Update.
[kopensolaris-gnu/glibc.git] / math / atest-exp2.c
1 /* Copyright (C) 1997 Free Software Foundation, Inc.
2    This file is part of the GNU C Library.
3    Contributed by Geoffrey Keating <Geoff.Keating@anu.edu.au>, 1997.
4
5    The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
6    modify it under the terms of the GNU Library General Public License as
7    published by the Free Software Foundation; either version 2 of the
8    License, or (at your option) any later version.
9
10    The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
11    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
13    Library General Public License for more details.
14
15    You should have received a copy of the GNU Library General Public
16    License along with the GNU C Library; see the file COPYING.LIB.  If not,
17    write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
18    Boston, MA 02111-1307, USA.  */
19
20 #include <stdio.h>
21 #include <math.h>
22 #include <stdlib/gmp.h>
23 #include <string.h>
24 #include <limits.h>
25 #include <assert.h>
26 #include <stdlib.h>
27
28 #define PRINT_ERRORS 0
29
30 #define TOL 80
31 #define N2 18
32 #define FRAC (32*4)
33
34 #define mpbpl (CHAR_BIT * sizeof (mp_limb_t))
35 #define SZ (FRAC / mpbpl + 1)
36 typedef mp_limb_t mp1[SZ], mp2[SZ * 2];
37
38 /* This string has 101 hex digits.  */
39 static const char exp1[102] = "2" /* point */
40 "b7e151628aed2a6abf7158809cf4f3c762e7160f38b4da56a7"
41 "84d9045190cfef324e7738926cfbe5f4bf8d8d8c31d763da07";
42 static const char exp_m1[102] = "0" /* point */
43 "5e2d58d8b3bcdf1abadec7829054f90dda9805aab56c773330"
44 "24b9d0a507daedb16400bf472b4215b8245b669d90d27a5aea";
45
46 static const char hexdig[] = "0123456789abcdef";
47
48 void
49 print_mpn_fp (const mp_limb_t *x, unsigned int dp, unsigned int base)
50 {
51    unsigned int i;
52    mp1 tx;
53
54    memcpy (tx, x, sizeof (mp1));
55    if (base == 16)
56      fputs ("0x", stdout);
57    assert (x[SZ-1] < base);
58    fputc (hexdig[x[SZ - 1]], stdout);
59    fputc ('.', stdout);
60    for (i = 0; i < dp; i++)
61      {
62        tx[SZ - 1] = 0;
63        mpn_mul_1 (tx, tx, SZ, base);
64        assert (tx[SZ - 1] < base);
65        fputc (hexdig[tx[SZ - 1]], stdout);
66      }
67 }
68
69 void
70 read_mpn_hex(mp_limb_t *x, const char *str)
71 {
72   int i;
73
74   memset (x, 0, sizeof (mp1));
75   for (i = -1; i < 100 && i < FRAC / 4; ++i)
76     x[(FRAC - i * 4 - 4) / mpbpl] |= (strchr (hexdig, str[i + 1]) - hexdig
77                                       << (FRAC - i * 4 - 4) % mpbpl);
78 }
79
80 static mp_limb_t *get_log2(void) __attribute__((const));
81 static mp_limb_t *
82 get_log2(void)
83 {
84   static mp1 log2_m;
85   static int log2_m_inited = 0;
86   static const char log2[102] = "0" /* point */
87     "b17217f7d1cf79abc9e3b39803f2f6af40f343267298b62d8a"
88     "0d175b8baafa2be7b876206debac98559552fb4afa1b10ed2e";
89
90   if (!log2_m_inited)
91     {
92       read_mpn_hex (log2_m, log2);
93       log2_m_inited = 1;
94     }
95   return log2_m;
96 }
97
98 /* Compute e^x.  */
99 void
100 exp_mpn (mp1 ex, mp1 x)
101 {
102    unsigned int n;
103    mp1 xp;
104    mp2 tmp;
105    mp_limb_t chk, round;
106    mp1 tol;
107
108    memset (xp, 0, sizeof (mp1));
109    memset (ex, 0, sizeof (mp1));
110    xp[FRAC / mpbpl] = 1 << FRAC % mpbpl;
111    memset (tol, 0, sizeof (mp1));
112    tol[(FRAC - TOL) / mpbpl] = 1 << (FRAC - TOL) % mpbpl;
113
114    n = 0;
115
116    do
117      {
118        /* Calculate sum(x^n/n!) until the next term is sufficiently small.  */
