]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/numeric.h
* zeta(n,x) is now zetaderiv(n,s)
[ginac.git] / ginac / numeric.h
index 88b7d9537c91f63600c1ddb3cd9c154b974456ff..45bd853b790808e9c94af6d4fe974282208cfa06 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
  *  Makes the interface to the underlying bignum package available. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
  *
  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
 #ifndef __GINAC_NUMERIC_H__
 #define __GINAC_NUMERIC_H__
 
-#include <strstream>
-#include <ginac/basic.h>
-#include <ginac/ex.h>
+#include "basic.h"
+#include "ex.h"
 
-class cl_N;     // We want to include cln.h only in numeric.cpp in order to 
-                // avoid namespace pollution and keep compile-time low.
+#include <stdexcept>
 
-namespace GiNaC {
+#include <cln/number.h>
+// forward decln of cln::cl_N, since cln/complex_class.h is not included:
+namespace cln { class cl_N; }
+
+#if defined(G__CINTVERSION) && !defined(__MAKECINT__)
+// Cint @$#$! doesn't like forward declaring classes used for casting operators
+// so we have to include the definition of cln::cl_N here, but it is enough to
+// do so for the compiler, hence the !defined(__MAKECINT__).
+  #include <cln/complex_class.h>
+#endif
 
-#define HASHVALUE_NUMERIC 0x80000001U
+namespace GiNaC {
 
-/** This class is used to instantiate a global object Digits which
- *  behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather than a
- *  dumber basic type since as a side-effect we let it change
+/** This class is used to instantiate a global singleton object Digits
+ *  which behaves just like Maple's Digits.  We need an object rather 
+ *  than a dumber basic type since as a side-effect we let it change
  *  cl_default_float_format when it gets changed.  The only other
  *  meaningful thing to do with it is converting it to an unsigned,
  *  for temprary storing its value e.g.  The user must not create an
@@ -47,286 +54,273 @@ class _numeric_digits
 {
 // member functions
 public:
-    _numeric_digits();
-    _numeric_digits& operator=(long prec);
-    operator long();
-    void print(ostream & os) const;
+       _numeric_digits();
+       _numeric_digits& operator=(long prec);
+       operator long();
+       void print(std::ostream &os) const;
 // member variables
 private:
-    long digits;
-    static bool too_late;
+       long digits;                        ///< Number of decimal digits
+       static bool too_late;               ///< Already one object present
+};
+
+
+/** Exception class thrown when a singularity is encountered. */
+class pole_error : public std::domain_error {
+public:
+       explicit pole_error(const std::string& what_arg, int degree);
+       int degree() const;
+private:
+       int deg;
 };
 
