lib/msun/tests/trig_test.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2008 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 trigonometric functions. Some accuracy tests
  29  * are included as well, but these are very basic sanity checks, not
  30  * intended to be comprehensive.
  31  *
  32  * The program for generating representable numbers near multiples of pi is
  33  * available at http://www.cs.berkeley.edu/~wkahan/testpi/ .
  34  */
  35
  36 #include <sys/cdefs.h>
  37 __FBSDID("$FreeBSD$");
  38
  39 #include <sys/param.h>
  40
  41 #include <assert.h>
  42 #include <fenv.h>
  43 #include <float.h>
  44 #include <math.h>
  45 #include <stdio.h>
  46
  47 #include <atf-c.h>
  48
  49 #include "test-utils.h"
  50
  51 #pragma STDC FENV_ACCESS ON
  52
  53 /*
  54  * Test that a function returns the correct value and sets the
  55  * exception flags correctly. The exceptmask specifies which
  56  * exceptions we should check. We need to be lenient for several
  57  * reasons, but mainly because on some architectures it's impossible
  58  * to raise FE_OVERFLOW without raising FE_INEXACT.
  59  *
  60  * These are macros instead of functions so that assert provides more
  61  * meaningful error messages.
  62  *
  63  * XXX The volatile here is to avoid gcc's bogus constant folding and work
  64  *     around the lack of support for the FENV_ACCESS pragma.
  65  */
  66 #define test(func, x, result, exceptmask, excepts)      do {            \
  67         volatile long double _d = x;                                    \
  68         ATF_CHECK(feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT) == 0);                   \
  69         ATF_CHECK(fpequal((func)(_d), (result)));                               \
  70         ATF_CHECK(((void)(func), fetestexcept(exceptmask) == (excepts)));       \
  71 } while (0)
  72
  73 #define testall(prefix, x, result, exceptmask, excepts) do {            \
  74         test(prefix, x, (double)result, exceptmask, excepts);           \
  75         test(prefix##f, x, (float)result, exceptmask, excepts);         \
  76         test(prefix##l, x, result, exceptmask, excepts);                \
  77 } while (0)
  78
  79 #define testdf(prefix, x, result, exceptmask, excepts)  do {            \
  80         test(prefix, x, (double)result, exceptmask, excepts);           \
  81         test(prefix##f, x, (float)result, exceptmask, excepts);         \
  82 } while (0)
  83
  84 ATF_TC(special);
  85 ATF_TC_HEAD(special, tc)
  86 {
  87
  88         atf_tc_set_md_var(tc, "descr",
  89             "test special cases in sin(), cos(), and tan()");
  90 }
  91 ATF_TC_BODY(special, tc)
  92 {
  93
  94         /* Values at 0 should be exact. */
  95         testall(tan, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  96         testall(tan, -0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  97         testall(cos, 0.0, 1.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  98         testall(cos, -0.0, 1.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  99         testall(sin, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 100         testall(sin, -0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 101
 102         /* func(+-Inf) == NaN */
 103         testall(tan, INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 104         testall(sin, INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 105         testall(cos, INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 106         testall(tan, -INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 107         testall(sin, -INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 108         testall(cos, -INFINITY, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 109
 110         /* func(NaN) == NaN */
