]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/utils.h
under certain conditions, power::expand_add_2() could produce non-canonical
[ginac.git] / ginac / utils.h
index 814654c65563b65c8a0b81009fee94c330526429..791cfb5d81eb71094807b96725cffdcd98032a46 100644 (file)
@@ -1,9 +1,10 @@
 /** @file utils.h
  *
- *  Interface to several small and furry utilities. */
+ *  Interface to several small and furry utilities needed within GiNaC but not
+ *  of any interest to the user of the library. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2002 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_UTILS_H__
 #define __GINAC_UTILS_H__
 
-#include <strstream>
-#include <string>
 #include "config.h"
+
+#include <string>
+#include <stdexcept>
 #include "assertion.h"
 
 namespace GiNaC {
 
-template<class T>
-string ToString(T const & t)
-{
-    char buf[256];
-    ostrstream(buf,sizeof(buf)) << t << ends;
-    return buf;
-}
+/** Exception class thrown by classes which provide their own series expansion
+ *  to signal that ordinary Taylor expansion is safe. */
+class do_taylor {};
+
+/** Exception class thrown by functions to signal unimplemented functionality
+ *  so the expression may just be .hold() */
+class dunno {};
+
+/** 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(void) const;
+private:
+       int deg;
+};
 
+// some compilers (e.g. cygwin) define a macro log2, causing confusion
+#ifndef log2
 unsigned log2(unsigned n);
+#endif
 
-int compare_pointers(void const * a, void const * b);
+/** Compare two pointers (just to establish some sort of canonical order).
+ *  @return -1, 0, or 1 */
+inline int compare_pointers(const void * a, const void * b)
+{
+       if (a<b)
+               return -1;
+       else if (a>b)
+               return 1;
+       return 0;
+}
 
 /** Rotate lower 31 bits of unsigned value by one bit to the left
- *  (upper bits get cleared). */
+ *  (upper bit gets cleared). */
 inline unsigned rotate_left_31(unsigned n)
 {
-    // clear highest bit and shift 1 bit to the left
-    n=(n & 0x7FFFFFFFU) << 1;
-
-    // overflow? clear highest bit and set lowest bit
-    if (n & 0x80000000U) {
-        n=(n & 0x7FFFFFFFU) | 0x00000001U;
-    }
-    ASSERT(n<0x80000000U);
-
-    return n;
+       // clear highest bit and shift 1 bit to the left
+       n = (n & 0x7FFFFFFFU) << 1;
+       
+       // overflow? clear highest bit and set lowest bit
+       if (n & 0x80000000U)
+               n = (n & 0x7FFFFFFFU) | 0x00000001U;
+       
+       GINAC_ASSERT(n<0x80000000U);
+       
+       return n;
 }
 
-/** Golden ratio hash function. */
+/** Golden ratio hash function for the 31 least significant bits. */
 inline unsigned golden_ratio_hash(unsigned n)
 {
        // This function requires arithmetic with at least 64 significant bits
-#if SIZEOF_LONG_DOUBLE > 8
-       // If "long double" is bigger than 64 bits, we assume that the mantissa
-       // has at least 64 bits. This is not guaranteed but it's a good guess.
-    const static long double golden_ratio = .618033988749894848204586834370;
-    long double m = golden_ratio * n;
-    return unsigned((m - int(m)) * 0x80000000);
-#elif SIZEOF_LONG >= 8
-       // "long" has 64 bits, so we prefer it because it might be more efficient
-       // than "long long"
+#if SIZEOF_LONG >= 8
+       // So 'long' has 64 bits.  Excellent!  We prefer it because it might be
+       // more efficient than 'long long'.
        unsigned long l = n * 0x4f1bbcddL;
        return (l & 0x7fffffffU) ^ (l >> 32);
 #elif SIZEOF_LONG_LONG >= 8
-       // This requires ´long long´ (or an equivalent 64 bit type)---which is,
-    // unfortunately, not ANSI-compliant:
-       unsigned long long l = n * 0x4f1bbcddLL;
+       // This requires 'long long' (or an equivalent 64 bit type)---which is,
+       // unfortunately, not ANSI-C++-compliant.
+       // (Yet C99 demands it, which is reason for hope.)
+       unsigned long long l = n * 0x4f1bbcddL;
        return (l & 0x7fffffffU) ^ (l >> 32);
+#elif SIZEOF_LONG_DOUBLE > 8
+       // If 'long double' is bigger than 64 bits, we assume that the mantissa
+       // has at least 64 bits. This is not guaranteed but it's a good guess.
+       // Unfortunately, it may lead to horribly slow code.
+       const static long double golden_ratio = .618033988749894848204586834370;
+       long double m = golden_ratio * n;
+       return unsigned((m - int(m)) * 0x80000000);
 #else
 #error "No 64 bit data type. You lose."
 #endif
 }
 
