]> oss.titaniummirror.com Git - msp430-gcc.git/blobdiff - mpfr/cos.c
Imported gcc-4.4.3
[msp430-gcc.git] / mpfr / cos.c
diff --git a/mpfr/cos.c b/mpfr/cos.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..e2601a8
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,273 @@
+/* mpfr_cos -- cosine of a floating-point number
+
+Copyright 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 Free Software Foundation, Inc.
+Contributed by the Arenaire and Cacao projects, INRIA.
+
+This file is part of the GNU MPFR Library.
+
+The GNU MPFR Library is free software; you can redistribute it and/or modify
+it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
+the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or (at your
+option) any later version.
+
+The GNU MPFR Library is distributed in the hope that it will be useful, but
+WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
+or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public
+License for more details.
+
+You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
+along with the GNU MPFR Library; see the file COPYING.LIB.  If not, write to
+the Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston,
+MA 02110-1301, USA. */
+
+#define MPFR_NEED_LONGLONG_H
+#include "mpfr-impl.h"
+
+/* f <- 1 - r/2! + r^2/4! + ... + (-1)^l r^l/(2l)! + ...
+   Assumes |r| < 1/2, and f, r have the same precision.
+   Returns e such that the error on f is bounded by 2^e ulps.
+*/
+static int
+mpfr_cos2_aux (mpfr_ptr f, mpfr_srcptr r)
+{
+  mpz_t x, t, s;
+  mp_exp_t ex, l, m;
+  mp_prec_t p, q;
+  unsigned long i, maxi, imax;
+
+  MPFR_ASSERTD(mpfr_get_exp (r) <= -1);
+
+  /* compute minimal i such that i*(i+1) does not fit in an unsigned long,
+     assuming that there are no padding bits. */
+  maxi = 1UL << (CHAR_BIT * sizeof(unsigned long) / 2);
+  if (maxi * (maxi / 2) == 0) /* test checked at compile time */
+    {
+      /* can occur only when there are padding bits. */
+      /* maxi * (maxi-1) is representable iff maxi * (maxi / 2) != 0 */
+      do
+        maxi /= 2;
+      while (maxi * (maxi / 2) == 0);
+    }
+
+  mpz_init (x);
+  mpz_init (s);
+  mpz_init (t);
+  ex = mpfr_get_z_exp (x, r); /* r = x*2^ex */
+
+  /* remove trailing zeroes */
+  l = mpz_scan1 (x, 0);
+  ex += l;
+  mpz_div_2exp (x, x, l);
+
+  /* since |r| < 1, r = x*2^ex, and x is an integer, necessarily ex < 0 */
+
+  p = mpfr_get_prec (f); /* same than r */
+  /* bound for number of iterations */
+  imax = p / (-mpfr_get_exp (r));
+  imax += (imax == 0);
+  q = 2 * MPFR_INT_CEIL_LOG2(imax) + 4; /* bound for (3l)^2 */
+
+  mpz_set_ui (s, 1); /* initialize sum with 1 */
+  mpz_mul_2exp (s, s, p + q); /* scale all values by 2^(p+q) */
+  mpz_set (t, s); /* invariant: t is previous term */
+  for (i = 1; (m = mpz_sizeinbase (t, 2)) >= q; i += 2)
+    {
+      /* adjust precision of x to that of t */
+      l = mpz_sizeinbase (x, 2);
+      if (l > m)
+        {
+          l -= m;
+          mpz_div_2exp (x, x, l);
+          ex += l;
+        }
+      /* multiply t by r */
+      mpz_mul (t, t, x);
+      mpz_div_2exp (t, t, -ex);
+      /* divide t by i*(i+1) */
+      if (i < maxi)
+        mpz_div_ui (t, t, i * (i + 1));
+      else
+        {
+          mpz_div_ui (t, t, i);
+          mpz_div_ui (t, t, i + 1);
+        }
+      /* if m is the (current) number of bits of t, we can consider that
+         all operations on t so far had precision >= m, so we can prove
+         by induction that the relative error on t is of the form
+         (1+u)^(3l)-1, where |u| <= 2^(-m), and l=(i+1)/2 is the # of loops.
