Moved one dir up.
[kopensolaris-gnu/glibc.git] / math / atest-sincos.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
27 #define PRINT_ERRORS 0
28
29 #define N 0
30 #define N2 20
31 #define FRAC (32 * 4)
32
33 #define mpbpl (CHAR_BIT * sizeof (mp_limb_t))
34 #define SZ (FRAC / mpbpl + 1)
35 typedef mp_limb_t mp1[SZ], mp2[SZ * 2];
36
37 /* These strings have exactly 100 hex digits in them.  */
38 static const char sin1[101] =
39 "d76aa47848677020c6e9e909c50f3c3289e511132f518b4def"
40 "b6ca5fd6c649bdfb0bd9ff1edcd4577655b5826a3d3b50c264";
41 static const char cos1[101] =
42 "8a51407da8345c91c2466d976871bd29a2373a894f96c3b7f2"
43 "300240b760e6fa96a94430a52d0e9e43f3450e3b8ff99bc934";
44 static const char hexdig[] = "0123456789abcdef";
45
46 void
47 print_mpn_hex (const mp_limb_t *x, unsigned size)
48 {
49    char value[size + 1];
50    unsigned i;
51    const unsigned final = (size * 4 > SZ * mpbpl) ? SZ * mpbpl / 4 : size;
52
53    memset (value, '0', size);
54
55    for (i = 0; i < final ; i++)
56      value[size-1-i] = hexdig[x[i * 4 / mpbpl] >> (i * 4) % mpbpl & 0xf];
57
58    value[size] = '\0';
59    fputs (value, stdout);
60 }
61
62 void
63 sincosx_mpn (mp1 si, mp1 co, mp1 xx, mp1 ix)
64 {
65    int i;
66    mp2 s[4], c[4];
67    mp1 tmp, x;
68    mp_limb_t chk, round;
69
70    if (ix == NULL)
71      {
72        memset (si, 0, sizeof (mp1));
73        memset (co, 0, sizeof (mp1));
74        co[SZ-1] = 1;
75        memcpy (x, xx, sizeof (mp1));
76      }
77    else
78       mpn_sub_n (x, xx, ix, SZ);
79
80    for (i = 0; i < 1 << N; i++)
81      {
82 #define add_shift_mulh(d,x,s1,s2,sh,n) \
83        /* d = (n ? -1 : 1) * (s1 + (s2>>sh)) * x / (1>>N); */                 \
84       do {                                                                    \
85          if (s2 != NULL) {                                                    \
86             if (sh > 0) {                                                     \
87                assert (sh < mpbpl);                                           \
88                mpn_lshift (tmp, s1, SZ, sh);                                  \
89                chk = (n ? mpn_sub_n : mpn_add_n)(tmp,tmp,s2+FRAC/mpbpl,SZ);   \
90             } else                                                            \
91                chk = (n ? mpn_sub_n : mpn_add_n)(tmp,s1,s2+FRAC/mpbpl,SZ);    \
92             /* assert(chk == 0); */                                           \
93             mpn_mul_n(d,tmp,x,SZ);                                            \
94          } else                                                               \
95             mpn_mul_n(d,s1,x,SZ);                                             \
96          /* assert(d[SZ*2-1] == 0); */                                        \
97          assert(N+sh < mpbpl);                                                \
98          if (N+sh > 0) mpn_rshift(d,d,2*SZ,N+sh);                             \
99       } while(0)
100 #define summ(d,ss,s,n) \
101       /* d = ss +/- (s[0]+2*s[1]+2*s[2]+s[3])/6; */                           \
102       do {                                                                    \
103          chk = mpn_add_n(tmp,s[1]+FRAC/mpbpl,s[2]+FRAC/mpbpl,SZ);             \
