ginac/numeric.h

   1 /** @file numeric.h
   2  *
   3  *  Makes the interface to the underlying bignum package available. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 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 "basic.h"
  27 #include "ex.h"
  28
  29 #include <cln/number.h>
  30 // forward decln of cln::cl_N, since cln/complex_class.h is not included:
  31 namespace cln { class cl_N; }
  32
  33 #if defined(G__CINTVERSION) && !defined(__MAKECINT__)
  34 // Cint @$#$! doesn't like forward declaring classes used for casting operators
  35 // so we have to include the definition of cln::cl_N here, but it is enough to
  36 // do so for the compiler, hence the !defined(__MAKECINT__).
  37   #include <cln/complex_class.h>
  38 #endif
  39
  40 namespace GiNaC {
  41
  42 /** This class is used to instantiate a global singleton object Digits
  43  *  which behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather
  44  *  than a dumber basic type since as a side-effect we let it change
  45  *  cl_default_float_format when it gets changed.  The only other
  46  *  meaningful thing to do with it is converting it to an unsigned,
  47  *  for temprary storing its value e.g.  The user must not create an
  48  *  own working object of this class!  Since C++ forces us to make the
  49  *  class definition visible in order to use an object we put in a
  50  *  flag which prevents other objects of that class to be created. */
  51 class _numeric_digits
  52 {
  53 // member functions
  54 public:
  55         _numeric_digits();
  56         _numeric_digits& operator=(long prec);
  57         operator long();
  58         void print(std::ostream &os) const;
  59 // member variables
  60 private:
  61         long digits;                        ///< Number of decimal digits
  62         static bool too_late;               ///< Already one object present
  63 };
  64
  65 /** This class is a wrapper around CLN-numbers within the GiNaC class
  66  *  hierarchy. Objects of this type may directly be created by the user.*/
  67 class numeric : public basic
  68 {
  69         GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(numeric, basic)
  70
  71 // member functions
  72
  73         // other ctors
  74 public:
  75         numeric(int i);
  76         numeric(unsigned int i);
  77         numeric(long i);
  78         numeric(unsigned long i);
  79         numeric(long numer, long denom);
  80         numeric(double d);
  81         numeric(const char *);
  82
  83         // functions overriding virtual functions from base classes
  84 public:
  85         void print(const print_context & c, unsigned level = 0) const;
  86         unsigned precedence(void) const {return 30;}
  87         bool info(unsigned inf) const;
  88         int degree(const ex & s) const;
  89         int ldegree(const ex & s) const;
  90         ex coeff(const ex & s, int n = 1) const;
  91         bool has(const ex &other) const;
  92         ex eval(int level = 0) const;
  93         ex evalf(int level = 0) const;
  94         ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level = 0) const;
  95         ex to_rational(lst &repl_lst) const;
  96         numeric integer_content(void) const;
  97         ex smod(const numeric &xi) const;
  98         numeric max_coefficient(void) const;
  99 protected:
 100         /** Implementation of ex::diff for a numeric always returns 0.
 101          *  @see ex::diff */
 102         ex derivative(const symbol &s) const { return 0; }
 103         bool is_equal_same_type(const basic &other) const;
 104         unsigned calchash(void) const;
 105
 106         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 107         // (none)
 108
 109         // non-virtual functions in this class
 110 public:
 111         const numeric add(const numeric &other) const;
 112         const numeric sub(const numeric &other) const;
 113         const numeric mul(const numeric &other) const;
 114         const numeric div(const numeric &other) const;
 115         const numeric power(const numeric &other) const;
 116         const numeric & add_dyn(const numeric &other) const;
 117         const numeric & sub_dyn(const numeric &other) const;
 118         const numeric & mul_dyn(const numeric &other) const;
 119         const numeric & div_dyn(const numeric &other) const;
 120         const numeric & power_dyn(const numeric &other) const;
 121         const numeric & operator=(int i);
 122         const numeric & operator=(unsigned int i);
 123         const numeric & operator=(long i);
 124         const numeric & operator=(unsigned long i);
