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 #ifndef NO_GINAC_NAMESPACE
  34 namespace GiNaC {
  35 #endif // ndef NO_GINAC_NAMESPACE
  36
  37 #define HASHVALUE_NUMERIC 0x80000001U
  38
  39 /** This class is used to instantiate a global object Digits which
  40  *  behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather than a
  41  *  dumber basic type since as a side-effect we let it change
  42  *  cl_default_float_format when it gets changed.  The only other
  43  *  meaningful thing to do with it is converting it to an unsigned,
  44  *  for temprary storing its value e.g.  The user must not create an
  45  *  own working object of this class!  Since C++ forces us to make the
  46  *  class definition visible in order to use an object we put in a
  47  *  flag which prevents other objects of that class to be created. */
  48 class _numeric_digits
  49 {
  50 // member functions
  51 public:
  52     _numeric_digits();
  53     _numeric_digits& operator=(long prec);
  54     operator long();
  55     void print(ostream & os) const;
  56 // member variables
  57 private:
  58     long digits;
  59     static bool too_late;
  60 };
  61
  62 /** This class is a wrapper around CLN-numbers within the GiNaC class
  63  *  hierarchy. Objects of this type may directly be created by the user.*/
  64 class numeric : public basic
  65 {
  66 // friends
  67     friend numeric exp(numeric const & x);
  68     friend numeric log(numeric const & x);
  69     friend numeric sin(numeric const & x);
  70     friend numeric cos(numeric const & x);
  71     friend numeric tan(numeric const & x);
  72     friend numeric asin(numeric const & x);
  73     friend numeric acos(numeric const & x);
  74     friend numeric atan(numeric const & x);
  75     friend numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
  76     friend numeric sinh(numeric const & x);
  77     friend numeric cosh(numeric const & x);
  78     friend numeric tanh(numeric const & x);
  79     friend numeric asinh(numeric const & x);
  80     friend numeric acosh(numeric const & x);
  81     friend numeric atanh(numeric const & x);
  82     friend numeric bernoulli(numeric const & n);
  83     friend numeric abs(numeric const & x);
  84     friend numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
  85     friend numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
  86     friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
  87     friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
  88     friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
  89     friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
  90     friend numeric sqrt(numeric const & x);
  91     friend numeric isqrt(numeric const & x);
  92     friend numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
  93     friend numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
  94     friend numeric const & numZERO(void);
  95     friend numeric const & numONE(void);
  96     friend numeric const & numTWO(void);
  97     friend numeric const & numTHREE(void);
  98     friend numeric const & numMINUSONE(void);
  99     friend numeric const & numHALF(void);
 100
 101 // member functions
 102
 103     // default constructor, destructor, copy constructor assignment
 104     // operator and helpers
 105 public:
 106     numeric();
 107     ~numeric();
 108     numeric(numeric const & other);
 109     numeric const & operator=(numeric const & other);
 110 protected:
 111     void copy(numeric const & other);
 112     void destroy(bool call_parent);
 113
 114     // other constructors
 115 public:
 116     explicit numeric(int i);
 117     explicit numeric(unsigned int i);
 118     explicit numeric(long i);
 119     explicit numeric(unsigned long i);
 120     explicit numeric(long numer, long denom);
 121     explicit numeric(double d);
 122     explicit numeric(char const *);
 123     numeric(cl_N const & z);
 124
 125     // functions overriding virtual functions from bases classes
 126 public:
 127     basic * duplicate() const;
 128     void printraw(ostream & os) const;
 129     void printtree(ostream & os, unsigned indent) const;
 130     void print(ostream & os, unsigned precedence=0) const;
 131     void printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned precedence=0) const;
 132     bool info(unsigned inf) const;
 133     ex evalf(int level=0) const;
 134     ex diff(symbol const & s) const;
 135     ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level=0) const;
 136     numeric integer_content(void) const;
 137     ex smod(numeric const &xi) const;
 138     numeric max_coefficient(void) const;
 139 protected:
 140     int compare_same_type(basic const & other) const;
 141     bool is_equal_same_type(basic const & other) const;
 142     unsigned calchash(void) const {
 143         hashvalue=HASHVALUE_NUMERIC;
 144         return HASHVALUE_NUMERIC;
 145     }
 146
 147     // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 148     // (none)
 149
 150     // non-virtual functions in this class
 151 public:
 152     numeric add(numeric const & other) const;
 153     numeric sub(numeric const & other) const;
 154     numeric mul(numeric const & other) const;
 155     numeric div(numeric const & other) const;
 156     numeric power(numeric const & other) const;
 157     numeric const & add_dyn(numeric const & other) const;
 158     numeric const & sub_dyn(numeric const & other) const;
 159     numeric const & mul_dyn(numeric const & other) const;
 160     numeric const & div_dyn(numeric const & other) const;
 161     numeric const & power_dyn(numeric const & other) const;
 162     numeric const & operator=(int i);
 163     numeric const & operator=(unsigned int i);
 164     numeric const & operator=(long i);
 165     numeric const & operator=(unsigned long i);