-// modified from stl_algo.h: always do com(*first1,*first2) instead of comp(*first2,*first1)
-template <class InputIterator1, class InputIterator2, class OutputIterator,
-          class Compare>
-OutputIterator mymerge(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
-                       InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
-                       OutputIterator result, Compare comp) {
-  while (first1 != last1 && first2 != last2) {
-    if (comp(*first1, *first2)) {
-      *result = *first1;
-      ++first1;
-    }
-    else {
-      *result = *first2;
-      ++first2;
-    }
-    ++result;
-  }
-  return copy(first2, last2, copy(first1, last1, result));
+/* Compute the sign of a permutation of a container, with and without an
+   explicitly supplied comparison function. If the sign returned is 1 or -1,
+   the container is sorted after the operation. */
+template <class It>
+int permutation_sign(It first, It last)
+{
+       if (first == last)
+               return 0;
+       --last;
+       if (first == last)
+               return 0;
+       It flag = first;
+       int sign = 1;
+
+       do {
+               It i = last, other = last;
+               --other;
+               bool swapped = false;
+               while (i != first) {
+                       if (*i < *other) {
+                               std::iter_swap(other, i);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                               sign = -sign;
+                       } else if (!(*other < *i))
+                               return 0;
+                       --i; --other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return sign;
+               ++flag;
+               if (flag == last)
+                       return sign;
+               first = flag;
+               i = first; other = first;
+               ++other;
+               swapped = false;
+               while (i != last) {
+                       if (*other < *i) {
+                               std::iter_swap(i, other);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                               sign = -sign;
+                       } else if (!(*i < *other))
+                               return 0;
+                       ++i; ++other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return sign;
+               last = flag;
+               --last;
+       } while (first != last);
+
+       return sign;
+}
+
+template <class It, class Cmp, class Swap>
+int permutation_sign(It first, It last, Cmp comp, Swap swapit)
+{
+       if (first == last)
+               return 0;
+       --last;
+       if (first == last)
+               return 0;
+       It flag = first;
+       int sign = 1;
+
+       do {
+               It i = last, other = last;
+               --other;
+               bool swapped = false;
+               while (i != first) {
+                       if (comp(*i, *other)) {
+                               swapit(*other, *i);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                               sign = -sign;
+                       } else if (!comp(*other, *i))
+                               return 0;
+                       --i; --other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return sign;
+               ++flag;
+               if (flag == last)
+                       return sign;
+               first = flag;
+               i = first; other = first;
+               ++other;
+               swapped = false;
+               while (i != last) {
+                       if (comp(*other, *i)) {
+                               swapit(*i, *other);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                               sign = -sign;
+                       } else if (!comp(*i, *other))
+                               return 0;
+                       ++i; ++other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return sign;
+               last = flag;
+               --last;
+       } while (first != last);
+
+       return sign;
 }
 
-// like merge(), but three lists with *last2<*first3
-template <class InputIterator1, class InputIterator2, class InputIterator3,
-          class OutputIterator, class Compare>
-OutputIterator mymerge3(InputIterator1 first1, InputIterator1 last1,
-                        InputIterator2 first2, InputIterator2 last2,
-                        InputIterator3 first3, InputIterator3 last3,
-                        OutputIterator result, Compare comp) {
-  while (first1 != last1 && first2 != last2) {
-    if (comp(*first1, *first2)) {
-      *result = *first1;
-      ++first1;
-    }
-    else {
-      *result = *first2;
-      ++first2;
-    }
-    ++result;
-  }
-
-  if (first1==last1) {
-    // list1 empty, copy rest of list2, then list3
-    return copy(first3, last3, copy(first2, last2, result));
-  } else {
-    // list2 empty, merge rest of list1 with list3
-    return mymerge(first1,last1,first3,last3,result,comp);
-  }
+/* Implementation of shaker sort, only compares adjacent elements. */
+template <class It, class Cmp, class Swap>
+void shaker_sort(It first, It last, Cmp comp, Swap swapit)
+{
+       if (first == last)
+               return;
+       --last;
+       if (first == last)
+               return;
+       It flag = first;
+
+       do {
+               It i = last, other = last;
+               --other;
+               bool swapped = false;
+               while (i != first) {
+                       if (comp(*i, *other)) {
+                               swapit(*other, *i);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                       }
+                       --i; --other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return;
+               ++flag;
+               if (flag == last)
+                       return;
+               first = flag;
+               i = first; other = first;
+               ++other;
+               swapped = false;
+               while (i != last) {
+                       if (comp(*other, *i)) {
+                               swapit(*i, *other);
+                               flag = other;
+                               swapped = true;
+                       }
+                       ++i; ++other;
+               }
+               if (!swapped)
+                       return;
+               last = flag;
+               --last;
+       } while (first != last);
+}
+
+/* In-place cyclic permutation of a container (no copying, only swapping). */
+template <class It, class Swap>
+void cyclic_permutation(It first, It last, It new_first, Swap swapit)
+{
+       unsigned num = last - first;
+again:
+       if (first == new_first || num < 2)
+               return;
+
+       unsigned num1 = new_first - first, num2 = last - new_first;
+       if (num1 >= num2) {
+               It a = first, b = new_first;
+               while (b != last) {
+                       swapit(*a, *b);
+                       ++a; ++b;
+               }
+               if (num1 > num2) {
+                       first += num2;
+                       num = num1;
+                       goto again;
+               }
+       } else {
+               It a = new_first, b = last;
+               do {
+                       --a; --b;
+                       swapit(*a, *b);
+               } while (a != first);
+               last -= num1;
+               num = num2;
+               goto again;
+       }
 }
 
