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

   1 /*-
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  24  * SUCH DAMAGE.
  25  */
  26
  27 /*
  28  * Tests for fma{,f,l}().
  29  */
  30
  31 #include <sys/cdefs.h>
  32 __FBSDID("$FreeBSD$");
  33
  34 #include <assert.h>
  35 #include <fenv.h>
  36 #include <float.h>
  37 #include <math.h>
  38 #include <stdio.h>
  39
  40 #define ALL_STD_EXCEPT  (FE_DIVBYZERO | FE_INEXACT | FE_INVALID | \
  41                          FE_OVERFLOW | FE_UNDERFLOW)
  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  * reasons, 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 #define test(func, x, y, z, result, exceptmask, excepts) do {           \
  56         assert(feclearexcept(FE_ALL_EXCEPT) == 0);                      \
  57         assert(fpequal((func)((x), (y), (z)), (result)));               \
  58         assert(((func), fetestexcept(exceptmask) == (excepts)));        \
  59 } while (0)
  60
  61 #define testall(x, y, z, result, exceptmask, excepts)   do {            \
  62         test(fma, (x), (y), (z), (double)(result), (exceptmask), (excepts)); \
  63         test(fmaf, (x), (y), (z), (float)(result), (exceptmask), (excepts)); \
  64         test(fmal, (x), (y), (z), (result), (exceptmask), (excepts));   \
  65 } while (0)
  66
  67 /* Test in all rounding modes. */
  68 #define testrnd(func, x, y, z, rn, ru, rd, rz, exceptmask, excepts)     do { \
  69         fesetround(FE_TONEAREST);                                       \
  70         test((func), (x), (y), (z), (rn), (exceptmask), (excepts));     \
  71         fesetround(FE_UPWARD);                                          \
  72         test((func), (x), (y), (z), (ru), (exceptmask), (excepts));     \
  73         fesetround(FE_DOWNWARD);                                        \
  74         test((func), (x), (y), (z), (rd), (exceptmask), (excepts));     \
  75         fesetround(FE_TOWARDZERO);                                      \
  76         test((func), (x), (y), (z), (rz), (exceptmask), (excepts));     \
  77 } while (0)
  78
  79 /*
  80  * Determine whether x and y are equal, with two special rules:
  81  *      +0.0 != -0.0
  82  *       NaN == NaN
  83  */
  84 int
  85 fpequal(long double x, long double y)
  86 {
  87
  88         return ((x == y && !signbit(x) == !signbit(y))
  89                 || (isnan(x) && isnan(y)));
  90 }
  91
  92 static void
  93 test_zeroes(void)
  94 {
  95         const int rd = (fegetround() == FE_DOWNWARD);
  96
  97         testall(0.0, 0.0, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  98         testall(1.0, 0.0, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
  99         testall(0.0, 1.0, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 100         testall(0.0, 0.0, 1.0, 1.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 101
 102         testall(-0.0, 0.0, 0.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 103         testall(0.0, -0.0, 0.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 104         testall(-0.0, -0.0, 0.0, 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 105         testall(0.0, 0.0, -0.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 106         testall(-0.0, -0.0, -0.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 107
 108         testall(-0.0, 0.0, -0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 109         testall(0.0, -0.0, -0.0, -0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 110
 111         testall(-1.0, 1.0, 1.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 112         testall(1.0, -1.0, 1.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 113         testall(-1.0, -1.0, -1.0, rd ? -0.0 : 0.0, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 114
 115         switch (fegetround()) {
 116         case FE_TONEAREST:
 117         case FE_TOWARDZERO:
 118                 test(fmaf, -FLT_MIN, FLT_MIN, 0.0, -0.0,
 119                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT | FE_UNDERFLOW);
 120                 test(fma, -DBL_MIN, DBL_MIN, 0.0, -0.0,
 121                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT | FE_UNDERFLOW);
 122                 test(fmal, -LDBL_MIN, LDBL_MIN, 0.0, -0.0,
 123                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT | FE_UNDERFLOW);
 124         }
 125 }
 126
 127 static void
 128 test_infinities(void)
 129 {
 130
 131         testall(INFINITY, 1.0, -1.0, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 132         testall(-1.0, INFINITY, 0.0, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 133         testall(0.0, 0.0, INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 134         testall(1.0, 1.0, INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 135         testall(1.0, 1.0, -INFINITY, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 136
 137         testall(INFINITY, -INFINITY, 1.0, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 138         testall(INFINITY, INFINITY, 1.0, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 139         testall(-INFINITY, -INFINITY, INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 140
 141         testall(0.0, INFINITY, 1.0, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 142         testall(INFINITY, 0.0, -0.0, NAN, ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 143
 144         /* The invalid exception is optional in this case. */
