dist/lib/libm/t_exp.c

   1 /* $NetBSD: t_exp.c,v 1.7 2014/03/17 11:08:11 martin Exp $ */
   2
   3 /*-
   4  * Copyright (c) 2011 The NetBSD Foundation, Inc.
   5  * All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to The NetBSD Foundation
   8  * by Jukka Ruohonen.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE NETBSD FOUNDATION, INC. AND CONTRIBUTORS
  20  * ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED
  21  * TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  22  * PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE FOUNDATION OR CONTRIBUTORS
  23  * BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR
  24  * CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF
  25  * SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
  26  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
  27  * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE)
  28  * ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE
  29  * POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  30  */
  31
  32 #include <atf-c.h>
  33 #include <math.h>
  34 #include "t_libm.h"
  35
  36 /* y = exp(x) */
  37 static const struct {
  38         double x;
  39         double y;
  40         double e;
  41 } exp_values[] = {
  42         {  -10, 0.4539992976248485e-4, 1e-4, },
  43         {   -5, 0.6737946999085467e-2, 1e-2, },
  44         {   -1, 0.3678794411714423,    1e-1, },
  45         { -0.1, 0.9048374180359595,    1e-1, },
  46         {    0, 1.0000000000000000,    1,    },
  47         {  0.1, 1.1051709180756477,    1,    },
  48         {    1, 2.7182818284590452,    1,    },
  49         {    5, 148.41315910257660,    1e2, },
  50         {   10, 22026.465794806718,    1e4, },
  51 };
  52
  53 /*
  54  * exp2/exp2f(3)
  55  */
  56 ATF_LIBM_TEST(exp2_is_nan, "Test exp2(x) == NaN")
  57 {
  58 #ifdef T_LIBM_NAN
  59         T_LIBM_CHECK_NAN(0, exp2, T_LIBM_NAN);
  60         T_LIBM_CHECK_NAN(0, exp2f, T_LIBM_NAN);
  61 #else
  62         atf_tc_skip("no NaN on this machine");
  63 #endif
  64 }
  65
  66 ATF_LIBM_TEST(exp2_is_plus_zero, "Test exp2(x) == +0.0")
  67 {
  68 #ifdef T_LIBM_MINUS_INF
  69         T_LIBM_CHECK_PLUS_ZERO(0, exp2, T_LIBM_MINUS_INF);
  70         T_LIBM_CHECK_PLUS_ZERO(0, exp2f, T_LIBM_MINUS_INF);
  71 #else
  72         atf_tc_skip("no +/-Inf on this machine");
  73 #endif
  74 }
  75
  76 ATF_LIBM_TEST(exp2_powers, "Test exp2(x) is correct for some integer x")
  77 {
  78         static const struct {
  79                 double  x;
  80                 double  d_y;
  81                 double  f_y;
  82         } v[] = {
  83             { +0.0,     1.0,    1.0 },
  84             { -0.0,     1.0,    1.0 },
  85             {    1,     0x1p1,  0x1p1 },
  86             {    2,     0x1p2,  0x1p2 },
  87             {  100,     0x1p100,        0x1p100 },
  88             {  125,     0x1p125,        0x1p125 },
  89             {  126,     0x1p126,        0x1p126 },
  90 #if __DBL_MAX_EXP__ > 129
  91             {  127,     0x1p127,        0x1p127 },
  92 #endif
  93 #ifdef T_LIBM_PLUS_INF
  94             {  128,     0x1p128,        T_LIBM_PLUS_INF },
  95             {  129,     0x1p129,        T_LIBM_PLUS_INF },
  96             { 1000,     0x1p1000,       T_LIBM_PLUS_INF },
  97             { 1020,     0x1p1020,       T_LIBM_PLUS_INF },
  98             { 1023,     0x1p1023,       T_LIBM_PLUS_INF },