+
+// Collection of `construct on first use' wrappers for safely avoiding
+// internal object replication without running into the `static
+// initialization order fiasco'.  This chest of numbers helps speed up
+// the library but should not be used outside it since it is
+// potentially confusing.
+
+class numeric;
+class ex;
+
+extern const numeric *_num_120_p;
+extern const numeric &_num_120;
+extern const ex _ex_120;
+extern const numeric *_num_60_p;
+extern const numeric &_num_60;
+extern const ex _ex_60;
+extern const numeric *_num_48_p;
+extern const numeric &_num_48;
+extern const ex _ex_48;
+extern const numeric *_num_30_p;
+extern const numeric &_num_30;
+extern const ex _ex_30;
+extern const numeric *_num_25_p;
+extern const numeric &_num_25;
+extern const ex _ex_25;
+extern const numeric *_num_24_p;
+extern const numeric &_num_24;
+extern const ex _ex_24;
+extern const numeric *_num_20_p;
+extern const numeric &_num_20;
+extern const ex _ex_20;
+extern const numeric *_num_18_p;
+extern const numeric &_num_18;
+extern const ex _ex_18;
+extern const numeric *_num_15_p;
+extern const numeric &_num_15;
+extern const ex _ex_15;
+extern const numeric *_num_12_p;
+extern const numeric &_num_12;
+extern const ex _ex_12;
+extern const numeric *_num_11_p;
+extern const numeric &_num_11;
+extern const ex _ex_11;
+extern const numeric *_num_10_p;
+extern const numeric &_num_10;
+extern const ex _ex_10;
+extern const numeric *_num_9_p;
+extern const numeric &_num_9;
+extern const ex _ex_9;
+extern const numeric *_num_8_p;
+extern const numeric &_num_8;
+extern const ex _ex_8;
+extern const numeric *_num_7_p;
+extern const numeric &_num_7;
+extern const ex _ex_7;
+extern const numeric *_num_6_p;
+extern const numeric &_num_6;
+extern const ex _ex_6;
+extern const numeric *_num_5_p;
+extern const numeric &_num_5;
+extern const ex _ex_5;
+extern const numeric *_num_4_p;
+extern const numeric &_num_4;
+extern const ex _ex_4;
+extern const numeric *_num_3_p;
+extern const numeric &_num_3;
+extern const ex _ex_3;
+extern const numeric *_num_2_p;
+extern const numeric &_num_2;
+extern const ex _ex_2;
+extern const numeric *_num_1_p;
+extern const numeric &_num_1;
+extern const ex _ex_1;
+extern const numeric *_num_1_2_p;
+extern const numeric &_num_1_2;
+extern const ex _ex_1_2;
+extern const numeric *_num_1_3_p;
+extern const numeric &_num_1_3;
+extern const ex _ex_1_3;
+extern const numeric *_num_1_4_p;
+extern const numeric &_num_1_4;
+extern const ex _ex_1_4;
+extern const numeric *_num0_p;
+extern const numeric &_num0;
+extern const ex _ex0;
+extern const numeric *_num1_4_p;
+extern const numeric &_num1_4;
+extern const ex _ex1_4;
+extern const numeric *_num1_3_p;
+extern const numeric &_num1_3;
+extern const ex _ex1_3;
+extern const numeric *_num1_2_p;
+extern const numeric &_num1_2;
+extern const ex _ex1_2;
+extern const numeric *_num1_p;
+extern const numeric &_num1;
+extern const ex _ex1;
+extern const numeric *_num2_p;
+extern const numeric &_num2;
+extern const ex _ex2;
+extern const numeric *_num3_p;
+extern const numeric &_num3;
+extern const ex _ex3;
+extern const numeric *_num4_p;
+extern const numeric &_num4;
+extern const ex _ex4;
+extern const numeric *_num5_p;
+extern const numeric &_num5;
+extern const ex _ex5;
+extern const numeric *_num6_p;
+extern const numeric &_num6;
+extern const ex _ex6;
+extern const numeric *_num7_p;
+extern const numeric &_num7;
+extern const ex _ex7;
+extern const numeric *_num8_p;
+extern const numeric &_num8;
+extern const ex _ex8;
+extern const numeric *_num9_p;
