 inline const numeric numer(const numeric &x)
 279 { return x.numer(); }
 280
 281 inline const numeric denom(const numeric &x)
 282 { return x.denom(); }
 283
 284 // numeric evaluation functions for class constant objects:
 285
 286 ex PiEvalf(void);
 287 ex EulerEvalf(void);
 288 ex CatalanEvalf(void);
 289
 290
 291 // utility functions
 292 inline const numeric &ex_to_numeric(const ex &e)
 293 {
 294         return static_cast<const numeric &>(*e.bp);
 295 }
 296
 297 } // namespace GiNaC
 298
 299 #ifdef __MAKECINT__
 300 #pragma link off defined_in cln/number.h;
 301 #pragma link off defined_in cln/complex_class.h;
 302 #endif
 303
 304 #endif // ndef __GINAC_NUMERIC_H__