 125         const numeric & operator=(double d);
 126         const numeric & operator=(const char *s);
 127         const numeric inverse(void) const;
 128         int csgn(void) const;
 129         int compare(const numeric &other) const;
 130         bool is_equal(const numeric &other) const;
 131         bool is_zero(void) const;
 132         bool is_positive(void) const;
 133         bool is_negative(void) const;
 134         bool is_integer(void) const;
 135         bool is_pos_integer(void) const;
 136         bool is_nonneg_integer(void) const;
 137         bool is_even(void) const;
 138         bool is_odd(void) const;
 139         bool is_prime(void) const;
 140         bool is_rational(void) const;
 141         bool is_real(void) const;
 142         bool is_cinteger(void) const;
 143         bool is_crational(void) 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         bool operator>=(const numeric &other) const;
 150         int to_int(void) const;
 151         long to_long(void) const;
 152         double to_double(void) const;
 153         cln::cl_N to_cl_N(void) const;
 154         const numeric real(void) const;
 155         const numeric imag(void) const;
 156         const numeric numer(void) const;
 157         const numeric denom(void) const;
 158         int int_length(void) const;
 159         // converting routines for interfacing with CLN:
 160         numeric(const cln::cl_N &z);
 161
 162 // member variables
 163
 164 protected:
 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 isqrt(const numeric &x);
 205 const numeric sqrt(const numeric &x);
 206 const numeric abs(const numeric &x);
 207 const numeric mod(const numeric &a, const numeric &b);
 208 const numeric smod(const numeric &a, const numeric &b);
 209 const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b);
 210 const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b, numeric &q);
 211 const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b);
 212 const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b, numeric &r);
 213 const numeric gcd(const numeric &a, const numeric &b);
 214 const numeric lcm(const numeric &a, const numeric &b);
 215
 216 // wrapper functions around member functions
 217 inline const numeric pow(const numeric &x, const numeric &y)
 218 { return x.power(y); }
 219
 220 inline const numeric inverse(const numeric &x)
 221 { return x.inverse(); }
 222
 223 inline int csgn(const numeric &x)
 224 { return x.csgn(); }
 225
 226 inline bool is_zero(const numeric &x)
 227 { return x.is_zero(); }
 228
 229 inline bool is_positive(const numeric &x)
 230 { return x.is_positive(); }
 231
 232 inline bool is_integer(const numeric &x)
 233 { return x.is_integer(); }
 234
 235 inline bool is_pos_integer(const numeric &x)
 236 { return x.is_pos_integer(); }
 237
 238 inline bool is_nonneg_integer(const numeric &x)
 239 { return x.is_nonneg_integer(); }
 240
 241 inline bool is_even(const numeric &x)
 242 { return x.is_even(); }
 243
 244 inline bool is_odd(const numeric &x)
 245 { return x.is_odd(); }
 246
 247 inline bool is_prime(const numeric &x)
 248 { return x.is_prime(); }
 249
 250 inline bool is_rational(const numeric &x)
 251 { return x.is_rational(); }
 252
 253 inline bool is_real(const numeric &x)
 254 { return x.is_real(); }
 255
 256 inline bool is_cinteger(const numeric &x)
 257 { return x.is_cinteger(); }
 258
 259 inline bool is_crational(const numeric &x)
 260 { return x.is_crational(); }
 261
 262 inline int to_int(const numeric &x)
 263 { return x.to_int(); }
 264
 265 inline long to_long(const numeric &x)
 266 { return x.to_long(); }
 267
 268 inline double to_double(const numeric &x)
 269 { return x.to_double(); }
 270
 271 inline const numeric real(const numeric &x)
 272 { return x.real(); }
 273
 274 inline const numeric imag(const numeric &x)
 275 { return x.imag(); }
 276
 277 inline const numeric numer(const numeric &x)
 278 { return x.numer(); }
 279
 280 inline const numeric denom(const numeric &x)
 281 { return x.denom(); }
 282
 283 // numeric evaluation functions for class constant objects:
 284
 285 ex PiEvalf(void);
 286 ex EulerEvalf(void);
 287 ex CatalanEvalf(void);
 288
 289
 290 // utility functions
 291
 292 /** Specialization of is_exactly_a<numeric>(obj) for numeric objects. */
 293 template<> inline bool is_exactly_a<numeric>(const basic & obj)
 294 {
 295         return obj.tinfo()==TINFO_numeric;
 296 }
 297
 298 } // namespace GiNaC
 299
 300 #ifdef __MAKECINT__
 301 #pragma link off defined_in cln/number.h;
 302 #pragma link off defined_in cln/complex_class.h;
 303 #endif
 304
 305 #endif // ndef __GINAC_NUMERIC_H__