104          mpn_lshift(tmp,tmp,SZ,1);                                            \
105          chk |= mpn_add_n(tmp,tmp,s[0]+FRAC/mpbpl,SZ);                        \
106          chk |= mpn_add_n(tmp,tmp,s[3]+FRAC/mpbpl,SZ);                        \
107          round = mpn_divmod_1(tmp,tmp,SZ,6);                                  \
108          /* chk |= mpn_add_1(tmp,tmp,SZ, (round > 3) ); */                    \
109          chk |= (n ? mpn_sub_n : mpn_add_n)(d,ss,tmp,SZ);                     \
110          /* assert(chk == 0); */                                              \
111       } while (0)
112
113       add_shift_mulh (s[0], x, co, NULL, 0, 0); /* s0 = h * c; */
114       add_shift_mulh (c[0], x, si, NULL, 0, 0); /* c0 = h * s; */
115       add_shift_mulh (s[1], x, co, c[0], 1, 1); /* s1 = h * (c - c0/2); */
116       add_shift_mulh (c[1], x, si, s[0], 1, 0); /* c1 = h * (s + s0/2); */
117       add_shift_mulh (s[2], x, co, c[1], 1, 1); /* s2 = h * (c - c1/2); */
118       add_shift_mulh (c[2], x, si, s[1], 1, 0); /* c2 = h * (s + s1/2); */
119       add_shift_mulh (s[3], x, co, c[2], 0, 1); /* s3 = h * (c - c2); */
120       add_shift_mulh (c[3], x, si, s[2], 0, 0); /* c3 = h * (s + s2); */
121       summ (si, si, s, 0);        /* s = s + (s0+2*s1+2*s2+s3)/6; */
122       summ (co, co, c, 1);        /* c = c - (c0+2*c1+2*c2+c3)/6; */
123    }
124 #undef add_shift_mulh
125 #undef summ
126 }
127
128 static int
129 mpn_bitsize (const mp_limb_t *SRC_PTR, mp_size_t SIZE)
130 {
131    int i, j;
132    for (i = SIZE - 1; i > 0; i--)
133      if (SRC_PTR[i] != 0)
134        break;
135    for (j = mpbpl - 1; j > 0; j--)
136      if ((SRC_PTR[i] & 1 << j) != 0)
137        break;
138
139    return i * 32 + j;
140 }
141
142 int
143 main (void)
144 {
145   mp1 si, co, x, ox, xt, s2, c2, s3, c3;
146   int i;
147   int sin_errors = 0, cos_errors = 0;
148   int sin_failures = 0, cos_failures = 0;
149   mp1 sin_maxerror, cos_maxerror;
150   int sin_maxerror_s = 0, cos_maxerror_s = 0;
151   const double sf = pow (2, mpbpl);
152
153   /* assert(mpbpl == mp_bits_per_limb);  */
154   assert(FRAC / mpbpl * mpbpl == FRAC);
155
156   memset (sin_maxerror, 0, sizeof (mp1));
157   memset (cos_maxerror, 0, sizeof (mp1));
158   memset (xt, 0, sizeof (mp1));
159   xt[(FRAC - N2) / mpbpl] = 1 << (FRAC - N2) % mpbpl;
160
161   for (i = 0; i < 1 << N2; i++)
162     {
163       int s2s, s3s, c2s, c3s, j;
164       double ds2,dc2;
165
166       mpn_mul_1 (x, xt, SZ, i);
167       sincosx_mpn (si, co, x, i == 0 ? NULL : ox);
168       memcpy (ox, x, sizeof (mp1));
169       ds2 = sin (i / (double) (1 << N2));
170       dc2 = cos (i / (double) (1 << N2));
171       for (j = SZ-1; j >= 0; j--)
172         {
173           s2[j] = (mp_limb_t) ds2;
174           ds2 = (ds2 - s2[j]) * sf;
175           c2[j] = (mp_limb_t) dc2;
176           dc2 = (dc2 - c2[j]) * sf;
177         }
178       if (mpn_cmp (si, s2, SZ) >= 0)
179         mpn_sub_n (s3, si, s2, SZ);
180       else
181         mpn_sub_n (s3, s2, si, SZ);
182       if (mpn_cmp (co, c2, SZ) >= 0)
183         mpn_sub_n (c3, co, c2, SZ);
184       else
185         mpn_sub_n (c3, c2, co, SZ);
186
187       s2s = mpn_bitsize (s2, SZ);
188       s3s = mpn_bitsize (s3, SZ);
189       c2s = mpn_bitsize (c2, SZ);
190       c3s = mpn_bitsize (c3, SZ);
