GHC/Real.lhs

   1 % ------------------------------------------------------------------------------
   2 % $Id: Real.lhs,v 1.3 2002/02/12 15:51:26 simonmar Exp $
   3 %
   4 % (c) The University of Glasgow, 1994-2000
   5 %
   6
   7 \section[GHC.Real]{Module @GHC.Real@}
   8
   9 The types
  10
  11         Ratio, Rational
  12
  13 and the classes
  14
  15         Real
  16         Integral
  17         Fractional
  18         RealFrac
  19
  20
  21 \begin{code}
  22 {-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
  23
  24 module GHC.Real where
  25
  26 import {-# SOURCE #-} GHC.Err
  27 import GHC.Base
  28 import GHC.Num
  29 import GHC.List
  30 import GHC.Enum
  31 import GHC.Show
  32
  33 infixr 8  ^, ^^
  34 infixl 7  /, `quot`, `rem`, `div`, `mod`
  35
  36 default ()              -- Double isn't available yet,
  37                         -- and we shouldn't be using defaults anyway
  38 \end{code}
  39
  40
  41 %*********************************************************
  42 %*                                                      *
  43 \subsection{The @Ratio@ and @Rational@ types}
  44 %*                                                      *
  45 %*********************************************************
  46
  47 \begin{code}
  48 data  (Integral a)      => Ratio a = !a :% !a  deriving (Eq)
  49 type  Rational          =  Ratio Integer
  50 \end{code}
  51
  52
  53 \begin{code}
  54 {-# SPECIALISE (%) :: Integer -> Integer -> Rational #-}
  55 (%)                     :: (Integral a) => a -> a -> Ratio a
  56 numerator, denominator  :: (Integral a) => Ratio a -> a
  57 \end{code}
  58
  59 \tr{reduce} is a subsidiary function used only in this module .
  60 It normalises a ratio by dividing both numerator and denominator by
  61 their greatest common divisor.
  62
  63 \begin{code}
  64 reduce ::  (Integral a) => a -> a -> Ratio a
  65 {-# SPECIALISE reduce :: Integer -> Integer -> Rational #-}
  66 reduce _ 0              =  error "Ratio.%: zero denominator"
  67 reduce x y              =  (x `quot` d) :% (y `quot` d)
  68                            where d = gcd x y
  69 \end{code}
  70
  71 \begin{code}
  72 x % y                   =  reduce (x * signum y) (abs y)
  73
  74 numerator   (x :% _)    =  x
  75 denominator (_ :% y)    =  y
  76 \end{code}
  77
  78
  79 %*********************************************************
  80 %*                                                      *
  81 \subsection{Standard numeric classes}
  82 %*                                                      *
  83 %*********************************************************
  84
  85 \begin{code}
  86 class  (Num a, Ord a) => Real a  where
  87     toRational          ::  a -> Rational
  88
  89 class  (Real a, Enum a) => Integral a  where
  90     quot, rem, div, mod :: a -> a -> a
  91     quotRem, divMod     :: a -> a -> (a,a)
  92     toInteger           :: a -> Integer
  93
  94     n `quot` d          =  q  where (q,_) = quotRem n d
  95     n `rem` d           =  r  where (_,r) = quotRem n d
  96     n `div` d           =  q  where (q,_) = divMod n d
  97     n `mod` d           =  r  where (_,r) = divMod n d
  98     divMod n d          =  if signum r == negate (signum d) then (q-1, r+d) else qr
  99                            where qr@(q,r) = quotRem n d
 100
 101 class  (Num a) => Fractional a  where
 102     (/)                 :: a -> a -> a
 103     recip               :: a -> a
 104     fromRational        :: Rational -> a
 105
 106     recip x             =  1 / x
 107     x / y               = x * recip y
 108
 109 class  (Real a, Fractional a) => RealFrac a  where
 110     properFraction      :: (Integral b) => a -> (b,a)
 111     truncate, round     :: (Integral b) => a -> b
 112     ceiling, floor      :: (Integral b) => a -> b
 113
 114     truncate x          =  m  where (m,_) = properFraction x
 115
 116     round x             =  let (n,r) = properFraction x
 117                                m     = if r < 0 then n - 1 else n + 1
 118                            in case signum (abs r - 0.5) of
 119                                 -1 -> n
 120                                 0  -> if even n then n else m
 121                                 1  -> m
 122
 123     ceiling x           =  if r > 0 then n + 1 else n
 124                            where (n,r) = properFraction x
 125
 126     floor x             =  if r < 0 then n - 1 else n
 127                            where (n,r) = properFraction x
 128 \end{code}
 129