+
 /** This class is a wrapper around CLN-numbers within the GiNaC class
  *  hierarchy. Objects of this type may directly be created by the user.*/
 class numeric : public basic
 {
-// friends
-    friend numeric exp(numeric const & x);
-    friend numeric log(numeric const & x);
-    friend numeric sin(numeric const & x);
-    friend numeric cos(numeric const & x);
-    friend numeric tan(numeric const & x);
-    friend numeric asin(numeric const & x);
-    friend numeric acos(numeric const & x);
-    friend numeric atan(numeric const & x);
-    friend numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
-    friend numeric sinh(numeric const & x);
-    friend numeric cosh(numeric const & x);
-    friend numeric tanh(numeric const & x);
-    friend numeric asinh(numeric const & x);
-    friend numeric acosh(numeric const & x);
-    friend numeric atanh(numeric const & x);
-    friend numeric bernoulli(numeric const & n);
-    friend numeric abs(numeric const & x);
-    friend numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
-    friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
-    friend numeric sqrt(numeric const & x);
-    friend numeric isqrt(numeric const & x);
-    friend numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
-    friend numeric const & numZERO(void);
-    friend numeric const & numONE(void);
-    friend numeric const & numTWO(void);
-    friend numeric const & numTHREE(void);
-    friend numeric const & numMINUSONE(void);
-    friend numeric const & numHALF(void);
-
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(numeric, basic)
+       
 // member functions
-
-    // default constructor, destructor, copy constructor assignment
-    // operator and helpers
-public:
-    numeric();
-    ~numeric();
-    numeric(numeric const & other);
-    numeric const & operator=(numeric const & other);
-protected:
-    void copy(numeric const & other);
-    void destroy(bool call_parent);
-
-    // other constructors
+       
+       // other constructors
 public:
-    explicit numeric(int i);
-    explicit numeric(unsigned int i);
-    explicit numeric(long i);
-    explicit numeric(unsigned long i);
-    explicit numeric(long numer, long denom);
-    explicit numeric(double d);
-    explicit numeric(char const *);
-    numeric(cl_N const & z);
-
-    // functions overriding virtual functions from bases classes
+       numeric(int i);
+       numeric(unsigned int i);
+       numeric(long i);
+       numeric(unsigned long i);
+       numeric(long numer, long denom);
+       numeric(double d);
+       numeric(const char *);
+       
+       // functions overriding virtual functions from base classes
 public:
-    basic * duplicate() const;
-    void printraw(ostream & os) const;
-    void printtree(ostream & os, unsigned indent) const;
-    void print(ostream & os, unsigned precedence=0) const;
-    void printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned precedence=0) const;
-    bool info(unsigned inf) const;
-    ex evalf(int level=0) const;
-    ex diff(symbol const & s) const;
-    ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level=0) const;
-    numeric integer_content(void) const;
-    ex smod(numeric const &xi) const;
-    numeric max_coefficient(void) const;
+       unsigned precedence() const {return 30;}
+       bool info(unsigned inf) const;
+       int degree(const ex & s) const;
+       int ldegree(const ex & s) const;
+       ex coeff(const ex & s, int n = 1) const;
+       bool has(const ex &other) const;
+       ex eval(int level = 0) const;
+       ex evalf(int level = 0) const;
+       ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const { return subs_one_level(m, options); } // overwrites basic::subs() for performance reasons
+       ex normal(exmap & repl, exmap & rev_lookup, int level = 0) const;
+       ex to_rational(exmap & repl) const;
+       ex to_polynomial(exmap & repl) const;
+       numeric integer_content() const;
+       ex smod(const numeric &xi) const;
+       numeric max_coefficient() const;
 protected:
-    int compare_same_type(basic const & other) const;
-    bool is_equal_same_type(basic const & other) const;
-    unsigned calchash(void) const {
-        hashvalue=HASHVALUE_NUMERIC;
-        return HASHVALUE_NUMERIC;
-    }
-
-    // new virtual functions which can be overridden by derived classes
-    // (none)
-
-    // non-virtual functions in this class
+       /** Implementation of ex::diff for a numeric always returns 0.
+        *  @see ex::diff */
+       ex derivative(const symbol &s) const { return 0; }
+       bool is_equal_same_type(const basic &other) const;
+       unsigned calchash() const;
+       
+       // new virtual functions which can be overridden by derived classes
+       // (none)
+       
+       // non-virtual functions in this class
 public:
-    numeric add(numeric const & other) const;
-    numeric sub(numeric const & other) const;
-    numeric mul(numeric const & other) const;
-    numeric div(numeric const & other) const;
-    numeric power(numeric const & other) const;
-    numeric const & add_dyn(numeric const & other) const;
-    numeric const & sub_dyn(numeric const & other) const;
-    numeric const & mul_dyn(numeric const & other) const;
-    numeric const & div_dyn(numeric const & other) const;
-    numeric const & power_dyn(numeric const & other) const;
-    numeric const & operator=(int i);
-    numeric const & operator=(unsigned int i);
-    numeric const & operator=(long i);
-    numeric const & operator=(unsigned long i);
-    numeric const & operator=(double d);
-    numeric const & operator=(char const * s);
-    /*
-    numeric add_dyn(numeric const & other) const   { return add(other);   }
-    numeric sub_dyn(numeric const & other) const   { return sub(other);   }
-    numeric mul_dyn(numeric const & other) const   { return mul(other);   }
-    numeric div_dyn(numeric const & other) const   { return div(other);   }
-    numeric power_dyn(numeric const & other) const { return power(other); }
-    */
-    numeric inverse(void) const;
-    int csgn(void) const;
-    int compare(numeric const & other) const;
-    bool is_equal(numeric const & other) const;
-    bool is_zero(void) const;
-    bool is_positive(void) const;
-    bool is_negative(void) const;
-    bool is_integer(void) const;
-    bool is_pos_integer(void) const;
-    bool is_nonneg_integer(void) const;
-    bool is_even(void) const;
-    bool is_odd(void) const;
-    bool is_prime(void) const;
-    bool is_rational(void) const;
-    bool is_real(void) const;
-    bool operator==(numeric const & other) const;
-    bool operator!=(numeric const & other) const;
-    bool operator<(numeric const & other) const;
-    bool operator<=(numeric const & other) const;
-    bool operator>(numeric const & other) const;
-    bool operator>=(numeric const & other) const;
-    int to_int(void) const;
-    double to_double(void) const;
-    numeric real(void) const;
-    numeric imag(void) const;
-    numeric numer(void) const;
-    numeric denom(void) const;
-    int int_length(void) const;
+       const numeric add(const numeric &other) const;
+       const numeric sub(const numeric &other) const;
+       const numeric mul(const numeric &other) const;
+       const numeric div(const numeric &other) const;
+       const numeric power(const numeric &other) const;
+       const numeric & add_dyn(const numeric &other) const;
+       const numeric & sub_dyn(const numeric &other) const;
+       const numeric & mul_dyn(const numeric &other) const;
+       const numeric & div_dyn(const numeric &other) const;
+       const numeric & power_dyn(const numeric &other) const;
+       const numeric & operator=(int i);
+       const numeric & operator=(unsigned int i);
+       const numeric & operator=(long i);
+       const numeric & operator=(unsigned long i);
+       const numeric & operator=(double d);
+       const numeric & operator=(const char *s);
+       const numeric inverse() const;
+       int csgn() const;
+       int compare(const numeric &other) const;
+       bool is_equal(const numeric &other) const;
+       bool is_zero() const;
+       bool is_positive() const;
+       bool is_negative() const;
+       bool is_integer() const;
+       bool is_pos_integer() const;
+       bool is_nonneg_integer() const;
+       bool is_even() const;
+       bool is_odd() const;
+       bool is_prime() const;
+       bool is_rational() const;
+       bool is_real() const;
+       bool is_cinteger() const;
+       bool is_crational() const;
+       bool operator==(const numeric &other) const;
+       bool operator!=(const numeric &other) const;
+       bool operator<(const numeric &other) const;
+       bool operator<=(const numeric &other) const;
+       bool operator>(const numeric &other) const;
+       bool operator>=(const numeric &other) const;
+       int to_int() const;
+       long to_long() const;
+       double to_double() const;
+       cln::cl_N to_cl_N() const;
+       const numeric real() const;
+       const numeric imag() const;
+       const numeric numer() const;
+       const numeric denom() const;
+       int int_length() const;
+       // converting routines for interfacing with CLN:
+       numeric(const cln::cl_N &z);
+
+protected:
+       void print_numeric(const print_context & c, const char *par_open, const char *par_close, const char *imag_sym, const char *mul_sym, unsigned level) const;
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const;
+       void do_print_csrc(const print_csrc & c, unsigned level) const;
+       void do_print_csrc_cl_N(const print_csrc_cl_N & c, unsigned level) const;
+       void do_print_tree(const print_tree & c, unsigned level) const;
+       void do_print_python_repr(const print_python_repr & c, unsigned level) const;
 