  99             { 1024,     T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 100             { 1030,     T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 101             { 1050,     T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 102             { 2000,     T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 103             { 16383,    T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 104             { 16384,    T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 105             { 16385,    T_LIBM_PLUS_INF,        T_LIBM_PLUS_INF },
 106 #endif
 107             {   -1,     0x1p-1, 0x1p-1 },
 108             {   -2,     0x1p-2, 0x1p-2 },
 109             { -100,     0x1p-100,       0x1p-100 },
 110             { -127,     0x1p-127,       0x1p-127 },
 111             { -128,     0x1p-128,       0x1p-128 },
 112 #if __LDBL_MIN_EXP__ < -129
 113             { -300,     0x1p-300,       0.0},
 114             { -400,     0x1p-400,       0.0},
 115             {-1000,     0x1p-1000,      0.0},
 116             {-1022,     0x1p-1022,      0.0},
 117             /* These should be denormal numbers */
 118             {-1023,     0x1p-1023,      0.0},
 119             {-1024,     0x1p-1024,      0.0},
 120             {-1040,     0x1p-1040,      0.0},
 121             {-1060,     0x1p-1060,      0.0},
 122             /* This is the smallest result gcc will allow */
 123             {-1074,     0x1p-1074,      0.0},
 124 #endif
 125             {-1075,     0x0,    0.0},
 126             {-1080,     0x0,    0.0},
 127             {-2000,     0x0,    0.0},
 128             {-16382,    0x0,    0.0},
 129             {-16383,    0x0,    0.0},
 130             {-16384,    0x0,    0.0},
 131         };
 132         unsigned int i;
 133
 134         for (i = 0; i < __arraycount(v); i++) {
 135                 T_LIBM_CHECK(i, exp2, v[i].x, v[i].d_y, 0.0);
 136                 T_LIBM_CHECK(i, exp2f, v[i].x, v[i].f_y, 0.0);
 137         }
 138 }
 139
 140 ATF_LIBM_TEST(exp2_values, "Test exp2(x) is correct for some x")
 141 {
 142         static const struct {
 143                 double  x;
 144                 double  y;
 145                 double  d_eps;
 146                 double  f_eps;
 147         } v[] = {
 148 #if __DBL_MAX_EXP__ > 128
 149             /* The largest double constant */
 150             { 0x1.fffffffffffffp9,      0x1.ffffffffffd3ap1023,
 151                 0x1p969,        0.0 },
 152             /* The largest float constant */
 153             { 0x1.fffffep6,     0x1.ffff4ep+127,        6e30,   0.0 },
 154 #endif
 155 #ifdef T_LIBM_PLUS_INF
 156             { T_LIBM_PLUS_INF,  T_LIBM_PLUS_INF,        0.0,    0.0 },
 157 #endif
 158
 159             /* The few values from the old tests */
 160             /* Results from i386/amd64, d_eps needed on i386 */
 161             {  1.1,     0x1.125fbee250664p+1,   0x1p-52,        0x1.8p-22 },
 162             {  2.2,     0x1.2611186bae675p+2,   0x1p-51,        0x1.8p-21 },
 163             {  3.3,     0x1.3b2c47bff8328p+3,   0x1p-50,        0x1.8p-20 },
 164             {  4.4,     0x1.51cb453b9536ep+4,   0x1p-49,        0x1.8p-19 },
 165             {  5.5,     0x1.6a09e667f3bcdp+5,   0x1p-48,        0x1.8p-18 },
 166             {  6.6,     0x1.8406003b2ae5bp+6,   0x1p-47,        0x1.8p-17 },
 167             /*
 168              * These two currently fail for 'float'.
 169              * 8.8 is definitely out by more than it should be.
