source: libcfa/src/rational.cfa @ 5c216b4

ADTast-experimentalenumpthread-emulationqualifiedEnum
Last change on this file since 5c216b4 was 5dc4c7e, checked in by Peter A. Buhr <pabuhr@…>, 3 years ago

formatting, use new math trait in rational numbers

  • Property mode set to 100644
File size: 6.8 KB
RevLine 
[a493682]1//
[53ba273]2// Cforall Version 1.0.0 Copyright (C) 2016 University of Waterloo
3//
4// The contents of this file are covered under the licence agreement in the
5// file "LICENCE" distributed with Cforall.
[a493682]6//
7// rational.c --
8//
[53ba273]9// Author           : Peter A. Buhr
10// Created On       : Wed Apr  6 17:54:28 2016
11// Last Modified By : Peter A. Buhr
[5dc4c7e]12// Last Modified On : Tue Jul 20 16:30:06 2021
13// Update Count     : 193
[a493682]14//
[53ba273]15
[58b6d1b]16#include "rational.hfa"
17#include "fstream.hfa"
18#include "stdlib.hfa"
[53ba273]19
[5dc4c7e]20forall( T | Arithmetic( T ) ) {
[3ce0d440]21        // helper routines
22
23        // Calculate greatest common denominator of two numbers, the first of which may be negative. Used to reduce
24        // rationals.  alternative: https://en.wikipedia.org/wiki/Binary_GCD_algorithm
[5dc4c7e]25        static T gcd( T a, T b ) {
[3ce0d440]26                for ( ;; ) {                                                                    // Euclid's algorithm
[5dc4c7e]27                        T r = a % b;
28                  if ( r == (T){0} ) break;
[3ce0d440]29                        a = b;
30                        b = r;
31                } // for
32                return b;
33        } // gcd
34
[5dc4c7e]35        static T simplify( T & n, T & d ) {
36                if ( d == (T){0} ) {
[ff2a33e]37                        abort | "Invalid rational number construction: denominator cannot be equal to 0.";
[3ce0d440]38                } // exit
[5dc4c7e]39                if ( d < (T){0} ) { d = -d; n = -n; } // move sign to numerator
[3ce0d440]40                return gcd( abs( n ), d );                                              // simplify
41        } // Rationalnumber::simplify
42
43        // constructors
44
[5dc4c7e]45        void ?{}( Rational(T) & r, zero_t ) {
46                r{ (T){0}, (T){1} };
[3ce0d440]47        } // rational
48
[5dc4c7e]49        void ?{}( Rational(T) & r, one_t ) {
50                r{ (T){1}, (T){1} };
[3ce0d440]51        } // rational
52
[5dc4c7e]53        void ?{}( Rational(T) & r ) {
54                r{ (T){0}, (T){1} };
[3ce0d440]55        } // rational
56
[5dc4c7e]57        void ?{}( Rational(T) & r, T n ) {
58                r{ n, (T){1} };
[f00b2c2c]59        } // rational
60
[5dc4c7e]61        void ?{}( Rational(T) & r, T n, T d ) {
62                T t = simplify( n, d );                         // simplify
63                r.[numerator, denominator] = [n / t, d / t];
[f00b2c2c]64        } // rational
[3ce0d440]65
66        // getter for numerator/denominator
67
[5dc4c7e]68        T numerator( Rational(T) r ) {
[3ce0d440]69                return r.numerator;
70        } // numerator
71
[5dc4c7e]72        T denominator( Rational(T) r ) {
[3ce0d440]73                return r.denominator;
74        } // denominator
75
[5dc4c7e]76        [ T, T ] ?=?( & [ T, T ] dest, Rational(T) src ) {
[3ce0d440]77                return dest = src.[ numerator, denominator ];
78        } // ?=?