 130
 131 These 'numeric' enumerations come straight from the Report
 132
 133 \begin{code}
 134 numericEnumFrom         :: (Fractional a) => a -> [a]
 135 numericEnumFrom         =  iterate (+1)
 136
 137 numericEnumFromThen     :: (Fractional a) => a -> a -> [a]
 138 numericEnumFromThen n m =  iterate (+(m-n)) n
 139
 140 numericEnumFromTo       :: (Ord a, Fractional a) => a -> a -> [a]
 141 numericEnumFromTo n m   = takeWhile (<= m + 1/2) (numericEnumFrom n)
 142
 143 numericEnumFromThenTo   :: (Ord a, Fractional a) => a -> a -> a -> [a]
 144 numericEnumFromThenTo e1 e2 e3 = takeWhile pred (numericEnumFromThen e1 e2)
 145                                 where
 146                                  mid = (e2 - e1) / 2
 147                                  pred | e2 > e1   = (<= e3 + mid)
 148                                       | otherwise = (>= e3 + mid)
 149 \end{code}
 150
 151
 152 %*********************************************************
 153 %*                                                      *
 154 \subsection{Instances for @Int@}
 155 %*                                                      *
 156 %*********************************************************
 157
 158 \begin{code}
 159 instance  Real Int  where
 160     toRational x        =  toInteger x % 1
 161
 162 instance  Integral Int  where
 163     toInteger i = int2Integer i  -- give back a full-blown Integer
 164
 165     -- Following chks for zero divisor are non-standard (WDP)
 166     a `quot` b  =  if b /= 0
 167                    then a `quotInt` b
 168                    else error "Prelude.Integral.quot{Int}: divide by 0"
 169     a `rem` b   =  if b /= 0
 170                    then a `remInt` b
 171                    else error "Prelude.Integral.rem{Int}: divide by 0"
 172
 173     x `div` y = x `divInt` y
 174     x `mod` y = x `modInt` y
 175
 176     a `quotRem` b = a `quotRemInt` b
 177     a `divMod`  b = a `divModInt`  b
 178 \end{code}
 179
 180
 181 %*********************************************************
 182 %*                                                      *
 183 \subsection{Instances for @Integer@}
 184 %*                                                      *
 185 %*********************************************************
 186
 187 \begin{code}
 188 instance  Real Integer  where
 189     toRational x        =  x % 1
 190
 191 instance  Integral Integer where
 192     toInteger n      = n
 193
 194     n `quot` d = n `quotInteger` d
 195     n `rem`  d = n `remInteger`  d
 196
 197     n `div` d   =  q  where (q,_) = divMod n d
 198     n `mod` d   =  r  where (_,r) = divMod n d
 199
 200     a `divMod` b = a `divModInteger` b
 201     a `quotRem` b = a `quotRemInteger` b
 202 \end{code}
 203
 204
 205 %*********************************************************
 206 %*                                                      *
 207 \subsection{Instances for @Ratio@}
 208 %*                                                      *
 209 %*********************************************************
 210
 211 \begin{code}
 212 instance  (Integral a)  => Ord (Ratio a)  where
 213     {-# SPECIALIZE instance Ord Rational #-}
 214     (x:%y) <= (x':%y')  =  x * y' <= x' * y
 215     (x:%y) <  (x':%y')  =  x * y' <  x' * y
 216
 217 instance  (Integral a)  => Num (Ratio a)  where
 218     {-# SPECIALIZE instance Num Rational #-}
 219     (x:%y) + (x':%y')   =  reduce (x*y' + x'*y) (y*y')
 220     (x:%y) - (x':%y')   =  reduce (x*y' - x'*y) (y*y')
 221     (x:%y) * (x':%y')   =  reduce (x * x') (y * y')
 222     negate (x:%y)       =  (-x) :% y
 223     abs (x:%y)          =  abs x :% y
 224     signum (x:%_)       =  signum x :% 1
 225     fromInteger x       =  fromInteger x :% 1
 226
 227 instance  (Integral a)  => Fractional (Ratio a)  where
 228     {-# SPECIALIZE instance Fractional Rational #-}
 229     (x:%y) / (x':%y')   =  (x*y') % (y*x')
 230     recip (x:%y)        =  y % x
 231     fromRational (x:%y) =  fromInteger x :% fromInteger y
 232
 233 instance  (Integral a)  => Real (Ratio a)  where
 234     {-# SPECIALIZE instance Real Rational #-}
 235     toRational (x:%y)   =  toInteger x :% toInteger y
 236
 237 instance  (Integral a)  => RealFrac (Ratio a)  where
 238     {-# SPECIALIZE instance RealFrac Rational #-}
 239     properFraction (x:%y) = (fromInteger (toInteger q), r:%y)
 240                           where (q,r) = quotRem x y
 241
 242 instance  (Integral a)  => Show (Ratio a)  where
 243     {-# SPECIALIZE instance Show Rational #-}