 // member variables
 
 protected:
-    static unsigned precedence;
-    cl_N *value;
+       cln::cl_number value;
 };
 
+
 // global constants
 
-extern const numeric some_numeric;
 extern const numeric I;
-extern type_info const & typeid_numeric;
 extern _numeric_digits Digits;
 
-#define is_a_numeric_hash(x) ((x)==HASHVALUE_NUMERIC)
-// may have to be changed to ((x)>=0x80000000U)
-
 // global functions
 
-numeric const & numZERO(void);
-numeric const & numONE(void);
-numeric const & numTWO(void);
-numeric const & numMINUSONE(void);
-numeric const & numHALF(void);
-
-numeric exp(numeric const & x);
-numeric log(numeric const & x);
-numeric sin(numeric const & x);
-numeric cos(numeric const & x);
-numeric tan(numeric const & x);
-numeric asin(numeric const & x);
-numeric acos(numeric const & x);
-numeric atan(numeric const & x);
-numeric atan(numeric const & y, numeric const & x);
-numeric sinh(numeric const & x);
-numeric cosh(numeric const & x);
-numeric tanh(numeric const & x);
-numeric asinh(numeric const & x);
-numeric acosh(numeric const & x);
-numeric atanh(numeric const & x);
-numeric zeta(numeric const & x);
-numeric gamma(numeric const & x);
-numeric psi(numeric const & n, numeric const & x);
-numeric factorial(numeric const & n);
-numeric doublefactorial(numeric const & n);
-numeric binomial(numeric const & n, numeric const & k);
-numeric bernoulli(numeric const & n);
-
-numeric abs(numeric const & x);
-numeric mod(numeric const & a, numeric const & b);
-numeric smod(numeric const & a, numeric const & b);
-numeric irem(numeric const & a, numeric const & b);
-numeric irem(numeric const & a, numeric const & b, numeric & q);
-numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b);
-numeric iquo(numeric const & a, numeric const & b, numeric & r);
-numeric sqrt(numeric const & x);
-numeric isqrt(numeric const & x);
-
-numeric gcd(numeric const & a, numeric const & b);
-numeric lcm(numeric const & a, numeric const & b);
-
-/** Exception thrown by numeric members to signal failure */
-struct numeric_fail
-{
-    int failval;
-    numeric_fail(int n) { failval = n; }
-};
+const numeric exp(const numeric &x);
+const numeric log(const numeric &x);
+const numeric sin(const numeric &x);
+const numeric cos(const numeric &x);
+const numeric tan(const numeric &x);
+const numeric asin(const numeric &x);
+const numeric acos(const numeric &x);
+const numeric atan(const numeric &x);
+const numeric atan(const numeric &y, const numeric &x);
+const numeric sinh(const numeric &x);
+const numeric cosh(const numeric &x);
+const numeric tanh(const numeric &x);
+const numeric asinh(const numeric &x);
+const numeric acosh(const numeric &x);
+const numeric atanh(const numeric &x);
+const numeric Li2(const numeric &x);
+const numeric zeta(const numeric &x);
+const numeric lgamma(const numeric &x);
+const numeric tgamma(const numeric &x);
+const numeric psi(const numeric &x);
+const numeric psi(const numeric &n, const numeric &x);
+const numeric factorial(const numeric &n);
+const numeric doublefactorial(const numeric &n);
+const numeric binomial(const numeric &n, const numeric &k);
+const numeric bernoulli(const numeric &n);
+const numeric fibonacci(const numeric &n);
+const numeric isqrt(const numeric &x);
+const numeric sqrt(const numeric &x);
+const numeric abs(const numeric &x);
+const numeric mod(const numeric &a, const numeric &b);
+const numeric smod(const numeric &a, const numeric &b);
+const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b);
+const numeric irem(const numeric &a, const numeric &b, numeric &q);
+const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b);
+const numeric iquo(const numeric &a, const numeric &b, numeric &r);
+const numeric gcd(const numeric &a, const numeric &b);
+const numeric lcm(const numeric &a, const numeric &b);
 