 145         testall(INFINITY, 0.0, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT & ~FE_INVALID, 0);
 146
 147         testall(INFINITY, INFINITY, -INFINITY, NAN,
 148                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 149         testall(-INFINITY, INFINITY, INFINITY, NAN,
 150                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 151         testall(INFINITY, -1.0, INFINITY, NAN,
 152                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INVALID);
 153
 154         test(fmaf, FLT_MAX, FLT_MAX, -INFINITY, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 155         test(fma, DBL_MAX, DBL_MAX, -INFINITY, -INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 156         test(fmal, LDBL_MAX, LDBL_MAX, -INFINITY, -INFINITY,
 157              ALL_STD_EXCEPT, 0);
 158         test(fmaf, FLT_MAX, -FLT_MAX, INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 159         test(fma, DBL_MAX, -DBL_MAX, INFINITY, INFINITY, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 160         test(fmal, LDBL_MAX, -LDBL_MAX, INFINITY, INFINITY,
 161              ALL_STD_EXCEPT, 0);
 162 }
 163
 164 static void
 165 test_nans(void)
 166 {
 167
 168         testall(NAN, 0.0, 0.0, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 169         testall(1.0, NAN, 1.0, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 170         testall(1.0, -1.0, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 171         testall(0.0, 0.0, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 172         testall(NAN, NAN, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 173
 174         /* x*y should not raise an inexact/overflow/underflow if z is NaN. */
 175         testall(M_PI, M_PI, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 176         test(fmaf, FLT_MIN, FLT_MIN, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 177         test(fma, DBL_MIN, DBL_MIN, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 178         test(fmal, LDBL_MIN, LDBL_MIN, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 179         test(fmaf, FLT_MAX, FLT_MAX, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 180         test(fma, DBL_MAX, DBL_MAX, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 181         test(fmal, LDBL_MAX, LDBL_MAX, NAN, NAN, ALL_STD_EXCEPT, 0);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * Tests for cases where z is very small compared to x*y.
 186  */
 187 static void
 188 test_small_z(void)
 189 {
 190
 191         /* x*y positive, z positive */
 192         if (fegetround() == FE_UPWARD) {
 193                 test(fmaf, 1.0, 1.0, 0x1.0p-100, 1.0 + FLT_EPSILON,
 194                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 195                 test(fma, 1.0, 1.0, 0x1.0p-200, 1.0 + DBL_EPSILON,
 196                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 197                 test(fmal, 1.0, 1.0, 0x1.0p-200, 1.0 + LDBL_EPSILON,
 198                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 199         } else {
 200                 testall(0x1.0p100, 1.0, 0x1.0p-100, 0x1.0p100,
 201                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 202         }
 203
 204         /* x*y negative, z negative */
 205         if (fegetround() == FE_DOWNWARD) {
 206                 test(fmaf, -1.0, 1.0, -0x1.0p-100, -(1.0 + FLT_EPSILON),
 207                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 208                 test(fma, -1.0, 1.0, -0x1.0p-200, -(1.0 + DBL_EPSILON),
 209                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 210                 test(fmal, -1.0, 1.0, -0x1.0p-200, -(1.0 + LDBL_EPSILON),
 211                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 212         } else {
 213                 testall(0x1.0p100, -1.0, -0x1.0p-100, -0x1.0p100,
 214                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 215         }
 216
 217         /* x*y positive, z negative */
 218         if (fegetround() == FE_DOWNWARD || fegetround() == FE_TOWARDZERO) {
 219                 test(fmaf, 1.0, 1.0, -0x1.0p-100, 1.0 - FLT_EPSILON / 2,
 220                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 221                 test(fma, 1.0, 1.0, -0x1.0p-200, 1.0 - DBL_EPSILON / 2,
 222                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 223                 test(fmal, 1.0, 1.0, -0x1.0p-200, 1.0 - LDBL_EPSILON / 2,
 224                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 225         } else {
 226                 testall(0x1.0p100, 1.0, -0x1.0p-100, 0x1.0p100,
 227                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 228         }
 229
 230         /* x*y negative, z positive */
 231         if (fegetround() == FE_UPWARD || fegetround() == FE_TOWARDZERO) {
 232                 test(fmaf, -1.0, 1.0, 0x1.0p-100, -1.0 + FLT_EPSILON / 2,
 233                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 234                 test(fma, -1.0, 1.0, 0x1.0p-200, -1.0 + DBL_EPSILON / 2,
 235                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 236                 test(fmal, -1.0, 1.0, 0x1.0p-200, -1.0 + LDBL_EPSILON / 2,
 237                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 238         } else {
 239                 testall(-0x1.0p100, 1.0, 0x1.0p-100, -0x1.0p100,
 240                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 241         }
 242 }
 243
 244 /*
 245  * Tests for cases where z is very large compared to x*y.
