[project @ 1998-12-02 13:17:09 by simonm]
[ghc-hetmet.git] / ghc / lib / std / PrelNumExtra.lhs
diff --git a/ghc/lib/std/PrelNumExtra.lhs b/ghc/lib/std/PrelNumExtra.lhs
new file mode 100644 (file)
index 0000000..20c4b8b
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,909 @@
+%
+% (c) The AQUA Project, Glasgow University, 1994-1996
+%
+
+\section[PrelNumExtra]{Module @PrelNumExtra@}
+
+\begin{code}
+{-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
+{-# OPTIONS -H20m #-}
+
+#include "../includes/ieee-flpt.h"
+
+\end{code}
+
+\begin{code}
+module PrelNumExtra where
+
+import PrelBase
+import PrelGHC
+import PrelNum
+import {-# SOURCE #-} PrelErr ( error )
+import PrelList
+import PrelMaybe
+
+import PrelArr         ( Array, array, (!) )
+import PrelIOBase      ( unsafePerformIO )
+import Ix              ( Ix(..) )
+import PrelCCall       ()      -- we need the definitions of CCallable and 
+                               -- CReturnable for the _ccall_s herein.
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Type @Float@}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+\begin{code}
+instance Eq Float where
+    (F# x) == (F# y) = x `eqFloat#` y
+
+instance Ord Float where
+    (F# x) `compare` (F# y) | x `ltFloat#` y = LT
+                           | x `eqFloat#` y = EQ
+                           | otherwise      = GT
+
+    (F# x) <  (F# y) = x `ltFloat#`  y
+    (F# x) <= (F# y) = x `leFloat#`  y
+    (F# x) >= (F# y) = x `geFloat#`  y
+    (F# x) >  (F# y) = x `gtFloat#`  y
+
+instance  Num Float  where
+    (+)                x y     =  plusFloat x y
+    (-)                x y     =  minusFloat x y
+    negate     x       =  negateFloat x
+    (*)                x y     =  timesFloat x y
+    abs x | x >= 0.0   =  x
+         | otherwise   =  negateFloat x
+    signum x | x == 0.0         = 0
+            | x > 0.0   = 1
+            | otherwise = negate 1
+    fromInteger n      =  encodeFloat n 0
+    fromInt i          =  int2Float i
+
+instance  Real Float  where
+    toRational x       =  (m%1)*(b%1)^^n
+                          where (m,n) = decodeFloat x
+                                b     = floatRadix  x
+
+instance  Fractional Float  where
+    (/) x y            =  divideFloat x y
+    fromRational x     =  fromRat x
+    recip x            =  1.0 / x
+
+instance  Floating Float  where
+    pi                 =  3.141592653589793238
+    exp x              =  expFloat x
+    log        x               =  logFloat x
+    sqrt x             =  sqrtFloat x
+    sin        x               =  sinFloat x
+    cos        x               =  cosFloat x
+    tan        x               =  tanFloat x
+    asin x             =  asinFloat x
+    acos x             =  acosFloat x
+    atan x             =  atanFloat x
+    sinh x             =  sinhFloat x
+    cosh x             =  coshFloat x
+    tanh x             =  tanhFloat x
+    (**) x y           =  powerFloat x y
+    logBase x y                =  log y / log x
+
+    asinh x = log (x + sqrt (1.0+x*x))
+    acosh x = log (x + (x+1.0) * sqrt ((x-1.0)/(x+1.0)))
+    atanh x = log ((x+1.0) / sqrt (1.0-x*x))
+
+instance  RealFrac Float  where
+
+    {-# SPECIALIZE properFraction :: Float -> (Int, Float) #-}
+    {-# SPECIALIZE truncate :: Float -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE round    :: Float -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE ceiling  :: Float -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE floor    :: Float -> Int #-}
+
+    {-# SPECIALIZE properFraction :: Float -> (Integer, Float) #-}
+    {-# SPECIALIZE truncate :: Float -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE round    :: Float -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE ceiling  :: Float -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE floor    :: Float -> Integer #-}
+
+    properFraction x
+      = case (decodeFloat x)      of { (m,n) ->
+       let  b = floatRadix x     in
+       if n >= 0 then
+           (fromInteger m * fromInteger b ^ n, 0.0)
+       else
+           case (quotRem m (b^(negate n))) of { (w,r) ->
+           (fromInteger w, encodeFloat r n)
+           }
+        }
+
+    truncate x = case properFraction x of
+                    (n,_) -> n
+
+    round x    = case properFraction x of
+                    (n,r) -> let
+                               m         = if r < 0.0 then n - 1 else n + 1
+                               half_down = abs r - 0.5
+                             in
+                             case (compare half_down 0.0) of
+                               LT -> n
+                               EQ -> if even n then n else m
+                               GT -> m
+
+    ceiling x   = case properFraction x of
+                   (n,r) -> if r > 0.0 then n + 1 else n
+
+    floor x    = case properFraction x of
+                   (n,r) -> if r < 0.0 then n - 1 else n
+
+instance  RealFloat Float  where
+    floatRadix _       =  FLT_RADIX        -- from float.h
+    floatDigits _      =  FLT_MANT_DIG     -- ditto
+    floatRange _       =  (FLT_MIN_EXP, FLT_MAX_EXP) -- ditto
+
+    decodeFloat (F# f#)
+      = case decodeFloat# f#   of
+         (# exp#, a#, s#, d# #) -> (J# a# s# d#, I# exp#)
+
+    encodeFloat (J# a# s# d#) (I# e#)
+      = case encodeFloat# a# s# d# e# of { flt# -> F# flt# }
+
+    exponent x         = case decodeFloat x of
+                           (m,n) -> if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
+
+    significand x      = case decodeFloat x of
+                           (m,_) -> encodeFloat m (negate (floatDigits x))
+
+    scaleFloat k x     = case decodeFloat x of
+                           (m,n) -> encodeFloat m (n+k)
+    isNaN x = 
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isFloatNaN x) {- a _pure_function! -}
+    isInfinite x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isFloatInfinite x) {- ditto! -}
+    isDenormalized x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isFloatDenormalized x) -- ..