 111         testall(tan, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 112         testall(sin, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 113         testall(cos, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 114 }
 115
 116 #ifndef __i386__
 117 ATF_TC(reduction);
 118 ATF_TC_HEAD(reduction, tc)
 119 {
 120
 121         atf_tc_set_md_var(tc, "descr",
 122             "tests to ensure argument reduction for large arguments is accurate");
 123 }
 124 ATF_TC_BODY(reduction, tc)
 125 {
 126         /* floats very close to odd multiples of pi */
 127         static const float f_pi_odd[] = {
 128                 85563208.0f,
 129                 43998769152.0f,
 130                 9.2763667655669323e+25f,
 131                 1.5458357838905804e+29f,
 132         };
 133         /* doubles very close to odd multiples of pi */
 134         static const double d_pi_odd[] = {
 135                 3.1415926535897931,
 136                 91.106186954104004,
 137                 642615.9188844458,
 138                 3397346.5699258847,
 139                 6134899525417045.0,
 140                 3.0213551960457761e+43,
 141                 1.2646209897993783e+295,
 142                 6.2083625380677099e+307,
 143         };
 144         /* long doubles very close to odd multiples of pi */
 145 #if LDBL_MANT_DIG == 64
 146         static const long double ld_pi_odd[] = {
 147                 1.1891886960373841596e+101L,
 148                 1.07999475322710967206e+2087L,
 149                 6.522151627890431836e+2147L,
 150                 8.9368974898260328229e+2484L,
 151                 9.2961044110572205863e+2555L,
 152                 4.90208421886578286e+3189L,
 153                 1.5275546401232615884e+3317L,
 154                 1.7227465626338900093e+3565L,
 155                 2.4160090594000745334e+3808L,
 156                 9.8477555741888350649e+4314L,
 157                 1.6061597222105160737e+4326L,
 158         };
 159 #endif
 160
 161         unsigned i;
 162
 163 #if defined(__amd64__) && defined(__clang__) && __clang_major__ >= 7 && \
 164     __FreeBSD_cc_version < 1300002
 165         atf_tc_expect_fail("test fails with clang 7+ - bug 234040");
 166 #endif
 167
 168         for (i = 0; i < nitems(f_pi_odd); i++) {
 169                 ATF_CHECK(fabs(sinf(f_pi_odd[i])) < FLT_EPSILON);
 170                 ATF_CHECK(cosf(f_pi_odd[i]) == -1.0);
 171                 ATF_CHECK(fabs(tan(f_pi_odd[i])) < FLT_EPSILON);
 172
 173                 ATF_CHECK(fabs(sinf(-f_pi_odd[i])) < FLT_EPSILON);
 174                 ATF_CHECK(cosf(-f_pi_odd[i]) == -1.0);
 175                 ATF_CHECK(fabs(tanf(-f_pi_odd[i])) < FLT_EPSILON);
 176
 177                 ATF_CHECK(fabs(sinf(f_pi_odd[i] * 2)) < FLT_EPSILON);
 178                 ATF_CHECK(cosf(f_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 179                 ATF_CHECK(fabs(tanf(f_pi_odd[i] * 2)) < FLT_EPSILON);
 180
 181                 ATF_CHECK(fabs(sinf(-f_pi_odd[i] * 2)) < FLT_EPSILON);
 182                 ATF_CHECK(cosf(-f_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 183                 ATF_CHECK(fabs(tanf(-f_pi_odd[i] * 2)) < FLT_EPSILON);
 184         }
 185
 186         for (i = 0; i < nitems(d_pi_odd); i++) {
 187                 ATF_CHECK(fabs(sin(d_pi_odd[i])) < 2 * DBL_EPSILON);
 188                 ATF_CHECK(cos(d_pi_odd[i]) == -1.0);
 189                 ATF_CHECK(fabs(tan(d_pi_odd[i])) < 2 * DBL_EPSILON);
 190
 191                 ATF_CHECK(fabs(sin(-d_pi_odd[i])) < 2 * DBL_EPSILON);
 192                 ATF_CHECK(cos(-d_pi_odd[i]) == -1.0);
 193                 ATF_CHECK(fabs(tan(-d_pi_odd[i])) < 2 * DBL_EPSILON);
 194
 195                 ATF_CHECK(fabs(sin(d_pi_odd[i] * 2)) < 2 * DBL_EPSILON);
 196                 ATF_CHECK(cos(d_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 197                 ATF_CHECK(fabs(tan(d_pi_odd[i] * 2)) < 2 * DBL_EPSILON);
