[project @ 2005-03-14 15:22:51 by simonmar]
[ghc-base.git] / GHC / Real.lhs
index 98edd2e..31e8160 100644 (file)
@@ -1,26 +1,21 @@
-% ------------------------------------------------------------------------------
-% $Id: Real.lhs,v 1.3 2002/02/12 15:51:26 simonmar Exp $
-%
-% (c) The University of Glasgow, 1994-2000
-%
-
-\section[GHC.Real]{Module @GHC.Real@}
-
-The types
-
-       Ratio, Rational
-
-and the classes
-
-       Real
-       Integral
-       Fractional
-       RealFrac
-
-
 \begin{code}
-{-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
-
+{-# OPTIONS_GHC -fno-implicit-prelude #-}
+-----------------------------------------------------------------------------
+-- |
+-- Module      :  GHC.Real
+-- Copyright   :  (c) The FFI Task Force, 1994-2002
+-- License     :  see libraries/base/LICENSE
+-- 
+-- Maintainer  :  cvs-ghc@haskell.org
+-- Stability   :  internal
+-- Portability :  non-portable (GHC Extensions)
+--
+-- The types 'Ratio' and 'Rational', and the classes 'Real', 'Fractional',
+-- 'Integral', and 'RealFrac'.
+--
+-----------------------------------------------------------------------------
+
+-- #hide
 module GHC.Real where
 
 import {-# SOURCE #-} GHC.Err
@@ -32,6 +27,7 @@ import GHC.Show
 
 infixr 8  ^, ^^
 infixl 7  /, `quot`, `rem`, `div`, `mod`
+infixl 7  %
 
 default ()             -- Double isn't available yet, 
                        -- and we shouldn't be using defaults anyway
@@ -45,15 +41,41 @@ default ()          -- Double isn't available yet,
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
+-- | Rational numbers, with numerator and denominator of some 'Integral' type.
 data  (Integral a)     => Ratio a = !a :% !a  deriving (Eq)
+
+-- | Arbitrary-precision rational numbers, represented as a ratio of
+-- two 'Integer' values.  A rational number may be constructed using
+-- the '%' operator.
 type  Rational         =  Ratio Integer
+
+ratioPrec, ratioPrec1 :: Int
+ratioPrec  = 7         -- Precedence of ':%' constructor
+ratioPrec1 = ratioPrec + 1
+
+infinity, notANumber :: Rational
+infinity   = 1 :% 0
+notANumber = 0 :% 0
+
+-- Use :%, not % for Inf/NaN; the latter would 
+-- immediately lead to a runtime error, because it normalises. 
 \end{code}
 
 
 \begin{code}
+-- | Forms the ratio of two integral numbers.
 {-# SPECIALISE (%) :: Integer -> Integer -> Rational #-}
 (%)                    :: (Integral a) => a -> a -> Ratio a
-numerator, denominator :: (Integral a) => Ratio a -> a
+
+-- | Extract the numerator of the ratio in reduced form:
+-- the numerator and denominator have no common factor and the denominator
+-- is positive.
+numerator      :: (Integral a) => Ratio a -> a
+
+-- | Extract the denominator of the ratio in reduced form:
+-- the numerator and denominator have no common factor and the denominator
+-- is positive.
+denominator    :: (Integral a) => Ratio a -> a
 \end{code}
 
 \tr{reduce} is a subsidiary function used only in this module .
@@ -84,11 +106,30 @@ denominator (_ :% y)       =  y
 
 \begin{code}
 class  (Num a, Ord a) => Real a  where
+    -- | the rational equivalent of its real argument with full precision
     toRational         ::  a -> Rational
 
+-- | Integral numbers, supporting integer division.
+--
+-- Minimal complete definition: 'quotRem' and 'toInteger'
 class  (Real a, Enum a) => Integral a  where
-    quot, rem, div, mod        :: a -> a -> a
-    quotRem, divMod    :: a -> a -> (a,a)
+    -- | integer division truncated toward zero
+    quot               :: a -> a -> a
+    -- | integer remainder, satisfying
+    --
+    -- > (x `quot` y)*y + (x `rem` y) == x
+    rem                        :: a -> a -> a
+    -- | integer division truncated toward negative infinity
+    div                        :: a -> a -> a
+    -- | integer modulus, satisfying
+    --
+    -- > (x `div` y)*y + (x `mod` y) == x
+    mod                        :: a -> a -> a
+    -- | simultaneous 'quot' and 'rem'
+    quotRem            :: a -> a -> (a,a)
+    -- | simultaneous 'div' and 'mod'
+    divMod             :: a -> a -> (a,a)
+    -- | conversion to 'Integer'
     toInteger          :: a -> Integer
 
     n `quot` d         =  q  where (q,_) = quotRem n d
@@ -98,18 +139,46 @@ class  (Real a, Enum a) => Integral a  where
     divMod n d                 =  if signum r == negate (signum d) then (q-1, r+d) else qr
                           where qr@(q,r) = quotRem n d
 