 246  */
 247 static void
 248 test_big_z(void)
 249 {
 250
 251         /* z positive, x*y positive */
 252         if (fegetround() == FE_UPWARD) {
 253                 test(fmaf, 0x1.0p-50, 0x1.0p-50, 1.0, 1.0 + FLT_EPSILON,
 254                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 255                 test(fma, 0x1.0p-100, 0x1.0p-100, 1.0, 1.0 + DBL_EPSILON,
 256                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 257                 test(fmal, 0x1.0p-100, 0x1.0p-100, 1.0, 1.0 + LDBL_EPSILON,
 258                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 259         } else {
 260                 testall(-0x1.0p-50, -0x1.0p-50, 0x1.0p100, 0x1.0p100,
 261                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 262         }
 263
 264         /* z negative, x*y negative */
 265         if (fegetround() == FE_DOWNWARD) {
 266                 test(fmaf, -0x1.0p-50, 0x1.0p-50, -1.0, -(1.0 + FLT_EPSILON),
 267                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 268                 test(fma, -0x1.0p-100, 0x1.0p-100, -1.0, -(1.0 + DBL_EPSILON),
 269                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 270                 test(fmal, -0x1.0p-100, 0x1.0p-100, -1.0, -(1.0 + LDBL_EPSILON),
 271                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 272         } else {
 273                 testall(0x1.0p-50, -0x1.0p-50, -0x1.0p100, -0x1.0p100,
 274                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 275         }
 276
 277         /* z negative, x*y positive */
 278         if (fegetround() == FE_UPWARD || fegetround() == FE_TOWARDZERO) {
 279                 test(fmaf, -0x1.0p-50, -0x1.0p-50, -1.0,
 280                      -1.0 + FLT_EPSILON / 2, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 281                 test(fma, -0x1.0p-100, -0x1.0p-100, -1.0,
 282                      -1.0 + DBL_EPSILON / 2, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 283                 test(fmal, -0x1.0p-100, -0x1.0p-100, -1.0,
 284                      -1.0 + LDBL_EPSILON / 2, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 285         } else {
 286                 testall(0x1.0p-50, 0x1.0p-50, -0x1.0p100, -0x1.0p100,
 287                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 288         }
 289
 290         /* z positive, x*y negative */
 291         if (fegetround() == FE_DOWNWARD || fegetround() == FE_TOWARDZERO) {
 292                 test(fmaf, 0x1.0p-50, -0x1.0p-50, 1.0, 1.0 - FLT_EPSILON / 2,
 293                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 294                 test(fma, 0x1.0p-100, -0x1.0p-100, 1.0, 1.0 - DBL_EPSILON / 2,
 295                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 296                 test(fmal, 0x1.0p-100, -0x1.0p-100, 1.0, 1.0 - LDBL_EPSILON / 2,
 297                      ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 298         } else {
 299                 testall(-0x1.0p-50, 0x1.0p-50, 0x1.0p100, 0x1.0p100,
 300                         ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 301         }
 302 }
 303
 304 static void
 305 test_accuracy(void)
 306 {
 307
 308         /* ilogb(x*y) - ilogb(z) = 20 */
 309         testrnd(fmaf, -0x1.c139d8p-51, -0x1.600e7ap32, 0x1.26558cp-38,
 310                 0x1.34e48ap-18, 0x1.34e48cp-18, 0x1.34e48ap-18, 0x1.34e48ap-18,
 311                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 312         testrnd(fma, -0x1.c139d7b84f1a3p-51, -0x1.600e7a2a16484p32,
 313                 0x1.26558cac31580p-38, 0x1.34e48a78aae97p-18,
 314                 0x1.34e48a78aae97p-18, 0x1.34e48a78aae96p-18,
 315                 0x1.34e48a78aae96p-18, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 316 #if LDBL_MANT_DIG == 113
 317         testrnd(fmal, -0x1.c139d7b84f1a3079263afcc5bae3p-51L,
 318                 -0x1.600e7a2a164840edbe2e7d301a72p32L,
 319                 0x1.26558cac315807eb07e448042101p-38L,
 320                 0x1.34e48a78aae96c76ed36077dd387p-18L,
 321                 0x1.34e48a78aae96c76ed36077dd388p-18L,
