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 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 <ginac/basic.h>
  28 #include <ginac/ex.h>
  29
  30 class cl_N;     // We want to include cln.h only in numeric.cpp in order to
  31                 // avoid namespace pollution and keep compile-time low.
  32
  33 namespace GiNaC {
  34
  35 #define HASHVALUE_NUMERIC 0x80000001U
  36
  37 /** This class is used to instantiate a global object Digits which
  38  *  behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather than a
  39  *  dumber basic type since as a side-effect we let it change
  40  *  cl_default_float_format when it gets changed.  The only other
  41  *  meaningful thing to do with it is converting it to an unsigned,
  42  *  for temprary storing its value e.g.  The user must not create an
  43  *  own working object of this class!  Since C++ forces us to make the
  44  *  class definition visible in order to use an object we put in a
  45  *  flag which prevents other objects of that class to be created. */
  46 class _numeric_digits
  47 {
  48 // member functions
  49 public:
  50     _numeric_digits();
  51     _numeric_digits& operator=(long prec);
  52     operator long();
  53     void print(ostream & os) const;
  54 // member variables
  55 private:
  56     long digits;
  57     static bool too_late;
  58 };
  59
  60 /** This class is a wrapper around CLN-numbers within the GiNaC class
  61  *  hierarchy. Objects of this type may directly be created by the user.*/
  62 class numeric : public basic
  63 {
  64 // friends
  65     friend numeric exp(numeric const & x);
  66     friend numeric log(numeric const & x);
  67     friend numeric sin(numeric const & x);
  68     friend numeric cos(numeric const & x);
  69     friend numeric tan(numeric const & x);
  70     friend numeric asin(numeric const & x);
  71     friend numeric acos(numeric const & x);
  72     friend numeric atan(numeric const & x);
  73     friend numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
  74     friend numeric sinh(numeric const & x);
  75     friend numeric cosh(numeric const & x);
  76     friend numeric tanh(numeric const & x);
  77     friend numeric asinh(numeric const & x);
  78     friend numeric acosh(numeric const & x);
  79     friend numeric atanh(numeric const & x);
  80     friend numeric abs(numeric const & x);
  81     friend numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
  82     friend numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
  83     friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
  84     friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
  85     friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
  86     friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
  87     friend numeric sqrt(numeric const & x);
  88     friend numeric isqrt(numeric const & x);
  89     friend numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
  90     friend numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
  91     friend numeric const & numZERO(void);
  92     friend numeric const & numONE(void);
  93     friend numeric const & numTWO(void);
  94     friend numeric const & numTHREE(void);
  95     friend numeric const & numMINUSONE(void);
  96     friend numeric const & numHALF(void);
  97
  98 // member functions
  99
 100     // default constructor, destructor, copy constructor assignment
 101     // operator and helpers
 102 public:
 103     numeric();
 104     ~numeric();
 105     numeric(numeric const & other);
 106     numeric const & operator=(numeric const & other);
 107 protected:
 108     void copy(numeric const & other);
 109     void destroy(bool call_parent);
 110
 111     // other constructors
 112 public:
 113     explicit numeric(int i);
 114     explicit numeric(unsigned int i);
 115     explicit numeric(long i);
 116     explicit numeric(unsigned long i);
 117     explicit numeric(long numer, long denom);
 118     explicit numeric(double d);
 119     explicit numeric(char const *);
 120     numeric(cl_N const & z);
 121
 122     // functions overriding virtual functions from bases classes
 123 public:
 124     basic * duplicate() const;
 125     void printraw(ostream & os) const;
 126     void printtree(ostream & os, unsigned indent) const;
 127     void print(ostream & os, unsigned precedence=0) const;
 128     void printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned precedence=0) const;
 129     bool info(unsigned inf) const;
 130     ex evalf(int level=0) const;
 131     ex diff(symbol const & s) const;
 132     ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level=0) const;
 133     numeric integer_content(void) const;
 134     ex smod(numeric const &xi) const;
 135     numeric max_coefficient(void) const;
 136 protected:
 137     int compare_same_type(basic const & other) const;
 138     bool is_equal_same_type(basic const & other) const;
 139     unsigned calchash(void) const {
 140         hashvalue=HASHVALUE_NUMERIC;
 141         return HASHVALUE_NUMERIC;
 142     }
 143
 144     // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 145     // (none)
 146
 147     // non-virtual functions in this class
 148 public:
 149     numeric add(numeric const & other) const;
 150     numeric sub(numeric const & other) const;
 151     numeric mul(numeric const & other) const;
 152     numeric div(numeric const & other) const;
 153     numeric power(numeric const & other) const;
 154     numeric const & add_dyn(numeric const & other) const;
 155     numeric const & sub_dyn(numeric const & other) const;
 156     numeric const & mul_dyn(numeric const & other) const;
 157     numeric const & div_dyn(numeric const & other) const;
 158     numeric const & power_dyn(numeric const & other) const;
 159     numeric const & operator=(int i);
 160     numeric const & operator=(unsigned int i);