 244     showsPrec p (x:%y)  =  showParen (p > ratio_prec)
 245                                (shows x . showString " % " . shows y)
 246
 247 ratio_prec :: Int
 248 ratio_prec = 7
 249
 250 instance  (Integral a)  => Enum (Ratio a)  where
 251     {-# SPECIALIZE instance Enum Rational #-}
 252     succ x              =  x + 1
 253     pred x              =  x - 1
 254
 255     toEnum n            =  fromInteger (int2Integer n) :% 1
 256     fromEnum            =  fromInteger . truncate
 257
 258     enumFrom            =  numericEnumFrom
 259     enumFromThen        =  numericEnumFromThen
 260     enumFromTo          =  numericEnumFromTo
 261     enumFromThenTo      =  numericEnumFromThenTo
 262 \end{code}
 263
 264
 265 %*********************************************************
 266 %*                                                      *
 267 \subsection{Coercions}
 268 %*                                                      *
 269 %*********************************************************
 270
 271 \begin{code}
 272 fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
 273 fromIntegral = fromInteger . toInteger
 274
 275 {-# RULES
 276 "fromIntegral/Int->Int" fromIntegral = id :: Int -> Int
 277     #-}
 278
 279 realToFrac :: (Real a, Fractional b) => a -> b
 280 realToFrac = fromRational . toRational
 281
 282 {-# RULES
 283 "realToFrac/Int->Int" realToFrac = id :: Int -> Int
 284     #-}
 285 \end{code}
 286
 287 %*********************************************************
 288 %*                                                      *
 289 \subsection{Overloaded numeric functions}
 290 %*                                                      *
 291 %*********************************************************
 292
 293 \begin{code}
 294 showSigned :: (Real a) => (a -> ShowS) -> Int -> a -> ShowS
 295 showSigned showPos p x
 296    | x < 0     = showParen (p > 6) (showChar '-' . showPos (-x))
 297    | otherwise = showPos x
 298
 299 even, odd       :: (Integral a) => a -> Bool
 300 even n          =  n `rem` 2 == 0
 301 odd             =  not . even
 302
 303 -------------------------------------------------------
 304 {-# SPECIALISE (^) ::
 305         Integer -> Integer -> Integer,
 306         Integer -> Int -> Integer,
 307         Int -> Int -> Int #-}
 308 (^)             :: (Num a, Integral b) => a -> b -> a
 309 _ ^ 0           =  1
 310 x ^ n | n > 0   =  f x (n-1) x
 311                    where f _ 0 y = y
 312                          f a d y = g a d  where
 313                                    g b i | even i  = g (b*b) (i `quot` 2)
 314                                          | otherwise = f b (i-1) (b*y)
 315 _ ^ _           = error "Prelude.^: negative exponent"
 316
 317 {-# SPECIALISE (^^) ::
 318         Rational -> Int -> Rational #-}
 319 (^^)            :: (Fractional a, Integral b) => a -> b -> a
 320 x ^^ n          =  if n >= 0 then x^n else recip (x^(negate n))
 321
 322
 323 -------------------------------------------------------
 324 gcd             :: (Integral a) => a -> a -> a
 325 gcd 0 0         =  error "Prelude.gcd: gcd 0 0 is undefined"
 326 gcd x y         =  gcd' (abs x) (abs y)
 327                    where gcd' a 0  =  a
 328                          gcd' a b  =  gcd' b (a `rem` b)
 329
 330 lcm             :: (Integral a) => a -> a -> a
 331 {-# SPECIALISE lcm :: Int -> Int -> Int #-}
 332 lcm _ 0         =  0
 333 lcm 0 _         =  0
 334 lcm x y         =  abs ((x `quot` (gcd x y)) * y)
 335
 336
 337 {-# RULES
 338 "gcd/Int->Int->Int"             gcd = gcdInt
 339 "gcd/Integer->Integer->Integer" gcd = gcdInteger
 340 "lcm/Integer->Integer->Integer" lcm = lcmInteger
 341  #-}
 342
 343 integralEnumFrom :: (Integral a, Bounded a) => a -> [a]
 344 integralEnumFrom n = map fromInteger [toInteger n .. toInteger (maxBound `asTypeOf` n)]
 345
 346 integralEnumFromThen :: (Integral a, Bounded a) => a -> a -> [a]
 347 integralEnumFromThen n1 n2
 348   | i_n2 >= i_n1  = map fromInteger [i_n1, i_n2 .. toInteger (maxBound `asTypeOf` n1)]
 349   | otherwise     = map fromInteger [i_n1, i_n2 .. toInteger (minBound `asTypeOf` n1)]
 350   where
 351     i_n1 = toInteger n1
 352     i_n2 = toInteger n2
 353
 354 integralEnumFromTo :: Integral a => a -> a -> [a]
 355 integralEnumFromTo n m = map fromInteger [toInteger n .. toInteger m]
 356
 357 integralEnumFromThenTo :: Integral a => a -> a -> a -> [a]
 358 integralEnumFromThenTo n1 n2 m
 359   = map fromInteger [toInteger n1, toInteger n2 .. toInteger m]
 360 \end{code}