 322                 0x1.34e48a78aae96c76ed36077dd387p-18L,
 323                 0x1.34e48a78aae96c76ed36077dd387p-18L,
 324                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 325 #elif LDBL_MANT_DIG == 64
 326         testrnd(fmal, -0x1.c139d7b84f1a307ap-51L, -0x1.600e7a2a164840eep32L,
 327                 0x1.26558cac315807ecp-38L, 0x1.34e48a78aae96c78p-18L,
 328                 0x1.34e48a78aae96c78p-18L, 0x1.34e48a78aae96c76p-18L,
 329                 0x1.34e48a78aae96c76p-18L, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 330 #elif LDBL_MANT_DIG == 53
 331         testrnd(fmal, -0x1.c139d7b84f1a3p-51L, -0x1.600e7a2a16484p32L,
 332                 0x1.26558cac31580p-38L, 0x1.34e48a78aae97p-18L,
 333                 0x1.34e48a78aae97p-18L, 0x1.34e48a78aae96p-18L,
 334                 0x1.34e48a78aae96p-18L, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 335 #endif
 336
 337         /* ilogb(x*y) - ilogb(z) = -40 */
 338         testrnd(fmaf, 0x1.98210ap53, 0x1.9556acp-24, 0x1.d87da4p70,
 339                 0x1.d87da4p70, 0x1.d87da6p70, 0x1.d87da4p70, 0x1.d87da4p70,
 340                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 341         testrnd(fma, 0x1.98210ac83fe2bp53, 0x1.9556ac1475f0fp-24,
 342                 0x1.d87da3aafc60ep70, 0x1.d87da3aafda40p70,
 343                 0x1.d87da3aafda40p70, 0x1.d87da3aafda3fp70,
 344                 0x1.d87da3aafda3fp70, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 345 #if LDBL_MANT_DIG == 113
 346         testrnd(fmal, 0x1.98210ac83fe2a8f65b6278b74cebp53L,
 347                 0x1.9556ac1475f0f28968b61d0de65ap-24L,
 348                 0x1.d87da3aafc60d830aa4c6d73b749p70L,
 349                 0x1.d87da3aafda3f36a69eb86488224p70L,
 350                 0x1.d87da3aafda3f36a69eb86488225p70L,
 351                 0x1.d87da3aafda3f36a69eb86488224p70L,
 352                 0x1.d87da3aafda3f36a69eb86488224p70L,
 353                 ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 354 #elif LDBL_MANT_DIG == 64
 355         testrnd(fmal, 0x1.98210ac83fe2a8f6p53L, 0x1.9556ac1475f0f28ap-24L,
 356                 0x1.d87da3aafc60d83p70L, 0x1.d87da3aafda3f36ap70L,
 357                 0x1.d87da3aafda3f36ap70L, 0x1.d87da3aafda3f368p70L,
 358                 0x1.d87da3aafda3f368p70L, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 359 #elif LDBL_MANT_DIG == 53
 360         testrnd(fmal, 0x1.98210ac83fe2bp53L, 0x1.9556ac1475f0fp-24L,
 361                 0x1.d87da3aafc60ep70L, 0x1.d87da3aafda40p70L,
 362                 0x1.d87da3aafda40p70L, 0x1.d87da3aafda3fp70L,
 363                 0x1.d87da3aafda3fp70L, ALL_STD_EXCEPT, FE_INEXACT);
 364 #endif
 365 }
 366
 367 int
 368 main(int argc, char *argv[])
 369 {
 370         int rmodes[] = { FE_TONEAREST, FE_UPWARD, FE_DOWNWARD, FE_TOWARDZERO };
 371         int i;
 372
 373         printf("1..18\n");
 374
 375         for (i = 0; i < 4; i++) {
 376                 fesetround(rmodes[i]);
 377                 test_zeroes();
 378                 printf("ok %d - fma zeroes\n", i + 1);
 379         }
 380
 381         for (i = 0; i < 4; i++) {
 382                 fesetround(rmodes[i]);
 383                 test_infinities();
 384                 printf("ok %d - fma infinities\n", i + 5);
 385         }
 386
 387         fesetround(FE_TONEAREST);
 388         test_nans();
 389         printf("ok 9 - fma NaNs\n");
 390
 391         for (i = 0; i < 4; i++) {
 392                 fesetround(rmodes[i]);
 393                 test_small_z();
 394                 printf("ok %d - fma small z\n", i + 10);
 395         }
 396
 397         for (i = 0; i < 4; i++) {
 398                 fesetround(rmodes[i]);
 399                 test_big_z();
 400                 printf("ok %d - fma big z\n", i + 14);
 401         }
 402
 403         fesetround(FE_TONEAREST);
 404         test_accuracy();
 405         printf("ok 18 - fma accuracy\n");
 406
 407         /*
 408          * TODO:
 409          * - Tests for subnormals
 410          * - Cancellation tests (e.g., z = (double)x*y, but x*y is inexact)
 411          */
 412
 413         return (0);
 414 }