+-- | Fractional numbers, supporting real division.
+--
+-- Minimal complete definition: 'fromRational' and ('recip' or @('/')@)
 class  (Num a) => Fractional a  where
+    -- | fractional division
     (/)                        :: a -> a -> a
+    -- | reciprocal fraction
     recip              :: a -> a
+    -- | Conversion from a 'Rational' (that is @'Ratio' 'Integer'@).
+    -- A floating literal stands for an application of 'fromRational'
+    -- to a value of type 'Rational', so such literals have type
+    -- @('Fractional' a) => a@.
     fromRational       :: Rational -> a
 
     recip x            =  1 / x
     x / y              = x * recip y
 
+-- | Extracting components of fractions.
+--
+-- Minimal complete definition: 'properFraction'
 class  (Real a, Fractional a) => RealFrac a  where
+    -- | The function 'properFraction' takes a real fractional number @x@
+    -- and returns a pair @(n,f)@ such that @x = n+f@, and:
+    --
+    -- * @n@ is an integral number with the same sign as @x@; and
+    --
+    -- * @f@ is a fraction with the same type and sign as @x@,
+    --   and with absolute value less than @1@.
+    --
+    -- The default definitions of the 'ceiling', 'floor', 'truncate'
+    -- and 'round' functions are in terms of 'properFraction'.
     properFraction     :: (Integral b) => a -> (b,a)
-    truncate, round    :: (Integral b) => a -> b
-    ceiling, floor     :: (Integral b) => a -> b
+    -- | @'truncate' x@ returns the integer nearest @x@ between zero and @x@
+    truncate           :: (Integral b) => a -> b
+    -- | @'round' x@ returns the nearest integer to @x@
+    round              :: (Integral b) => a -> b
+    -- | @'ceiling' x@ returns the least integer not less than @x@
+    ceiling            :: (Integral b) => a -> b
+    -- | @'floor' x@ returns the greatest integer not greater than @x@
+    floor              :: (Integral b) => a -> b
 
     truncate x         =  m  where (m,_) = properFraction x
     
@@ -144,7 +213,7 @@ numericEnumFromThenTo   :: (Ord a, Fractional a) => a -> a -> a -> [a]
 numericEnumFromThenTo e1 e2 e3 = takeWhile pred (numericEnumFromThen e1 e2)
                                where
                                 mid = (e2 - e1) / 2
-                                pred | e2 > e1   = (<= e3 + mid)
+                                pred | e2 >= e1  = (<= e3 + mid)
                                      | otherwise = (>= e3 + mid)
 \end{code}
 
@@ -162,18 +231,22 @@ instance  Real Int  where
 instance  Integral Int where
     toInteger i = int2Integer i  -- give back a full-blown Integer
 
-    -- Following chks for zero divisor are non-standard (WDP)
-    a `quot` b =  if b /= 0
-                  then a `quotInt` b
-                  else error "Prelude.Integral.quot{Int}: divide by 0"
-    a `rem` b  =  if b /= 0
-                  then a `remInt` b
-                  else error "Prelude.Integral.rem{Int}: divide by 0"
+    a `quot` 0   = divZeroError
+    a `quot` b =  a `quotInt` b
 
-    x `div` y = x `divInt` y
-    x `mod` y = x `modInt` y
+    a `rem` 0   = divZeroError
+    a `rem` b  = a `remInt` b
 
+    a `div` 0   = divZeroError
+    a `div` b   = a `divInt` b
+
+    a `mod` 0   = divZeroError
+    a `mod` b   = a `modInt` b
+
+    a `quotRem` 0 = divZeroError
     a `quotRem` b = a `quotRemInt` b
+
+    a `divMod`  0 = divZeroError
     a `divMod`  b = a `divModInt`  b
 \end{code}
 
@@ -191,14 +264,19 @@ instance  Real Integer  where
 instance  Integral Integer where
     toInteger n             = n
 
