tools/regression/lib/msun/test-cexp.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 2008-2011 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 cexp*().
  29  */
  30
  31 #include <sys/cdefs.h>
  32 __FBSDID("$FreeBSD$");
  33
  34 #include <assert.h>
  35 #include <complex.h>
  36 #include <fenv.h>
  37 #include <float.h>
  38 #include <math.h>
  39 #include <stdio.h>
  40
  41 #include "test-utils.h"
  42
  43 #define N(i)    (sizeof(i) / sizeof((i)[0]))
  44
  45 #pragma STDC FENV_ACCESS        ON
  46 #pragma STDC CX_LIMITED_RANGE   OFF
  47
  48 /*
  49  * Test that a function returns the correct value and sets the
  50  * exception flags correctly. The exceptmask specifies which
  51  * exceptions we should check. We need to be lenient for several
  52  * reasons, but mainly because on some architectures it's impossible
  53  * to raise FE_OVERFLOW without raising FE_INEXACT. In some cases,
  54  * whether cexp() raises an invalid exception is unspecified.
  55  *
  56  * These are macros instead of functions so that assert provides more
  57  * meaningful error messages.
  58  *
  59  * XXX The volatile here is to avoid gcc's bogus constant folding and work
  60  *     around the lack of support for the FENV_ACCESS pragma.
  61  */
  62 #define test(func, z, result, exceptmask, excepts, checksign)   do {    \
  63         volatile long double complex _d = z;                            \
  64         assert(feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT) == 0);                      \
  65         assert(cfpequal_cs((func)(_d), (result), (checksign)));         \
  66         assert(((void)(func), fetestexcept(exceptmask) == (excepts)));  \
  67 } while (0)
  68
  69 /* Test within a given tolerance. */
  70 #define test_tol(func, z, result, tol)                          do {    \
  71         volatile long double complex _d = z;                            \
  72         assert(cfpequal_tol((func)(_d), (result), (tol),                \
  73             FPE_ABS_ZERO | CS_BOTH));                                   \
  74 } while (0)
  75
  76 /* Test all the functions that compute cexp(x). */
  77 #define testall(x, result, exceptmask, excepts, checksign)      do {    \
  78         test(cexp, x, result, exceptmask, excepts, checksign);          \
  79         test(cexpf, x, result, exceptmask, excepts, checksign);         \
  80 } while (0)
  81
  82 /*
  83  * Test all the functions that compute cexp(x), within a given tolerance.
  84  * The tolerance is specified in ulps.
  85  */
  86 #define testall_tol(x, result, tol)                             do {    \
  87         test_tol(cexp, x, result, tol * DBL_ULP());                     \
  88         test_tol(cexpf, x, result, tol * FLT_ULP());                    \
  89 } while (0)
  90
  91 /* Various finite non-zero numbers to test. */
  92 static const float finites[] =
  93 { -42.0e20, -1.0, -1.0e-10, -0.0, 0.0, 1.0e-10, 1.0, 42.0e20 };
  94
  95
  96 /* Tests for 0 */
  97 void
  98 test_zero(void)
  99 {
 100
 101         /* cexp(0) = 1, no exceptions raised */
 102         testall(0.0, 1.0, ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 103         testall(-0.0, 1.0, ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 104         testall(CMPLXL(0.0, -0.0), CMPLXL(1.0, -0.0), ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 105         testall(CMPLXL(-0.0, -0.0), CMPLXL(1.0, -0.0), ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 106 }
 107
 108 /*
 109  * Tests for NaN.  The signs of the results are indeterminate unless the
 110  * imaginary part is 0.