 170              */
 171             {  7.7,     0x1.9fdf8bcce533ep+7,   0x1p-46,        0x1.8p-16 },
 172             {  8.8,     0x1.bdb8cdadbe124p+8,   0x1p-45,        0x1.8p-15 },
 173         };
 174         unsigned int i;
 175
 176         for (i = 0; i < __arraycount(v); i++) {
 177                 T_LIBM_CHECK(i, exp2, v[i].x, v[i].y, v[i].d_eps);
 178                 if (i > 1)
 179                         T_LIBM_CHECK(i, exp2f, v[i].x, v[i].y, v[i].f_eps);
 180         }
 181 }
 182
 183
 184 /*
 185  * exp(3)
 186  */
 187 ATF_TC(exp_nan);
 188 ATF_TC_HEAD(exp_nan, tc)
 189 {
 190         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test exp(NaN) == NaN");
 191 }
 192
 193 ATF_TC_BODY(exp_nan, tc)
 194 {
 195         const double x = 0.0L / 0.0L;
 196
 197         if (isnan(exp(x)) == 0)
 198                 atf_tc_fail_nonfatal("exp(NaN) != NaN");
 199 }
 200
 201 ATF_TC(exp_inf_neg);
 202 ATF_TC_HEAD(exp_inf_neg, tc)
 203 {
 204         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test exp(-Inf) == +0.0");
 205 }
 206
 207 ATF_TC_BODY(exp_inf_neg, tc)
 208 {
 209         const double x = -1.0L / 0.0L;
 210         double y = exp(x);
 211
 212         if (fabs(y) > 0.0 || signbit(y) != 0)
 213                 atf_tc_fail_nonfatal("exp(-Inf) != +0.0");
 214 }
 215
 216 ATF_TC(exp_inf_pos);
 217 ATF_TC_HEAD(exp_inf_pos, tc)
 218 {
 219         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test exp(+Inf) == +Inf");
 220 }
 221
 222 ATF_TC_BODY(exp_inf_pos, tc)
 223 {
 224         const double x = 1.0L / 0.0L;
 225         double y = exp(x);
 226
 227         if (isinf(y) == 0 || signbit(y) != 0)
 228                 atf_tc_fail_nonfatal("exp(+Inf) != +Inf");
 229 }
 230
 231 ATF_TC(exp_product);
 232 ATF_TC_HEAD(exp_product, tc)
 233 {
 234         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test some selected exp(x)");
 235 }
 236
 237 ATF_TC_BODY(exp_product, tc)
 238 {
 239         double eps;
 240         double x;
 241         double y;
 242         size_t i;
 243
 244         for (i = 0; i < __arraycount(exp_values); i++) {
 245                 x = exp_values[i].x;
 246                 y = exp_values[i].y;
 247                 eps = 1e-15 * exp_values[i].e;
 248
 249                 if (fabs(exp(x) - y) > eps)
 250                         atf_tc_fail_nonfatal("exp(%0.01f) != %18.18e", x, y);
 251         }
 252 }
 253
 254 ATF_TC(exp_zero_neg);
 255 ATF_TC_HEAD(exp_zero_neg, tc)
 256 {
 257         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test exp(-0.0) == 1.0");
 258 }
 259
 260 ATF_TC_BODY(exp_zero_neg, tc)
 261 {
 262         const double x = -0.0L;
 263
 264         if (fabs(exp(x) - 1.0) > 0.0)
 265                 atf_tc_fail_nonfatal("exp(-0.0) != 1.0");
 266 }
 267
 268 ATF_TC(exp_zero_pos);
 269 ATF_TC_HEAD(exp_zero_pos, tc)
 270 {
 271         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test exp(+0.0) == 1.0");
 272 }
 273
 274 ATF_TC_BODY(exp_zero_pos, tc)
 275 {
 276         const double x = 0.0L;
 277
 278         if (fabs(exp(x) - 1.0) > 0.0)
 279                 atf_tc_fail_nonfatal("exp(+0.0) != 1.0");
 280 }
 281
 282 /*
 283  * expf(3)
 284  */
 285 ATF_TC(expf_nan);
 286 ATF_TC_HEAD(expf_nan, tc)
 287 {
 288         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expf(NaN) == NaN");
 289 }
 290
 291 ATF_TC_BODY(expf_nan, tc)
 292 {
 293         const float x = 0.0L / 0.0L;
 294
 295         if (isnan(expf(x)) == 0)
 296                 atf_tc_fail_nonfatal("expf(NaN) != NaN");
 297 }
 298
 299 ATF_TC(expf_inf_neg);
 300 ATF_TC_HEAD(expf_inf_neg, tc)
 301 {
 302         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expf(-Inf) == +0.0");
 303 }
 304
 305 ATF_TC_BODY(expf_inf_neg, tc)
 306 {
 307         const float x = -1.0L / 0.0L;
 308         float y = expf(x);
 309
 310         if (fabsf(y) > 0.0 || signbit(y) != 0)
 311                 atf_tc_fail_nonfatal("expf(-Inf) != +0.0");
 312 }
 313
 314 ATF_TC(expf_inf_pos);
 315 ATF_TC_HEAD(expf_inf_pos, tc)
 316 {
