lib/msun/tests/logarithm_test.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2008-2010 David Schultz <das@FreeBSD.org>
   3  * All rights reserved.
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   6  * modification, are permitted provided that the following conditions
   7  * are met:
   8  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  12  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  13  *
  14  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  15  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  16  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  17  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  18  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  19  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  20  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  21  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  22  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  23  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  24  * SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 /*
  28  * Tests for corner cases in log*().
  29  */
  30
  31 #include <sys/param.h>
  32 #include <fenv.h>
  33 #include <float.h>
  34 #include <math.h>
  35 #include <stdio.h>
  36
  37 #ifdef __i386__
  38 #include <ieeefp.h>
  39 #endif
  40
  41 #include "test-utils.h"
  42
  43 #pragma STDC FENV_ACCESS ON
  44
  45 /*
  46  * Test that a function returns the correct value and sets the
  47  * exception flags correctly. The exceptmask specifies which
  48  * exceptions we should check. We need to be lenient for several
  49  * reasoons, but mainly because on some architectures it's impossible
  50  * to raise FE_OVERFLOW without raising FE_INEXACT.
  51  *
  52  * These are macros instead of functions so that assert provides more
  53  * meaningful error messages.
  54  *
  55  * XXX The volatile here is to avoid gcc's bogus constant folding and work
  56  *     around the lack of support for the FENV_ACCESS pragma.
  57  */
  58 #define test(func, x, result, exceptmask, excepts)      do { \
  59         volatile long double _d = x;                           \
  60         ATF_CHECK_EQ(0, feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT));                  \
  61         CHECK_FPEQUAL((func)(_d), (result));                    \
  62         CHECK_FP_EXCEPTIONS_MSG(excepts, exceptmask, "for %s(%s)",      \
  63             #func, #x);                                                 \
  64 } while (0)
  65
  66 #define test_tol(func, z, result, tol)                  do {            \
  67         volatile long double _d = z;                                    \
  68         debug("  testing %6s(%15La) ~= % .36Le\n", #func, _d, result);  \
  69         CHECK_FPEQUAL_TOL((func)(_d), (result), (tol), CS_BOTH);        \
  70 } while (0)
  71
  72 /* Test all the functions that compute log(x). */
  73 #define testall0(x, result, exceptmask, excepts)        do {            \
  74         test(log, x, result, exceptmask, excepts);                      \
  75         test(logf, x, result, exceptmask, excepts);                     \
  76         test(logl, x, result, exceptmask, excepts);                     \
  77         test(log2, x, result, exceptmask, excepts);                     \
  78         test(log2f, x, result, exceptmask, excepts);                    \
  79         test(log2l, x, result, exceptmask, excepts);                    \
  80         test(log10, x, result, exceptmask, excepts);                    \
  81         test(log10f, x, result, exceptmask, excepts);                   \
  82         test(log10l, x, result, exceptmask, excepts);                   \
  83 } while (0)
  84
  85 /* Test all the functions that compute log(1+x). */
  86 #define testall1(x, result, exceptmask, excepts)        do {            \
  87         test(log1p, x, result, exceptmask, excepts);                    \
  88         test(log1pf, x, result, exceptmask, excepts);                   \
  89         test(log1pl, x, result, exceptmask, excepts);                   \
  90 } while (0)
  91
  92 ATF_TC_WITHOUT_HEAD(generic_tests);
  93 ATF_TC_BODY(generic_tests, tc)
  94 {
  95
  96         /* log(1) == 0, no exceptions raised */
  97         testall0(1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  98         testall1(0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  99         testall1(-0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 100
 101         /* log(NaN) == NaN, no exceptions raised */
 102         testall0(NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 103         testall1(NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 104
 105         /* log(Inf) == Inf, no exceptions raised */
 106         testall0(INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 107         testall1(INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 108
 109         /* log(x) == NaN for x < 0, invalid exception raised */
 110         testall0(-INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 111         testall1(-INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 112         testall0(-1.0, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 113         testall1(-1.5, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 114
 115         /* log(0) == -Inf, divide-by-zero exception */
 116         testall0(0.0, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, FE_DIVBYZERO);
 117         testall0(-0.0, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, FE_DIVBYZERO);
 118         testall1(-1.0, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, FE_DIVBYZERO);
 119 }
 120
 121 ATF_TC_WITHOUT_HEAD(log2_tests);
 122 ATF_TC_BODY(log2_tests, tc)
 123 {
 124         unsigned i;
 125
 126         /*
 127          * We should insist that log2() return exactly the correct
 128          * result and not raise an inexact exception for powers of 2.