 111  */
 112 void
 113 test_nan()
 114 {
 115         int i;
 116
 117         /* cexp(x + NaNi) = NaN + NaNi and optionally raises invalid */
 118         /* cexp(NaN + yi) = NaN + NaNi and optionally raises invalid (|y|>0) */
 119         for (i = 0; i < N(finites); i++) {
 120                 testall(CMPLXL(finites[i], NAN), CMPLXL(NAN, NAN),
 121                         ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INVALID, 0, 0);
 122                 if (finites[i] == 0.0)
 123                         continue;
 124                 /* XXX FE_INEXACT shouldn't be raised here */
 125                 testall(CMPLXL(NAN, finites[i]), CMPLXL(NAN, NAN),
 126                         ALL_STD_EXCEPT & ~(FE_INVALID | FE_INEXACT), 0, 0);
 127         }
 128
 129         /* cexp(NaN +- 0i) = NaN +- 0i */
 130         testall(CMPLXL(NAN, 0.0), CMPLXL(NAN, 0.0), ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 131         testall(CMPLXL(NAN, -0.0), CMPLXL(NAN, -0.0), ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 132
 133         /* cexp(inf + NaN i) = inf + nan i */
 134         testall(CMPLXL(INFINITY, NAN), CMPLXL(INFINITY, NAN),
 135                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 0);
 136         /* cexp(-inf + NaN i) = 0 */
 137         testall(CMPLXL(-INFINITY, NAN), CMPLXL(0.0, 0.0),
 138                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 0);
 139         /* cexp(NaN + NaN i) = NaN + NaN i */
 140         testall(CMPLXL(NAN, NAN), CMPLXL(NAN, NAN),
 141                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 0);
 142 }
 143
 144 void
 145 test_inf(void)
 146 {
 147         int i;
 148
 149         /* cexp(x + inf i) = NaN + NaNi and raises invalid */
 150         for (i = 0; i < N(finites); i++) {
 151                 testall(CMPLXL(finites[i], INFINITY), CMPLXL(NAN, NAN),
 152                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID, 1);
 153         }
 154         /* cexp(-inf + yi) = 0 * (cos(y) + sin(y)i) */
 155         /* XXX shouldn't raise an inexact exception */
 156         testall(CMPLXL(-INFINITY, M_PI_4), CMPLXL(0.0, 0.0),
 157                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 158         testall(CMPLXL(-INFINITY, 3 * M_PI_4), CMPLXL(-0.0, 0.0),
 159                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 160         testall(CMPLXL(-INFINITY, 5 * M_PI_4), CMPLXL(-0.0, -0.0),
 161                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 162         testall(CMPLXL(-INFINITY, 7 * M_PI_4), CMPLXL(0.0, -0.0),
 163                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 164         testall(CMPLXL(-INFINITY, 0.0), CMPLXL(0.0, 0.0),
 165                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 166         testall(CMPLXL(-INFINITY, -0.0), CMPLXL(0.0, -0.0),
 167                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 168         /* cexp(inf + yi) = inf * (cos(y) + sin(y)i) (except y=0) */
 169         /* XXX shouldn't raise an inexact exception */
 170         testall(CMPLXL(INFINITY, M_PI_4), CMPLXL(INFINITY, INFINITY),
 171                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 172         testall(CMPLXL(INFINITY, 3 * M_PI_4), CMPLXL(-INFINITY, INFINITY),
 173                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 174         testall(CMPLXL(INFINITY, 5 * M_PI_4), CMPLXL(-INFINITY, -INFINITY),
 175                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 176         testall(CMPLXL(INFINITY, 7 * M_PI_4), CMPLXL(INFINITY, -INFINITY),
 177                 ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 178         /* cexp(inf + 0i) = inf + 0i */
 179         testall(CMPLXL(INFINITY, 0.0), CMPLXL(INFINITY, 0.0),
 180                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 181         testall(CMPLXL(INFINITY, -0.0), CMPLXL(INFINITY, -0.0),
 182                 ALL_STD_EXCEPT, 0, 1);
 183 }
 184
 185 void
 186 test_reals(void)
 187 {
 188         int i;
 189
 190         for (i = 0; i < N(finites); i++) {
 191                 /* XXX could check exceptions more meticulously */
 192                 test(cexp, CMPLXL(finites[i], 0.0),
 193                      CMPLXL(exp(finites[i]), 0.0),
 194                      FE_INVALID | FE_DIVBYZERO, 0, 1);
 195                 test(cexp, CMPLXL(finites[i], -0.0),
 196                      CMPLXL(exp(finites[i]), -0.0),
 197                      FE_INVALID | FE_DIVBYZERO, 0, 1);
 198                 test(cexpf, CMPLXL(finites[i], 0.0),