 317         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expf(+Inf) == +Inf");
 318 }
 319
 320 ATF_TC_BODY(expf_inf_pos, tc)
 321 {
 322         const float x = 1.0L / 0.0L;
 323         float y = expf(x);
 324
 325         if (isinf(y) == 0 || signbit(y) != 0)
 326                 atf_tc_fail_nonfatal("expf(+Inf) != +Inf");
 327 }
 328
 329 ATF_TC(expf_product);
 330 ATF_TC_HEAD(expf_product, tc)
 331 {
 332         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test some selected expf(x)");
 333 }
 334
 335 ATF_TC_BODY(expf_product, tc)
 336 {
 337         float eps;
 338         float x;
 339         float y;
 340         size_t i;
 341
 342         for (i = 0; i < __arraycount(exp_values); i++) {
 343                 x = exp_values[i].x;
 344                 y = exp_values[i].y;
 345                 eps = 1e-6 * exp_values[i].e;
 346
 347                 if (fabsf(expf(x) - y) > eps)
 348                         atf_tc_fail_nonfatal("expf(%0.01f) != %18.18e", x, y);
 349         }
 350 }
 351
 352 ATF_TC(expf_zero_neg);
 353 ATF_TC_HEAD(expf_zero_neg, tc)
 354 {
 355         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expf(-0.0) == 1.0");
 356 }
 357
 358 ATF_TC_BODY(expf_zero_neg, tc)
 359 {
 360         const float x = -0.0L;
 361
 362         if (fabsf(expf(x) - 1.0f) > 0.0)
 363                 atf_tc_fail_nonfatal("expf(-0.0) != 1.0");
 364 }
 365
 366 ATF_TC(expf_zero_pos);
 367 ATF_TC_HEAD(expf_zero_pos, tc)
 368 {
 369         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expf(+0.0) == 1.0");
 370 }
 371
 372 ATF_TC_BODY(expf_zero_pos, tc)
 373 {
 374         const float x = 0.0L;
 375
 376         if (fabsf(expf(x) - 1.0f) > 0.0)
 377                 atf_tc_fail_nonfatal("expf(+0.0) != 1.0");
 378 }
 379
 380 /*
 381  * expm1(3)
 382  */
 383 ATF_TC(expm1_nan);
 384 ATF_TC_HEAD(expm1_nan, tc)
 385 {
 386         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1(NaN) == NaN");
 387 }
 388
 389 ATF_TC_BODY(expm1_nan, tc)
 390 {
 391         const double x = 0.0L / 0.0L;
 392
 393         if (isnan(expm1(x)) == 0)
 394                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1(NaN) != NaN");
 395 }
 396
 397 ATF_TC(expm1_inf_neg);
 398 ATF_TC_HEAD(expm1_inf_neg, tc)
 399 {
 400         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1(-Inf) == -1");
 401 }
 402
 403 ATF_TC_BODY(expm1_inf_neg, tc)
 404 {
 405         const double x = -1.0L / 0.0L;
 406
 407         if (expm1(x) != -1.0)
 408                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1(-Inf) != -1.0");
 409 }
 410
 411 ATF_TC(expm1_inf_pos);
 412 ATF_TC_HEAD(expm1_inf_pos, tc)
 413 {
 414         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1(+Inf) == +Inf");
 415 }
 416
 417 ATF_TC_BODY(expm1_inf_pos, tc)
 418 {
 419         const double x = 1.0L / 0.0L;
 420         double y = expm1(x);
 421
 422         if (isinf(y) == 0 || signbit(y) != 0)
 423                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1(+Inf) != +Inf");
 424 }
 425
 426 ATF_TC(expm1_zero_neg);
 427 ATF_TC_HEAD(expm1_zero_neg, tc)
 428 {
 429         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1(-0.0) == -0.0");
 430 }
 431
 432 ATF_TC_BODY(expm1_zero_neg, tc)
 433 {
 434         const double x = -0.0L;
 435         double y = expm1(x);
 436
 437         if (fabs(y) > 0.0 || signbit(y) == 0)
 438                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1(-0.0) != -0.0");
 439 }
 440
 441 ATF_TC(expm1_zero_pos);
 442 ATF_TC_HEAD(expm1_zero_pos, tc)
 443 {
 444         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1(+0.0) == 1.0");
 445 }
 446
 447 ATF_TC_BODY(expm1_zero_pos, tc)
 448 {
 449         const double x = 0.0L;
 450         double y = expm1(x);
 451
 452         if (fabs(y) > 0.0 || signbit(y) != 0)
 453                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1(+0.0) != +0.0");
 454 }
 455
 456 /*
 457  * expm1f(3)
 458  */
 459 ATF_TC(expm1f_nan);
 460 ATF_TC_HEAD(expm1f_nan, tc)
 461 {