 161     numeric const & operator=(long i);
 162     numeric const & operator=(unsigned long i);
 163     numeric const & operator=(double d);
 164     numeric const & operator=(char const * s);
 165     /*
 166     numeric add_dyn(numeric const & other) const   { return add(other);   }
 167     numeric sub_dyn(numeric const & other) const   { return sub(other);   }
 168     numeric mul_dyn(numeric const & other) const   { return mul(other);   }
 169     numeric div_dyn(numeric const & other) const   { return div(other);   }
 170     numeric power_dyn(numeric const & other) const { return power(other); }
 171     */
 172     numeric inverse(void) const;
 173     int compare(numeric const & other) const;
 174     bool is_equal(numeric const & other) const;
 175     bool is_zero(void) const;
 176     bool is_positive(void) const;
 177     bool is_negative(void) const;
 178     bool is_integer(void) const;
 179     bool is_pos_integer(void) const;
 180     bool is_nonneg_integer(void) const;
 181     bool is_even(void) const;
 182     bool is_odd(void) const;
 183     bool is_prime(void) const;
 184     bool is_rational(void) const;
 185     bool is_real(void) const;
 186     bool operator==(numeric const & other) const;
 187     bool operator!=(numeric const & other) const;
 188     bool operator<(numeric const & other) const;
 189     bool operator<=(numeric const & other) const;
 190     bool operator>(numeric const & other) const;
 191     bool operator>=(numeric const & other) const;
 192     int to_int(void) const;
 193     double to_double(void) const;
 194     numeric real(void) const;
 195     numeric imag(void) const;
 196     numeric numer(void) const;
 197     numeric denom(void) const;
 198     int int_length(void) const;
 199
 200 // member variables
 201
 202 protected:
 203     static unsigned precedence;
 204     cl_N *value;
 205 };
 206
 207 // global constants
 208
 209 extern const numeric some_numeric;
 210 extern const numeric I;
 211 extern type_info const & typeid_numeric;
 212 extern _numeric_digits Digits;
 213
 214 #define is_a_numeric_hash(x) ((x)==HASHVALUE_NUMERIC)
 215 // may have to be changed to ((x)>=0x80000000U)
 216
 217 // global functions
 218
 219 numeric const & numZERO(void);
 220 numeric const & numONE(void);
 221 numeric const & numTWO(void);
 222 numeric const & numMINUSONE(void);
 223 numeric const & numHALF(void);
 224
 225 numeric exp(numeric const & x);
 226 numeric log(numeric const & x);
 227 numeric sin(numeric const & x);
 228 numeric cos(numeric const & x);
 229 numeric tan(numeric const & x);
 230 numeric asin(numeric const & x);
 231 numeric acos(numeric const & x);
 232 numeric atan(numeric const & x);
 233 numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
 234 numeric sinh(numeric const & x);
 235 numeric cosh(numeric const & x);
 236 numeric tanh(numeric const & x);
 237 numeric asinh(numeric const & x);
 238 numeric acosh(numeric const & x);
 239 numeric atanh(numeric const & x);
 240 numeric gamma(numeric const & x);
 241 numeric factorial(numeric const & n);
 242 numeric doublefactorial(numeric const & n);
 243 numeric binomial(numeric const & n, numeric const & k);
 244
 245 numeric abs(numeric const & x);
 246 numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
 247 numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
 248 numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
 249 numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
 250 numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
 251 numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
 252 numeric sqrt(numeric const & x);
 253 numeric isqrt(numeric const & x);
 254
 255 numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
 256 numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
 257
 258 /** Exception thrown by numeric members to signal failure */
 259 struct numeric_fail
 260 {
 261     int failval;
 262     numeric_fail(int n) { failval = n; }
 263 };
 264
 265 // wrapper functions around member functions
 266 inline numeric inverse(numeric const & x)
 267 { return x.inverse(); }
 268
 269 inline bool is_zero(numeric const & x)
 270 { return x.is_zero(); }
 271
 272 inline bool is_positive(numeric const & x)
 273 { return x.is_positive(); }
 274
 275 inline bool is_integer(numeric const & x)
 276 { return x.is_integer(); }
 277
 278 inline bool is_pos_integer(numeric const & x)
 279 { return x.is_pos_integer(); }
 280
 281 inline bool is_nonneg_integer(numeric const & x)
 282 { return x.is_nonneg_integer(); }
 283
 284 inline bool is_even(numeric const & x)
 285 { return x.is_even(); }
 286
 287 inline bool is_odd(numeric const & x)
 288 { return x.is_odd(); }
 289
 290 inline bool is_prime(numeric const & x)
 291 { return x.is_prime(); }
 292
 293 inline bool is_rational(numeric const & x)
 294 { return x.is_rational(); }
 295
 296 inline bool is_real(numeric const & x)
 297 { return x.is_real(); }
 298
 299 inline numeric real(numeric const & x)
 300 { return x.real(); }
 301
 302 inline numeric imag(numeric const & x)
 303 { return x.imag(); }
 304
 305 inline numeric numer(numeric const & x)
 306 { return x.numer(); }
 307
 308 inline numeric denom(numeric const & x)
 309 { return x.denom(); }
 310
 311 /* do we need this any more? */
 312 //inline numeric factorial(int n)
 313 //{ return factorial(numeric(n)); }
 314
 315 /* do we need this any more? */
 316 //inline numeric binomial(int n, int k)
 317 //{ return binomial(numeric(n), numeric(k)); }
 318
 319 ex IEvalf(void);
 320 ex PiEvalf(void);
 321 ex EulerGammaEvalf(void);
 322 ex CatalanEvalf(void);
 323
 324 // utility functions
 325 inline const numeric &ex_to_numeric(const ex &e)
 326 {
 327         return static_cast<const numeric &>(*e.bp);
 328 }
 329
 330 } // namespace GiNaC
 331
 332 #endif // ndef __GINAC_NUMERIC_H__