+extern const numeric &_num9;
+extern const ex _ex9;
+extern const numeric *_num10_p;
+extern const numeric &_num10;
+extern const ex _ex10;
+extern const numeric *_num11_p;
+extern const numeric &_num11;
+extern const ex _ex11;
+extern const numeric *_num12_p;
+extern const numeric &_num12;
+extern const ex _ex12;
+extern const numeric *_num15_p;
+extern const numeric &_num15;
+extern const ex _ex15;
+extern const numeric *_num18_p;
+extern const numeric &_num18;
+extern const ex _ex18;
+extern const numeric *_num20_p;
+extern const numeric &_num20;
+extern const ex _ex20;
+extern const numeric *_num24_p;
+extern const numeric &_num24;
+extern const ex _ex24;
+extern const numeric *_num25_p;
+extern const numeric &_num25;
+extern const ex _ex25;
+extern const numeric *_num30_p;
+extern const numeric &_num30;
+extern const ex _ex30;
+extern const numeric *_num48_p;
+extern const numeric &_num48;
+extern const ex _ex48;
+extern const numeric *_num60_p;
+extern const numeric &_num60;
+extern const ex _ex60;
+extern const numeric *_num120_p;
+extern const numeric &_num120;
+extern const ex _ex120;
+
+
+// Helper macros for class implementations (mostly useful for trivial classes)
+
+#define DEFAULT_COPY(classname) \
+void classname::copy(const classname & other) \
+{ \
+       inherited::copy(other); \
+}
+
+#define DEFAULT_DESTROY(classname) \
+void classname::destroy(bool call_parent) \
+{ \
+       if (call_parent) \
+               inherited::destroy(call_parent); \
+}
+
+#define DEFAULT_CTORS(classname) \
+classname::classname() : inherited(TINFO_##classname) {} \
+DEFAULT_COPY(classname) \
+DEFAULT_DESTROY(classname)
+
+#define DEFAULT_UNARCHIVE(classname) \
+ex classname::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst) \
+{ \
+       return (new classname(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated); \
+}
+
+#define DEFAULT_ARCHIVING(classname) \
+classname::classname(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst) {} \
+DEFAULT_UNARCHIVE(classname) \
+void classname::archive(archive_node &n) const \
+{ \
+       inherited::archive(n); \
+}
+
+#define DEFAULT_COMPARE(classname) \
+int classname::compare_same_type(const basic & other) const \
+{ \
+       /* by default, the objects are always identical */ \
+       return 0; \
+}
+
+#define DEFAULT_PRINT(classname, text) \
+void classname::print(const print_context & c, unsigned level) const \
+{ \
+       if (is_a<print_tree>(c)) \
+               inherited::print(c, level); \
+       else \
+               c.s << text; \
+}
+
+#define DEFAULT_PRINT_LATEX(classname, text, latex) \
+void classname::print(const print_context & c, unsigned level) const \
+{ \
+       if (is_a<print_tree>(c)) \
+               inherited::print(c, level); \
+       else if (is_a<print_latex>(c)) \
+               c.s << latex; \
+       else \
+               c.s << text; \
+}
+
+// Obsolete convenience macros.  TO BE PHASED OUT SOON!
+// Use the inlined template functions in basic.h instead.  (FIXME: remove them)
+
+#define is_of_type(OBJ,TYPE) \
+       (dynamic_cast<const TYPE *>(&OBJ)!=0)
+
+#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
+       ((OBJ).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
+
+#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
+       (dynamic_cast<const TYPE *>((OBJ).bp)!=0)
+
+#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
+       ((*(OBJ).bp).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
+
 } // namespace GiNaC
 
+
 #endif // ndef __GINAC_UTILS_H__