 462         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1f(NaN) == NaN");
 463 }
 464
 465 ATF_TC_BODY(expm1f_nan, tc)
 466 {
 467         const float x = 0.0L / 0.0L;
 468
 469         if (isnan(expm1f(x)) == 0)
 470                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1f(NaN) != NaN");
 471 }
 472
 473 ATF_TC(expm1f_inf_neg);
 474 ATF_TC_HEAD(expm1f_inf_neg, tc)
 475 {
 476         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1f(-Inf) == -1");
 477 }
 478
 479 ATF_TC_BODY(expm1f_inf_neg, tc)
 480 {
 481         const float x = -1.0L / 0.0L;
 482
 483         if (expm1f(x) != -1.0)
 484                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1f(-Inf) != -1.0");
 485 }
 486
 487 ATF_TC(expm1f_inf_pos);
 488 ATF_TC_HEAD(expm1f_inf_pos, tc)
 489 {
 490         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1f(+Inf) == +Inf");
 491 }
 492
 493 ATF_TC_BODY(expm1f_inf_pos, tc)
 494 {
 495         const float x = 1.0L / 0.0L;
 496         float y = expm1f(x);
 497
 498         if (isinf(y) == 0 || signbit(y) != 0)
 499                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1f(+Inf) != +Inf");
 500 }
 501
 502 ATF_TC(expm1f_zero_neg);
 503 ATF_TC_HEAD(expm1f_zero_neg, tc)
 504 {
 505         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1f(-0.0) == -0.0");
 506 }
 507
 508 ATF_TC_BODY(expm1f_zero_neg, tc)
 509 {
 510         const float x = -0.0L;
 511         float y = expm1f(x);
 512
 513         if (fabsf(y) > 0.0 || signbit(y) == 0)
 514                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1f(-0.0) != -0.0");
 515 }
 516
 517 ATF_TC(expm1f_zero_pos);
 518 ATF_TC_HEAD(expm1f_zero_pos, tc)
 519 {
 520         atf_tc_set_md_var(tc, "descr", "Test expm1f(+0.0) == 1.0");
 521 }
 522
 523 ATF_TC_BODY(expm1f_zero_pos, tc)
 524 {
 525         const float x = 0.0L;
 526         float y = expm1f(x);
 527
 528         if (fabsf(y) > 0.0 || signbit(y) != 0)
 529                 atf_tc_fail_nonfatal("expm1f(+0.0) != +0.0");
 530 }
 531
 532 ATF_TP_ADD_TCS(tp)
 533 {
 534
 535         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp2_is_nan);
 536         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp2_is_plus_zero);
 537         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp2_values);
 538         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp2_powers);
 539
 540         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_nan);
 541         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_inf_neg);
 542         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_inf_pos);
 543         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_product);
 544         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_zero_neg);
 545         ATF_TP_ADD_TC(tp, exp_zero_pos);
 546
 547         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_nan);
 548         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_inf_neg);
 549         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_inf_pos);
 550         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_product);
 551         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_zero_neg);
 552         ATF_TP_ADD_TC(tp, expf_zero_pos);
 553
 554         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1_nan);
 555         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1_inf_neg);
 556         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1_inf_pos);
 557         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1_zero_neg);
 558         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1_zero_pos);
 559
 560         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1f_nan);
 561         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1f_inf_neg);
 562         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1f_inf_pos);
 563         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1f_zero_neg);
 564         ATF_TP_ADD_TC(tp, expm1f_zero_pos);
 565
 566         return atf_no_error();
 567 }