 // wrapper functions around member functions
-inline numeric inverse(numeric const & x)
+inline const numeric pow(const numeric &x, const numeric &y)
+{ return x.power(y); }
+
+inline const numeric inverse(const numeric &x)
 { return x.inverse(); }
 
-inline bool csgn(numeric const & x)
+inline int csgn(const numeric &x)
 { return x.csgn(); }
 
-inline bool is_zero(numeric const & x)
+inline bool is_zero(const numeric &x)
 { return x.is_zero(); }
 
-inline bool is_positive(numeric const & x)
+inline bool is_positive(const numeric &x)
 { return x.is_positive(); }
 
-inline bool is_integer(numeric const & x)
+inline bool is_integer(const numeric &x)
 { return x.is_integer(); }
 
-inline bool is_pos_integer(numeric const & x)
+inline bool is_pos_integer(const numeric &x)
 { return x.is_pos_integer(); }
 
-inline bool is_nonneg_integer(numeric const & x)
+inline bool is_nonneg_integer(const numeric &x)
 { return x.is_nonneg_integer(); }
 
-inline bool is_even(numeric const & x)
+inline bool is_even(const numeric &x)
 { return x.is_even(); }
 
-inline bool is_odd(numeric const & x)
+inline bool is_odd(const numeric &x)
 { return x.is_odd(); }
 
-inline bool is_prime(numeric const & x)
+inline bool is_prime(const numeric &x)
 { return x.is_prime(); }
 
-inline bool is_rational(numeric const & x)
+inline bool is_rational(const numeric &x)
 { return x.is_rational(); }
 
-inline bool is_real(numeric const & x)
+inline bool is_real(const numeric &x)
 { return x.is_real(); }
 
-inline numeric real(numeric const & x)
+inline bool is_cinteger(const numeric &x)
+{ return x.is_cinteger(); }
+
+inline bool is_crational(const numeric &x)
+{ return x.is_crational(); }
+
+inline int to_int(const numeric &x)
+{ return x.to_int(); }
+
+inline long to_long(const numeric &x)
+{ return x.to_long(); }
+
+inline double to_double(const numeric &x)
+{ return x.to_double(); }
+
+inline const numeric real(const numeric &x)
 { return x.real(); }
 
-inline numeric imag(numeric const & x)
+inline const numeric imag(const numeric &x)
 { return x.imag(); }
 
-inline numeric numer(numeric const & x)
+inline const numeric numer(const numeric &x)
 { return x.numer(); }
 
-inline numeric denom(numeric const & x)
+inline const numeric denom(const numeric &x)
 { return x.denom(); }
 
-ex IEvalf(void);
-ex PiEvalf(void);
-ex EulerGammaEvalf(void);
-ex CatalanEvalf(void);
+// numeric evaluation functions for class constant objects:
+
+ex PiEvalf();
+ex EulerEvalf();
+ex CatalanEvalf();
+
 
 // utility functions
-inline const numeric &ex_to_numeric(const ex &e)
+
+/** Specialization of is_exactly_a<numeric>(obj) for numeric objects. */
+template<> inline bool is_exactly_a<numeric>(const basic & obj)
 {
-       return static_cast<const numeric &>(*e.bp);
+       return obj.tinfo()==TINFO_numeric;
 }
 
 } // namespace GiNaC
 
+#ifdef __MAKECINT__
+#pragma link off defined_in cln/number.h;
+#pragma link off defined_in cln/complex_class.h;
+#endif
+
 #endif // ndef __GINAC_NUMERIC_H__