 166     numeric const & operator=(double d);
 167     numeric const & operator=(char const * s);
 168     /*
 169     numeric add_dyn(numeric const & other) const   { return add(other);   }
 170     numeric sub_dyn(numeric const & other) const   { return sub(other);   }
 171     numeric mul_dyn(numeric const & other) const   { return mul(other);   }
 172     numeric div_dyn(numeric const & other) const   { return div(other);   }
 173     numeric power_dyn(numeric const & other) const { return power(other); }
 174     */
 175     numeric inverse(void) const;
 176     int csgn(void) const;
 177     int compare(numeric const & other) const;
 178     bool is_equal(numeric const & other) const;
 179     bool is_zero(void) const;
 180     bool is_positive(void) const;
 181     bool is_negative(void) const;
 182     bool is_integer(void) const;
 183     bool is_pos_integer(void) const;
 184     bool is_nonneg_integer(void) const;
 185     bool is_even(void) const;
 186     bool is_odd(void) const;
 187     bool is_prime(void) const;
 188     bool is_rational(void) const;
 189     bool is_real(void) const;
 190     bool operator==(numeric const & other) const;
 191     bool operator!=(numeric const & other) const;
 192     bool operator<(numeric const & other) const;
 193     bool operator<=(numeric const & other) const;
 194     bool operator>(numeric const & other) const;
 195     bool operator>=(numeric const & other) const;
 196     int to_int(void) const;
 197     double to_double(void) const;
 198     numeric real(void) const;
 199     numeric imag(void) const;
 200     numeric numer(void) const;
 201     numeric denom(void) const;
 202     int int_length(void) const;
 203
 204 // member variables
 205
 206 protected:
 207     static unsigned precedence;
 208     cl_N *value;
 209 };
 210
 211 // global constants
 212
 213 extern const numeric some_numeric;
 214 extern const numeric I;
 215 extern type_info const & typeid_numeric;
 216 extern _numeric_digits Digits;
 217
 218 #define is_a_numeric_hash(x) ((x)==HASHVALUE_NUMERIC)
 219 // may have to be changed to ((x)>=0x80000000U)
 220
 221 // global functions
 222
 223 numeric const & numZERO(void);
 224 numeric const & numONE(void);
 225 numeric const & numTWO(void);
 226 numeric const & numMINUSONE(void);
 227 numeric const & numHALF(void);
 228
 229 numeric exp(numeric const & x);
 230 numeric log(numeric const & x);
 231 numeric sin(numeric const & x);
 232 numeric cos(numeric const & x);
 233 numeric tan(numeric const & x);
 234 numeric asin(numeric const & x);
 235 numeric acos(numeric const & x);
 236 numeric atan(numeric const & x);
 237 numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
 238 numeric sinh(numeric const & x);
 239 numeric cosh(numeric const & x);
 240 numeric tanh(numeric const & x);
 241 numeric asinh(numeric const & x);
 242 numeric acosh(numeric const & x);
 243 numeric atanh(numeric const & x);
 244 numeric zeta(numeric const & x);
 245 numeric gamma(numeric const & x);
 246 numeric psi(numeric const & x);
 247 numeric psi(numeric const & n, numeric const & x);
 248 numeric factorial(numeric const & n);
 249 numeric doublefactorial(numeric const & n);
 250 numeric binomial(numeric const & n, numeric const & k);
 251 numeric bernoulli(numeric const & n);
 252
 253 numeric abs(numeric const & x);
 254 numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
 255 numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
 256 numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
 257 numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
 258 numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
 259 numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
 260 numeric sqrt(numeric const & x);
 261 numeric isqrt(numeric const & x);
 262
 263 numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
 264 numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
 265
 266 /** Exception thrown by numeric members to signal failure */
 267 struct numeric_fail
 268 {
 269     int failval;
 270     numeric_fail(int n) { failval = n; }
 271 };
 272
 273 // wrapper functions around member functions
 274 inline numeric inverse(numeric const & x)
 275 { return x.inverse(); }
 276
 277 inline bool csgn(numeric const & x)
 278 { return x.csgn(); }
 279
 280 inline bool is_zero(numeric const & x)
 281 { return x.is_zero(); }
 282
 283 inline bool is_positive(numeric const & x)
 284 { return x.is_positive(); }
 285
 286 inline bool is_integer(numeric const & x)
 287 { return x.is_integer(); }
 288
 289 inline bool is_pos_integer(numeric const & x)
 290 { return x.is_pos_integer(); }
 291
 292 inline bool is_nonneg_integer(numeric const & x)
 293 { return x.is_nonneg_integer(); }
 294
 295 inline bool is_even(numeric const & x)
 296 { return x.is_even(); }
 297
 298 inline bool is_odd(numeric const & x)
 299 { return x.is_odd(); }
 300
 301 inline bool is_prime(numeric const & x)
 302 { return x.is_prime(); }
 303
 304 inline bool is_rational(numeric const & x)
 305 { return x.is_rational(); }
 306
 307 inline bool is_real(numeric const & x)
 308 { return x.is_real(); }
 309
 310 inline numeric real(numeric const & x)
 311 { return x.real(); }
 312
 313 inline numeric imag(numeric const & x)
 314 { return x.imag(); }
 315
 316 inline numeric numer(numeric const & x)
 317 { return x.numer(); }
 318
 319 inline numeric denom(numeric const & x)
 320 { return x.denom(); }
 321
 322 // numeric evaluation functions for class constant objects:
 323
 324 ex PiEvalf(void);
 325 ex EulerGammaEvalf(void);
 326 ex CatalanEvalf(void);
 327
 328 // utility functions
 329 inline const numeric &ex_to_numeric(const ex &e)
 330 {
 331         return static_cast<const numeric &>(*e.bp);
 332 }
 333
 334 #ifndef NO_GINAC_NAMESPACE
 335 } // namespace GiNaC
 336 #endif // ndef NO_GINAC_NAMESPACE
 337
 338 #endif // ndef __GINAC_NUMERIC_H__