+         Since |(1+x^2)^(1/x) - 1| <= 4x/3 for |x| <= 1/2,
+         for |u| <= 1/(3l)^2, the absolute error is bounded by
+         4/3*(3l)*2^(-m)*t <= 4*l since |t| < 2^m.
+         Therefore the error on s is bounded by 2*l*(l+1). */
+      /* add or subtract to s */
+      if (i % 4 == 1)
+        mpz_sub (s, s, t);
+      else
+        mpz_add (s, s, t);
+    }
+
+  mpfr_set_z (f, s, GMP_RNDN);
+  mpfr_div_2ui (f, f, p + q, GMP_RNDN);
+
+  mpz_clear (x);
+  mpz_clear (s);
+  mpz_clear (t);
+
+  l = (i - 1) / 2; /* number of iterations */
+  return 2 * MPFR_INT_CEIL_LOG2 (l + 1) + 1; /* bound is 2l(l+1) */
+}
+
+int
+mpfr_cos (mpfr_ptr y, mpfr_srcptr x, mp_rnd_t rnd_mode)
+{
+  mp_prec_t K0, K, precy, m, k, l;
+  int inexact, reduce = 0;
+  mpfr_t r, s, xr, c;
+  mp_exp_t exps, cancel = 0, expx;
+  MPFR_ZIV_DECL (loop);
+  MPFR_SAVE_EXPO_DECL (expo);
+  MPFR_GROUP_DECL (group);
+
+  MPFR_LOG_FUNC (("x[%#R]=%R rnd=%d", x, x, rnd_mode),
+                 ("y[%#R]=%R inexact=%d", y, y, inexact));
+
+  if (MPFR_UNLIKELY (MPFR_IS_SINGULAR (x)))
+    {
+      if (MPFR_IS_NAN (x) || MPFR_IS_INF (x))
+        {
+          MPFR_SET_NAN (y);
+          MPFR_RET_NAN;
+        }
+      else
+        {
+          MPFR_ASSERTD (MPFR_IS_ZERO (x));
+          return mpfr_set_ui (y, 1, rnd_mode);
+        }
+    }
+
+  MPFR_SAVE_EXPO_MARK (expo);
+
+  /* cos(x) = 1-x^2/2 + ..., so error < 2^(2*EXP(x)-1) */
+  expx = MPFR_GET_EXP (x);
+  MPFR_SMALL_INPUT_AFTER_SAVE_EXPO (y, __gmpfr_one, -2 * expx,
+                                    1, 0, rnd_mode, expo, {});
+
+  /* Compute initial precision */
+  precy = MPFR_PREC (y);
+  K0 = __gmpfr_isqrt (precy / 3);
+  m = precy + 2 * MPFR_INT_CEIL_LOG2 (precy) + 2 * K0;
+
+  if (expx >= 3)
+    {
+      reduce = 1;
+      mpfr_init2 (xr, m);
+      mpfr_init2 (c, expx + m - 1);
+    }
+
+  MPFR_GROUP_INIT_2 (group, m, r, s);
+  MPFR_ZIV_INIT (loop, m);
+  for (;;)
+    {
+      /* If |x| >= 4, first reduce x cmod (2*Pi) into xr, using mpfr_remainder:
+         let e = EXP(x) >= 3, and m the target precision:
+         (1) c <- 2*Pi              [precision e+m-1, nearest]
+         (2) xr <- remainder (x, c) [precision m, nearest]
+         We have |c - 2*Pi| <= 1/2ulp(c) = 2^(3-e-m)
+                 |xr - x - k c| <= 1/2ulp(xr) <= 2^(1-m)
+                 |k| <= |x|/(2*Pi) <= 2^(e-2)
+         Thus |xr - x - 2kPi| <= |k| |c - 2Pi| + 2^(1-m) <= 2^(2-m).