 129          */
 130         ATF_REQUIRE_EQ(0, feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT));
 131         for (i = FLT_MIN_EXP - FLT_MANT_DIG; i < FLT_MAX_EXP; i++) {
 132                 ATF_CHECK_EQ(i, log2f(ldexpf(1.0, i)));
 133                 CHECK_FP_EXCEPTIONS(0, ALL_STD_EXCEPT);
 134         }
 135         for (i = DBL_MIN_EXP - DBL_MANT_DIG; i < DBL_MAX_EXP; i++) {
 136                 ATF_CHECK_EQ(i, log2(ldexp(1.0, i)));
 137                 CHECK_FP_EXCEPTIONS(0, ALL_STD_EXCEPT);
 138         }
 139         for (i = LDBL_MIN_EXP - LDBL_MANT_DIG; i < LDBL_MAX_EXP; i++) {
 140                 ATF_CHECK_EQ(i, log2l(ldexpl(1.0, i)));
 141                 CHECK_FP_EXCEPTIONS(0, ALL_STD_EXCEPT);
 142         }
 143 }
 144
 145 ATF_TC_WITHOUT_HEAD(roundingmode_tests);
 146 ATF_TC_BODY(roundingmode_tests, tc)
 147 {
 148
 149         /*
 150          * Corner cases in other rounding modes.
 151          */
 152         fesetround(FE_DOWNWARD);
 153         /* These are still positive per IEEE 754R */
 154 #if 0
 155         testall0(1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 156 #else
 157         /* logl, log2l, and log10l don't pass yet. */
 158         test(log, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 159         test(logf, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 160         test(log2, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 161         test(log2f, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 162         test(log10, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 163         test(log10f, 1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 164 #endif
 165         testall1(0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 166         fesetround(FE_TOWARDZERO);
 167         testall0(1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 168         testall1(0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 169
 170         fesetround(FE_UPWARD);
 171         testall0(1.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 172         testall1(0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 173         /* log1p(-0.0) == -0.0 even when rounding upwards */
 174         testall1(-0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 175
 176         fesetround(FE_TONEAREST);
 177 }
 178
 179 ATF_TC_WITHOUT_HEAD(accuracy_tests);
 180 ATF_TC_BODY(accuracy_tests, tc)
 181 {
 182         static const struct {
 183                 float x;
 184                 long double log2x;
 185                 long double logex;
 186                 long double log10x;
 187         } tests[] = {
 188                 {  0x1p-120 + 0x1p-140,
 189                   -1.19999998624139449158861798943319717e2L,
 190                   -8.31776607135195754708796206665656732e1L,
 191                   -3.61235990655024477716980559136055915e1L,
 192                 },
 193                 {  1.0 - 0x1p-20,
 194                   -1.37586186296463416424364914705656460e-6L,
 195                   -9.53674771153890007250243736279163253e-7L,
 196                   -4.14175690642480911859354110516159131e-7L, },
 197                 {  1.0 + 0x1p-20,
 198                    1.37586055084113820105668028340371476e-6L,
 199                    9.53673861659188233908415514963336144e-7L,
 200                    4.14175295653950611453333571759200697e-7L },
 201                 {  19.75,
 202                    4.30378074817710292442728634194115348e0L,
 203                    2.98315349134713087533848129856505779e0L,
 204                    1.29556709996247903756734359702926363e0L },
 205                 {  19.75 * 0x1p100,
 206                    1.043037807481771029244272863419411534e2L,
 207                    72.29787154734166181706169344438271459357255439172762452L,
 208                    3.139856666636059855894123306947856631e1L },
 209         };
 210         unsigned i;
 211
 212         long double log1p_ldbl_ulp = LDBL_ULP();
 213 #if LDBL_MANT_DIG > 64
 214         /*
 215          * On ld128 platforms the log1p() implementation provides less accuracy,
 216          * but does still match the ld80 precision. Use the ld80 LDBL_ULP()
 217          * value for now to avoid losing test coverage for the other functions.