+    a `quot` 0 = divZeroError
     n `quot` d = n `quotInteger` d
-    n `rem`  d = n `remInteger`  d
 
-    n `div` d  =  q  where (q,_) = divMod n d
-    n `mod` d  =  r  where (_,r) = divMod n d
+    a `rem` 0 = divZeroError
+    n `rem`  d = n `remInteger`  d
 
+    a `divMod` 0 = divZeroError
     a `divMod` b = a `divModInteger` b
+
+    a `quotRem` 0 = divZeroError
     a `quotRem` b = a `quotRemInteger` b
+
+    -- use the defaults for div & mod
 \end{code}
 
 
@@ -241,11 +319,11 @@ instance  (Integral a)    => RealFrac (Ratio a)  where
 
 instance  (Integral a)  => Show (Ratio a)  where
     {-# SPECIALIZE instance Show Rational #-}
-    showsPrec p (x:%y) =  showParen (p > ratio_prec)
-                              (shows x . showString " % " . shows y)
-
-ratio_prec :: Int
-ratio_prec = 7
+    showsPrec p (x:%y) =  showParen (p > ratioPrec) $
+                          showsPrec ratioPrec1 x . 
+                          showString "%" .     -- H98 report has spaces round the %
+                                               -- but we removed them [May 04]
+                          showsPrec ratioPrec1 y
 
 instance  (Integral a) => Enum (Ratio a)  where
     {-# SPECIALIZE instance Enum Rational #-}
@@ -269,6 +347,7 @@ instance  (Integral a)      => Enum (Ratio a)  where
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
+-- | general coercion from integral types
 fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
 fromIntegral = fromInteger . toInteger
 
@@ -276,6 +355,7 @@ fromIntegral = fromInteger . toInteger
 "fromIntegral/Int->Int" fromIntegral = id :: Int -> Int
     #-}
 
+-- | general coercion to fractional types
 realToFrac :: (Real a, Fractional b) => a -> b
 realToFrac = fromRational . toRational
 
@@ -291,7 +371,12 @@ realToFrac = fromRational . toRational
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
-showSigned :: (Real a) => (a -> ShowS) -> Int -> a -> ShowS
+-- | Converts a possibly-negative 'Real' value to a string.
+showSigned :: (Real a)
+  => (a -> ShowS)      -- ^ a function that can show unsigned values
+  -> Int               -- ^ the precedence of the enclosing context
+  -> a                 -- ^ the value to show
+  -> ShowS
 showSigned showPos p x 
    | x < 0     = showParen (p > 6) (showChar '-' . showPos (-x))
    | otherwise = showPos x
@@ -301,6 +386,7 @@ even n              =  n `rem` 2 == 0
 odd            =  not . even
 
 -------------------------------------------------------
+-- | raise a number to a non-negative integral power
 {-# SPECIALISE (^) ::
        Integer -> Integer -> Integer,
        Integer -> Int -> Integer,
@@ -314,6 +400,7 @@ x ^ n | n > 0       =  f x (n-1) x
                                         | otherwise = f b (i-1) (b*y)
 _ ^ _          = error "Prelude.^: negative exponent"
 
+-- | raise a number to an integral power
 {-# SPECIALISE (^^) ::
        Rational -> Int -> Rational #-}
 (^^)           :: (Fractional a, Integral b) => a -> b -> a
@@ -321,12 +408,16 @@ x ^^ n            =  if n >= 0 then x^n else recip (x^(negate n))
 
 
 -------------------------------------------------------
+-- | @'gcd' x y@ is the greatest (positive) integer that divides both @x@
+-- and @y@; for example @'gcd' (-3) 6@ = @3@, @'gcd' (-3) (-6)@ = @3@,
+-- @'gcd' 0 4@ = @4@.  @'gcd' 0 0@ raises a runtime error.
 gcd            :: (Integral a) => a -> a -> a
 gcd 0 0                =  error "Prelude.gcd: gcd 0 0 is undefined"
 gcd x y                =  gcd' (abs x) (abs y)
                   where gcd' a 0  =  a
                         gcd' a b  =  gcd' b (a `rem` b)
 
+-- | @'lcm' x y@ is the smallest positive integer that both @x@ and @y@ divide.
 lcm            :: (Integral a) => a -> a -> a
 {-# SPECIALISE lcm :: Int -> Int -> Int #-}
 lcm _ 0                =  0