+         It follows |cos(xr) - cos(x)| <= 2^(2-m). */
+      if (reduce)
+        {
+          mpfr_const_pi (c, GMP_RNDN);
+          mpfr_mul_2ui (c, c, 1, GMP_RNDN); /* 2Pi */
+          mpfr_remainder (xr, x, c, GMP_RNDN);
+          /* now |xr| <= 4, thus r <= 16 below */
+          mpfr_mul (r, xr, xr, GMP_RNDU); /* err <= 1 ulp */
+        }
+      else
+        mpfr_mul (r, x, x, GMP_RNDU); /* err <= 1 ulp */
+
+      /* now |x| < 4 (or xr if reduce = 1), thus |r| <= 16 */
+
+      /* we need |r| < 1/2 for mpfr_cos2_aux, i.e., EXP(r) - 2K <= -1 */
+      K = K0 + 1 + MAX(0, MPFR_EXP(r)) / 2;
+      /* since K0 >= 0, if EXP(r) < 0, then K >= 1, thus EXP(r) - 2K <= -3;
+         otherwise if EXP(r) >= 0, then K >= 1/2 + EXP(r)/2, thus
+         EXP(r) - 2K <= -1 */
+
+      MPFR_SET_EXP (r, MPFR_GET_EXP (r) - 2 * K); /* Can't overflow! */
+
+      /* s <- 1 - r/2! + ... + (-1)^l r^l/(2l)! */
+      l = mpfr_cos2_aux (s, r);
+      /* l is the error bound in ulps on s */
+      MPFR_SET_ONE (r);
+      for (k = 0; k < K; k++)
+        {
+          mpfr_sqr (s, s, GMP_RNDU);            /* err <= 2*olderr */
+          MPFR_SET_EXP (s, MPFR_GET_EXP (s) + 1); /* Can't overflow */
+          mpfr_sub (s, s, r, GMP_RNDN);         /* err <= 4*olderr */
+          if (MPFR_IS_ZERO(s))
+            goto ziv_next;
+          MPFR_ASSERTD (MPFR_GET_EXP (s) <= 1);
+        }
+
+      /* The absolute error on s is bounded by (2l+1/3)*2^(2K-m)
+         2l+1/3 <= 2l+1.
+         If |x| >= 4, we need to add 2^(2-m) for the argument reduction
+         by 2Pi: if K = 0, this amounts to add 4 to 2l+1/3, i.e., to add
+         2 to l; if K >= 1, this amounts to add 1 to 2*l+1/3. */
+      l = 2 * l + 1;
+      if (reduce)
+        l += (K == 0) ? 4 : 1;
+      k = MPFR_INT_CEIL_LOG2 (l) + 2*K;
+      /* now the error is bounded by 2^(k-m) = 2^(EXP(s)-err) */
+
+      exps = MPFR_GET_EXP (s);
+      if (MPFR_LIKELY (MPFR_CAN_ROUND (s, exps + m - k, precy, rnd_mode)))
+        break;
+
+      if (MPFR_UNLIKELY (exps == 1))
+        /* s = 1 or -1, and except x=0 which was already checked above,
+           cos(x) cannot be 1 or -1, so we can round if the error is less
+           than 2^(-precy) for directed rounding, or 2^(-precy-1) for rounding
+           to nearest. */
+        {
+          if (m > k && (m - k >= precy + (rnd_mode == GMP_RNDN)))
+            {
+              /* If round to nearest or away, result is s = 1 or -1,
+                 otherwise it is round(nexttoward (s, 0)). However in order to
+                 have the inexact flag correctly set below, we set |s| to
+                 1 - 2^(-m) in all cases. */
+              mpfr_nexttozero (s);
+              break;
+            }
+        }
+
+      if (exps < cancel)
+        {
+          m += cancel - exps;
+          cancel = exps;
+        }
+
+    ziv_next:
+      MPFR_ZIV_NEXT (loop, m);
+      MPFR_GROUP_REPREC_2 (group, m, r, s);
+      if (reduce)
+        {
+          mpfr_set_prec (xr, m);
+          mpfr_set_prec (c, expx + m - 1);
+        }
+    }
+  MPFR_ZIV_FREE (loop);
+  inexact = mpfr_set (y, s, rnd_mode);
+  MPFR_GROUP_CLEAR (group);
+  if (reduce)
+    {
+      mpfr_clear (xr);
+      mpfr_clear (c);
+    }
+
+  MPFR_SAVE_EXPO_FREE (expo);
+  return mpfr_check_range (y, inexact, rnd_mode);
+}