79
80        // setter for numerator/denominator
81
[5dc4c7e]82        T numerator( Rational(T) r, T n ) {
83                T prev = r.numerator;
84                T t = gcd( abs( n ), r.denominator ); // simplify
[0087e0e]85                r.[numerator, denominator] = [n / t, r.denominator / t];
[3ce0d440]86                return prev;
87        } // numerator
88
[5dc4c7e]89        T denominator( Rational(T) r, T d ) {
90                T prev = r.denominator;
91                T t = simplify( r.numerator, d );       // simplify
[0087e0e]92                r.[numerator, denominator] = [r.numerator / t, d / t];
[3ce0d440]93                return prev;
94        } // denominator
95
96        // comparison
97
[5dc4c7e]98        int ?==?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]99                return l.numerator * r.denominator == l.denominator * r.numerator;
100        } // ?==?
101
[5dc4c7e]102        int ?!=?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]103                return ! ( l == r );
104        } // ?!=?
105
[5dc4c7e]106        int ?!=?( Rational(T) l, zero_t ) {
107                return ! ( l == (Rational(T)){ 0 } );
108        } // ?!=?
109
110        int ?<?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]111                return l.numerator * r.denominator < l.denominator * r.numerator;
112        } // ?<?
113
[5dc4c7e]114        int ?<=?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]115                return l.numerator * r.denominator <= l.denominator * r.numerator;
116        } // ?<=?
117
[5dc4c7e]118        int ?>?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]119                return ! ( l <= r );
120        } // ?>?
121
[5dc4c7e]122        int ?>=?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]123                return ! ( l < r );
124        } // ?>=?
125
126        // arithmetic
127
[5dc4c7e]128        Rational(T) +?( Rational(T) r ) {
129                return (Rational(T)){ r.numerator, r.denominator };
[3ce0d440]130        } // +?
[53ba273]131
[5dc4c7e]132        Rational(T) -?( Rational(T) r ) {
133                return (Rational(T)){ -r.numerator, r.denominator };
[3ce0d440]134        } // -?
135
[5dc4c7e]136        Rational(T) ?+?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]137                if ( l.denominator == r.denominator ) {                 // special case
[5dc4c7e]138                        return (Rational(T)){ l.numerator + r.numerator, l.denominator };
[3ce0d440]139                } else {
[5dc4c7e]140                        return (Rational(T)){ l.numerator * r.denominator + l.denominator * r.numerator, l.denominator * r.denominator };
[3ce0d440]141                } // if
142        } // ?+?
143
[5dc4c7e]144        Rational(T) ?+=?( Rational(T) & l, Rational(T) r ) {
145                l = l + r;
146                return l;
147        } // ?+?
148
149        Rational(T) ?+=?( Rational(T) & l, one_t ) {
150                l = l + (Rational(T)){ 1 };
151                return l;
152        } // ?+?
153
154        Rational(T) ?-?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
[3ce0d440]155                if ( l.denominator == r.denominator ) {                 // special case
[5dc4c7e]156                        return (Rational(T)){ l.numerator - r.numerator, l.denominator };
[3ce0d440]157                } else {
[5dc4c7e]158                        return (Rational(T)){ l.numerator * r.denominator - l.denominator * r.numerator, l.denominator * r.denominator };
[3ce0d440]159                } // if
160        } // ?-?
161
[5dc4c7e]162        Rational(T) ?-=?( Rational(T) & l, Rational(T) r ) {
163                l = l - r;
164                return l;
165        } // ?-?
166
167        Rational(T) ?-=?( Rational(T) & l, one_t ) {
168                l = l - (Rational(T)){ 1 };
169                return l;
170        } // ?-?
171
172        Rational(T) ?*?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
173                return (Rational(T)){ l.numerator * r.numerator, l.denominator * r.denominator };
174        } // ?*?
175
176        Rational(T) ?*=?( Rational(T) & l, Rational(T) r ) {
177                return l = l * r;
[3ce0d440]178        } // ?*?