 199                      CMPLXL(expf(finites[i]), 0.0),
 200                      FE_INVALID | FE_DIVBYZERO, 0, 1);
 201                 test(cexpf, CMPLXL(finites[i], -0.0),
 202                      CMPLXL(expf(finites[i]), -0.0),
 203                      FE_INVALID | FE_DIVBYZERO, 0, 1);
 204         }
 205 }
 206
 207 void
 208 test_imaginaries(void)
 209 {
 210         int i;
 211
 212         for (i = 0; i < N(finites); i++) {
 213                 test(cexp, CMPLXL(0.0, finites[i]),
 214                      CMPLXL(cos(finites[i]), sin(finites[i])),
 215                      ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 216                 test(cexp, CMPLXL(-0.0, finites[i]),
 217                      CMPLXL(cos(finites[i]), sin(finites[i])),
 218                      ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 219                 test(cexpf, CMPLXL(0.0, finites[i]),
 220                      CMPLXL(cosf(finites[i]), sinf(finites[i])),
 221                      ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 222                 test(cexpf, CMPLXL(-0.0, finites[i]),
 223                      CMPLXL(cosf(finites[i]), sinf(finites[i])),
 224                      ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INEXACT, 0, 1);
 225         }
 226 }
 227
 228 void
 229 test_small(void)
 230 {
 231         static const double tests[] = {
 232              /* csqrt(a + bI) = x + yI */
 233              /* a       b       x                       y */
 234                  1.0,   M_PI_4, M_SQRT2 * 0.5 * M_E,    M_SQRT2 * 0.5 * M_E,
 235                 -1.0,   M_PI_4, M_SQRT2 * 0.5 / M_E,    M_SQRT2 * 0.5 / M_E,
 236                  2.0,   M_PI_2, 0.0,                    M_E * M_E,
 237                  M_LN2, M_PI,   -2.0,                   0.0,
 238         };
 239         double a, b;
 240         double x, y;
 241         int i;
 242
 243         for (i = 0; i < N(tests); i += 4) {
 244                 a = tests[i];
 245                 b = tests[i + 1];
 246                 x = tests[i + 2];
 247                 y = tests[i + 3];
 248                 test_tol(cexp, CMPLXL(a, b), CMPLXL(x, y), 3 * DBL_ULP());
 249
 250                 /* float doesn't have enough precision to pass these tests */
 251                 if (x == 0 || y == 0)
 252                         continue;
 253                 test_tol(cexpf, CMPLXL(a, b), CMPLXL(x, y), 1 * FLT_ULP());
 254         }
 255 }
 256
 257 /* Test inputs with a real part r that would overflow exp(r). */
 258 void
 259 test_large(void)
 260 {
 261
 262         test_tol(cexp, CMPLXL(709.79, 0x1p-1074),
 263                  CMPLXL(INFINITY, 8.94674309915433533273e-16), DBL_ULP());
 264         test_tol(cexp, CMPLXL(1000, 0x1p-1074),
 265                  CMPLXL(INFINITY, 9.73344457300016401328e+110), DBL_ULP());
 266         test_tol(cexp, CMPLXL(1400, 0x1p-1074),
 267                  CMPLXL(INFINITY, 5.08228858149196559681e+284), DBL_ULP());
 268         test_tol(cexp, CMPLXL(900, 0x1.23456789abcdep-1020),
 269                  CMPLXL(INFINITY, 7.42156649354218408074e+83), DBL_ULP());
 270         test_tol(cexp, CMPLXL(1300, 0x1.23456789abcdep-1020),
 271                  CMPLXL(INFINITY, 3.87514844965996756704e+257), DBL_ULP());
 272
 273         test_tol(cexpf, CMPLXL(88.73, 0x1p-149),
 274                  CMPLXL(INFINITY, 4.80265603e-07), 2 * FLT_ULP());
 275         test_tol(cexpf, CMPLXL(90, 0x1p-149),
 276                  CMPLXL(INFINITY, 1.7101492622e-06f), 2 * FLT_ULP());
 277         test_tol(cexpf, CMPLXL(192, 0x1p-149),
 278                  CMPLXL(INFINITY, 3.396809344e+38f), 2 * FLT_ULP());
 279         test_tol(cexpf, CMPLXL(120, 0x1.234568p-120),
 280                  CMPLXL(INFINITY, 1.1163382522e+16f), 2 * FLT_ULP());
 281         test_tol(cexpf, CMPLXL(170, 0x1.234568p-120),
 282                  CMPLXL(INFINITY, 5.7878851079e+37f), 2 * FLT_ULP());
 283 }
 284
 285 int
 286 main(int argc, char *argv[])
 287 {
 288
 289         printf("1..7\n");
 290
 291         test_zero();
 292         printf("ok 1 - cexp zero\n");
 293
 294         test_nan();
 295         printf("ok 2 - cexp nan\n");
 296
 297         test_inf();
 298         printf("ok 3 - cexp inf\n");
 299
 300         test_reals();
 301         printf("ok 4 - cexp reals\n");
 302
 303         test_imaginaries();
 304         printf("ok 5 - cexp imaginaries\n");
 305
 306         test_small();
 307         printf("ok 6 - cexp small\n");
 308
 309         test_large();
 310         printf("ok 7 - cexp large\n");
 311
 312         return (0);
 313 }