119
120        mpn_mul_n (tmp, xp, x, SZ);
121        assert(tmp[SZ * 2 - 1] == 0);
122        if (n > 0)
123          round = mpn_divmod_1 (xp, tmp + FRAC / mpbpl, SZ, n);
124        chk = mpn_add_n (ex, ex, xp, SZ);
125        assert (chk == 0);
126        ++n;
127        assert (n < 80); /* Catch too-high TOL.  */
128      }
129    while (n < 10 || mpn_cmp (xp, tol, SZ) >= 0);
130 }
131
132 /* Calculate 2^x.  */
133 void
134 exp2_mpn (mp1 ex, mp1 x)
135 {
136   mp2 tmp;
137   mpn_mul_n (tmp, x, get_log2 (), SZ);
138   assert(tmp[SZ * 2 - 1] == 0);
139   exp_mpn (ex, tmp + FRAC / mpbpl);
140 }
141
142
143 static int
144 mpn_bitsize(const mp_limb_t *SRC_PTR, mp_size_t SIZE)
145 {
146   int i, j;
147   for (i = SIZE - 1; i > 0; --i)
148     if (SRC_PTR[i] != 0)
149       break;
150   for (j = mpbpl - 1; j > 0; --j)
151     if ((SRC_PTR[i] & 1 << j) != 0)
152       break;
153
154   return i * 32 + j;
155 }
156
157 int
158 main (void)
159 {
160   mp1 ex, x, xt, e2, e3;
161   int i;
162   int errors = 0;
163   int failures = 0;
164   mp1 maxerror;
165   int maxerror_s = 0;
166   const double sf = pow (2, mpbpl);
167
168   /* assert(mpbpl == mp_bits_per_limb); */
169   assert(FRAC / mpbpl * mpbpl == FRAC);
170
171   memset (maxerror, 0, sizeof (mp1));
172   memset (xt, 0, sizeof (mp1));
173   xt[(FRAC - N2) / mpbpl] = 1 << (FRAC - N2) % mpbpl;
174
175   for (i = 0; i < (1 << N2); ++i)
176     {
177       int e2s, e3s, j;
178       double de2;
179
180       mpn_mul_1 (x, xt, SZ, i);
181       exp2_mpn (ex, x);
182       de2 = exp2 (i / (double) (1 << N2));
183       for (j = SZ - 1; j >= 0; --j)
184         {
185           e2[j] = (mp_limb_t) de2;
186           de2 = (de2 - e2[j]) * sf;
187         }
188       if (mpn_cmp (ex, e2, SZ) >= 0)
189         mpn_sub_n (e3, ex, e2, SZ);
190       else
191         mpn_sub_n (e3, e2, ex, SZ);
192
193       e2s = mpn_bitsize (e2, SZ);
194       e3s = mpn_bitsize (e3, SZ);
195       if (e3s > 1 && e2s - e3s < 54)
196         {
197 #if PRINT_ERRORS
198           printf ("%06x ", i * (0x100000 / (1 << N2)));
199           print_mpn_fp (ex, (FRAC / 4) + 1, 16);
200           putchar ('\n');
201           fputs ("       ",stdout);
202           print_mpn_fp (e2, (FRAC / 4) + 1, 16);
203           putchar ('\n');
204           printf (" %c     ",
205                   e2s - e3s < 54 ? e2s - e3s == 53 ? 'e' : 'F' : 'P');
206           print_mpn_fp (e3, (FRAC / 4) + 1, 16);
207           putchar ('\n');
208 #endif
209           errors += (e2s - e3s == 53);
210           failures += (e2s - e3s < 53);
211         }
212       if (e3s >= maxerror_s
213           && mpn_cmp (e3, maxerror, SZ) > 0)
214         {
215           memcpy (maxerror, e3, sizeof (mp1));
216           maxerror_s = e3s;
217         }
218     }
219
220   /* Check exp_mpn against precomputed value of exp(1).  */
221   memset (x, 0, sizeof (mp1));
222   x[FRAC / mpbpl] = 1 << FRAC % mpbpl;
223   exp_mpn (ex, x);
224   read_mpn_hex (e2, exp1);
225   if (mpn_cmp (ex, e2, SZ) >= 0)
226     mpn_sub_n (e3, ex, e2, SZ);
227   else
228     mpn_sub_n (e3, e2, ex, SZ);
229
230   printf ("%d failures; %d errors; error rate %0.2f%%\n", failures, errors,
231           errors * 100.0 / (double) (1 << N2));
232   fputs ("maximum error:   ", stdout);
233   print_mpn_fp (maxerror, (FRAC / 4) + 1, 16);
234   putchar ('\n');
235   fputs ("error in exp(1): ", stdout);
236   print_mpn_fp (e3, (FRAC / 4) + 1, 16);
237   putchar ('\n');
238
239   return failures == 0 ? 0 : 1;
240 }