 218          * Reported as https://bugs.freebsd.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=253984
 219          */
 220         log1p_ldbl_ulp = ldexpl(1.0, 1 - 64);
 221 #endif
 222
 223         for (i = 0; i < nitems(tests); i++) {
 224                 test_tol(log2, tests[i].x, tests[i].log2x, DBL_ULP());
 225                 test_tol(log2f, tests[i].x, tests[i].log2x, FLT_ULP());
 226                 test_tol(log2l, tests[i].x, tests[i].log2x, LDBL_ULP());
 227                 test_tol(log, tests[i].x, tests[i].logex, DBL_ULP());
 228                 test_tol(logf, tests[i].x, tests[i].logex, FLT_ULP());
 229                 test_tol(logl, tests[i].x, tests[i].logex, LDBL_ULP());
 230                 test_tol(log10, tests[i].x, tests[i].log10x, DBL_ULP());
 231                 test_tol(log10f, tests[i].x, tests[i].log10x, FLT_ULP());
 232                 test_tol(log10l, tests[i].x, tests[i].log10x, LDBL_ULP());
 233                 if (tests[i].x >= 0.5) {
 234                         test_tol(log1p, tests[i].x - 1, tests[i].logex,
 235                                  DBL_ULP());
 236                         test_tol(log1pf, tests[i].x - 1, tests[i].logex,
 237                                  FLT_ULP());
 238                         test_tol(log1pl, tests[i].x - 1, tests[i].logex,
 239                                  log1p_ldbl_ulp);
 240                 }
 241         }
 242 }
 243
 244 ATF_TC_WITHOUT_HEAD(log1p_accuracy_tests);
 245 ATF_TC_BODY(log1p_accuracy_tests, tc)
 246 {
 247 #if LDBL_MANT_DIG > 64
 248         if (atf_tc_get_config_var_as_bool_wd(tc, "ci", false))
 249                 atf_tc_expect_fail("https://bugs.freebsd.org/253984");
 250 #endif
 251
 252         test_tol(log1pf, 0x0.333333p0F,
 253                  1.82321546859847114303367992804596800640e-1L, FLT_ULP());
 254         test_tol(log1p, 0x0.3333333333333p0,
 255                  1.82321556793954589204283870982629267635e-1L, DBL_ULP());
 256         test_tol(log1pl, 0x0.33333333333333332p0L,
 257                  1.82321556793954626202683007050468762914e-1L, LDBL_ULP());
 258
 259         test_tol(log1pf, -0x0.333333p0F,
 260                  -2.23143536413048672940940199918017467652e-1L, FLT_ULP());
 261         test_tol(log1p, -0x0.3333333333333p0,
 262                  -2.23143551314209700255143859052009022937e-1L, DBL_ULP());
 263         test_tol(log1pl, -0x0.33333333333333332p0L,
 264                  -2.23143551314209755752742563153765697950e-1L, LDBL_ULP());
 265 }
 266
 267 ATF_TP_ADD_TCS(tp)
 268 {
 269
 270         ATF_TP_ADD_TC(tp, generic_tests);
 271         ATF_TP_ADD_TC(tp, log2_tests);
 272         ATF_TP_ADD_TC(tp, roundingmode_tests);
 273         ATF_TP_ADD_TC(tp, accuracy_tests);
 274         ATF_TP_ADD_TC(tp, log1p_accuracy_tests);
 275
 276         return (atf_no_error());
 277 }