 198
 199                 ATF_CHECK(fabs(sin(-d_pi_odd[i] * 2)) < 2 * DBL_EPSILON);
 200                 ATF_CHECK(cos(-d_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 201                 ATF_CHECK(fabs(tan(-d_pi_odd[i] * 2)) < 2 * DBL_EPSILON);
 202         }
 203
 204 #if LDBL_MANT_DIG == 64 /* XXX: || LDBL_MANT_DIG == 113 */
 205         for (i = 0; i < nitems(ld_pi_odd); i++) {
 206                 ATF_CHECK(fabsl(sinl(ld_pi_odd[i])) < LDBL_EPSILON);
 207                 ATF_CHECK(cosl(ld_pi_odd[i]) == -1.0);
 208                 ATF_CHECK(fabsl(tanl(ld_pi_odd[i])) < LDBL_EPSILON);
 209
 210                 ATF_CHECK(fabsl(sinl(-ld_pi_odd[i])) < LDBL_EPSILON);
 211                 ATF_CHECK(cosl(-ld_pi_odd[i]) == -1.0);
 212                 ATF_CHECK(fabsl(tanl(-ld_pi_odd[i])) < LDBL_EPSILON);
 213
 214                 ATF_CHECK(fabsl(sinl(ld_pi_odd[i] * 2)) < LDBL_EPSILON);
 215                 ATF_CHECK(cosl(ld_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 216                 ATF_CHECK(fabsl(tanl(ld_pi_odd[i] * 2)) < LDBL_EPSILON);
 217
 218                 ATF_CHECK(fabsl(sinl(-ld_pi_odd[i] * 2)) < LDBL_EPSILON);
 219                 ATF_CHECK(cosl(-ld_pi_odd[i] * 2) == 1.0);
 220                 ATF_CHECK(fabsl(tanl(-ld_pi_odd[i] * 2)) < LDBL_EPSILON);
 221         }
 222 #endif
 223 }
 224
 225 ATF_TC(accuracy);
 226 ATF_TC_HEAD(accuracy, tc)
 227 {
 228
 229         atf_tc_set_md_var(tc, "descr",
 230             "tests the accuracy of these functions over the primary range");
 231 }
 232 ATF_TC_BODY(accuracy, tc)
 233 {
 234
 235         /* For small args, sin(x) = tan(x) = x, and cos(x) = 1. */
 236         testall(sin, 0xd.50ee515fe4aea16p-114L, 0xd.50ee515fe4aea16p-114L,
 237              ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 238         testall(tan, 0xd.50ee515fe4aea16p-114L, 0xd.50ee515fe4aea16p-114L,
 239              ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 240         testall(cos, 0xd.50ee515fe4aea16p-114L, 1.0,
 241                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 242
 243         /*
 244          * These tests should pass for f32, d64, and ld80 as long as
 245          * the error is <= 0.75 ulp (round to nearest)
 246          */
 247 #if LDBL_MANT_DIG <= 64
 248 #define testacc testall
 249 #else
 250 #define testacc testdf
 251 #endif
 252         testacc(sin, 0.17255452780841205174L, 0.17169949801444412683L,
 253                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 254         testacc(sin, -0.75431944555904520893L, -0.68479288156557286353L,
 255                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 256         testacc(cos, 0.70556358769838947292L, 0.76124620693117771850L,
 257                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 258         testacc(cos, -0.34061437849088045332L, 0.94254960031831729956L,
 259                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 260         testacc(tan, -0.15862817413325692897L, -0.15997221861309522115L,
 261                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 262         testacc(tan, 0.38374784931303813530L, 0.40376500259976759951L,
 263                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 264
 265         /*
 266          * XXX missing:
 267          * - tests for ld128
 268          * - tests for other rounding modes (probably won't pass for now)
 269          * - tests for large numbers that get reduced to hi+lo with lo!=0
 270          */
 271 }
 272 #endif
 273
 274 ATF_TP_ADD_TCS(tp)
 275 {
 276
 277         ATF_TP_ADD_TC(tp, special);
 278
 279 #ifndef __i386__
 280         ATF_TP_ADD_TC(tp, accuracy);
 281         ATF_TP_ADD_TC(tp, reduction);
 282 #endif
 283
 284         return (atf_no_error());
 285 }