179
[5dc4c7e]180        Rational(T) ?/?( Rational(T) l, Rational(T) r ) {
181                if ( r.numerator < (T){0} ) {
[0087e0e]182                        r.[numerator, denominator] = [-r.numerator, -r.denominator];
[3ce0d440]183                } // if
[5dc4c7e]184                return (Rational(T)){ l.numerator * r.denominator, l.denominator * r.numerator };
185        } // ?/?
186
187        Rational(T) ?/=?( Rational(T) & l, Rational(T) r ) {
188                return l = l / r;
[3ce0d440]189        } // ?/?
190
191        // I/O
192
[5dc4c7e]193        forall( istype & | istream( istype ) | { istype & ?|?( istype &, T & ); } )
194        istype & ?|?( istype & is, Rational(T) & r ) {
[3ce0d440]195                is | r.numerator | r.denominator;
[5dc4c7e]196                T t = simplify( r.numerator, r.denominator );
[3ce0d440]197                r.numerator /= t;
198                r.denominator /= t;
199                return is;
200        } // ?|?
201
[5dc4c7e]202        forall( ostype & | ostream( ostype ) | { ostype & ?|?( ostype &, T ); } ) {
203                ostype & ?|?( ostype & os, Rational(T) r ) {
[200fcb3]204                        return os | r.numerator | '/' | r.denominator;
205                } // ?|?
206
[5dc4c7e]207                void ?|?( ostype & os, Rational(T) r ) {
[65240bb]208                        (ostype &)(os | r); ends( os );
[200fcb3]209                } // ?|?
210        } // distribution
[3ce0d440]211} // distribution
[630a82a]212
[5dc4c7e]213forall( T | Arithmetic( T ) | { T ?\?( T, unsigned long ); } ) {
214        Rational(T) ?\?( Rational(T) x, long int y ) {
215                if ( y < 0 ) {
216                        return (Rational(T)){ x.denominator \ -y, x.numerator \ -y };
217                } else {
218                        return (Rational(T)){ x.numerator \ y, x.denominator \ y };
219                } // if
220        } // ?\?
221
222        Rational(T) ?\=?( Rational(T) & x, long int y ) {
223                return x = x \ y;
224        } // ?\?
225} // distribution
[0087e0e]226
[630a82a]227// conversion
228
[5dc4c7e]229forall( T | Arithmetic( T ) | { double convert( T ); } )
230double widen( Rational(T) r ) {
[6c6455f]231        return convert( r.numerator ) / convert( r.denominator );
232} // widen
233
[5dc4c7e]234forall( T | Arithmetic( T ) | { double convert( T ); T convert( double ); } )
235Rational(T) narrow( double f, T md ) {
[3ce0d440]236        // http://www.ics.uci.edu/~eppstein/numth/frap.c
[5dc4c7e]237        if ( md <= (T){1} ) {                                   // maximum fractional digits too small?
238                return (Rational(T)){ convert( f ), (T){1}}; // truncate fraction
[6c6455f]239        } // if
240
241        // continued fraction coefficients
[5dc4c7e]242        T m00 = {1}, m11 = { 1 }, m01 = { 0 }, m10 = { 0 };
243        T ai, t;
[6c6455f]244
245        // find terms until denom gets too big
246        for ( ;; ) {
247                ai = convert( f );
248          if ( ! (m10 * ai + m11 <= md) ) break;
249                t = m00 * ai + m01;
250                m01 = m00;
251                m00 = t;
252                t = m10 * ai + m11;
253                m11 = m10;
254                m10 = t;
255                double temp = convert( ai );
256          if ( f == temp ) break;                                                       // prevent division by zero
257                f = 1 / (f - temp);
258          if ( f > (double)0x7FFFFFFF ) break;                          // representation failure
259        } // for
[5dc4c7e]260        return (Rational(T)){ m00, m10 };
[6c6455f]261} // narrow
[53ba273]262
263// Local Variables: //
264// tab-width: 4 //
265// End: //
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.