191       if (s3s > 1 && s2s - s3s < 54
192           || c3s > 1 && c2s - c3s < 54
193           || 0)
194         {
195 #if PRINT_ERRORS
196           printf ("%06x ", i * (0x100000 / (1 << N2)));
197           print_mpn_hex(si, (FRAC / 4) + 1);
198           putchar (' ');
199           print_mpn_hex (co, (FRAC / 4) + 1);
200           putchar ('\n');
201           fputs ("       ", stdout);
202           print_mpn_hex (s2, (FRAC / 4) + 1);
203           putchar (' ');
204           print_mpn_hex (c2, (FRAC / 4) + 1);
205           putchar ('\n');
206           printf (" %c%c    ",
207                   s2s-s3s < 54 ? s2s - s3s == 53 ? 'e' : 'F' : 'P',
208                   c2s-c3s < 54 ? c2s - c3s == 53 ? 'e' : 'F' : 'P');
209           print_mpn_hex (s3, (FRAC / 4) + 1);
210           putchar (' ');
211           print_mpn_hex (c3, (FRAC / 4) + 1);
212           putchar ('\n');
213 #endif
214           sin_errors += s2s - s3s == 53;
215           cos_errors += c2s - c3s == 53;
216           sin_failures += s2s - s3s < 53;
217           cos_failures += c2s - c3s < 53;
218         }
219       if (s3s >= sin_maxerror_s
220           && mpn_cmp (s3, sin_maxerror, SZ) > 0)
221         {
222           memcpy (sin_maxerror, s3, sizeof (mp1));
223           sin_maxerror_s = s3s;
224         }
225       if (c3s >= cos_maxerror_s
226           && mpn_cmp (c3, cos_maxerror, SZ) > 0)
227         {
228           memcpy (cos_maxerror, c3, sizeof (mp1));
229           cos_maxerror_s = c3s;
230         }
231     }
232
233    /* Check Range-Kutta against precomputed values of sin(1) and cos(1).  */
234    memset (x, 0, sizeof (mp1));
235    x[FRAC / mpbpl] = 1 << FRAC % mpbpl;
236    sincosx_mpn (si, co, x, ox);
237
238    memset (s2, 0, sizeof (mp1));
239    memset (c2, 0, sizeof (mp1));
240    for (i = 0; i < 100 && i < FRAC / 4; i++)
241      {
242        s2[(FRAC - i * 4 - 4) / mpbpl] |= (strchr (hexdig, sin1[i]) - hexdig
243                                           << (FRAC - i * 4 - 4) % mpbpl);
244        c2[(FRAC - i * 4 - 4) / mpbpl] |= (strchr (hexdig, cos1[i]) - hexdig
245                                           << (FRAC - i * 4 - 4) % mpbpl);
246      }
247
248    if (mpn_cmp (si, s2, SZ) >= 0)
249      mpn_sub_n (s3, si, s2, SZ);
250    else
251      mpn_sub_n (s3, s2, si, SZ);
252    if (mpn_cmp (co, c2, SZ) >= 0)
253       mpn_sub_n (c3, co, c2, SZ);
254    else
255      mpn_sub_n (c3, c2, co, SZ);
256
257    printf ("sin:\n");
258    printf ("%d failures; %d errors; error rate %0.2f%%\n",
259            sin_failures, sin_errors, sin_errors * 100.0 / (double) (1 << N2));
260    fputs ("maximum error:   ", stdout);
261    print_mpn_hex (sin_maxerror, (FRAC / 4) + 1);
262    fputs ("\nerror in sin(1): ", stdout);
263    print_mpn_hex (s3, (FRAC / 4) + 1);
264
265    fputs ("\n\ncos:\n", stdout);
266    printf ("%d failures; %d errors; error rate %0.2f%%\n",
267            cos_failures, cos_errors, cos_errors * 100.0 / (double) (1 << N2));
268    fputs ("maximum error:   ", stdout);
269    print_mpn_hex (cos_maxerror, (FRAC / 4) + 1);
270    fputs ("\nerror in cos(1): ", stdout);
271    print_mpn_hex (c3, (FRAC / 4) + 1);
272    putchar ('\n');
273
274    return (sin_failures == 0 && cos_failures == 0) ? 0 : 1;
275 }