+    isNegativeZero x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isFloatNegativeZero x) -- ...
+    isIEEE x    = True
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Type @Double@}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+\begin{code}
+instance  Show Float  where
+    showsPrec   x = showSigned showFloat x
+    showList = showList__ (showsPrec 0) 
+
+instance Eq Double where
+    (D# x) == (D# y) = x ==## y
+
+instance Ord Double where
+    (D# x) `compare` (D# y) | x <## y   = LT
+                           | x ==## y  = EQ
+                           | otherwise = GT
+
+    (D# x) <  (D# y) = x <##  y
+    (D# x) <= (D# y) = x <=## y
+    (D# x) >= (D# y) = x >=## y
+    (D# x) >  (D# y) = x >##  y
+
+instance  Num Double  where
+    (+)                x y     =  plusDouble x y
+    (-)                x y     =  minusDouble x y
+    negate     x       =  negateDouble x
+    (*)                x y     =  timesDouble x y
+    abs x | x >= 0.0   =  x
+         | otherwise   =  negateDouble x
+    signum x | x == 0.0         = 0
+            | x > 0.0   = 1
+            | otherwise = negate 1
+    fromInteger n      =  encodeFloat n 0
+    fromInt (I# n#)    =  case (int2Double# n#) of { d# -> D# d# }
+
+instance  Real Double  where
+    toRational x       =  (m%1)*(b%1)^^n
+                          where (m,n) = decodeFloat x
+                                b     = floatRadix  x
+
+instance  Fractional Double  where
+    (/) x y            =  divideDouble x y
+    fromRational x     =  fromRat x
+    recip x            =  1.0 / x
+
+instance  Floating Double  where
+    pi                 =  3.141592653589793238
+    exp        x               =  expDouble x
+    log        x               =  logDouble x
+    sqrt x             =  sqrtDouble x
+    sin         x              =  sinDouble x
+    cos         x              =  cosDouble x
+    tan         x              =  tanDouble x
+    asin x             =  asinDouble x
+    acos x             =  acosDouble x
+    atan x             =  atanDouble x
+    sinh x             =  sinhDouble x
+    cosh x             =  coshDouble x
+    tanh x             =  tanhDouble x
+    (**) x y           =  powerDouble x y
+    logBase x y                =  log y / log x
+
+    asinh x = log (x + sqrt (1.0+x*x))
+    acosh x = log (x + (x+1.0) * sqrt ((x-1.0)/(x+1.0)))
+    atanh x = log ((x+1.0) / sqrt (1.0-x*x))
+
+instance  RealFrac Double  where
+
+    {-# SPECIALIZE properFraction :: Double -> (Int, Double) #-}
+    {-# SPECIALIZE truncate :: Double -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE round    :: Double -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE ceiling  :: Double -> Int #-}
+    {-# SPECIALIZE floor    :: Double -> Int #-}
+
+    {-# SPECIALIZE properFraction :: Double -> (Integer, Double) #-}
+    {-# SPECIALIZE truncate :: Double -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE round    :: Double -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE ceiling  :: Double -> Integer #-}
+    {-# SPECIALIZE floor    :: Double -> Integer #-}
+
+#if defined(__UNBOXED_INSTANCES__)
+    {-# SPECIALIZE properFraction :: Double -> (Int#, Double) #-}
+    {-# SPECIALIZE truncate :: Double -> Int# #-}
+    {-# SPECIALIZE round    :: Double -> Int# #-}
+    {-# SPECIALIZE ceiling  :: Double -> Int# #-}
+    {-# SPECIALIZE floor    :: Double -> Int# #-}
+#endif
+
+    properFraction x
+      = case (decodeFloat x)      of { (m,n) ->
+       let  b = floatRadix x     in
+       if n >= 0 then
+           (fromInteger m * fromInteger b ^ n, 0.0)
+       else
+           case (quotRem m (b^(negate n))) of { (w,r) ->
+           (fromInteger w, encodeFloat r n)
+           }
+        }
+
+    truncate x = case properFraction x of
+                    (n,_) -> n
+
+    round x    = case properFraction x of
+                    (n,r) -> let
+                               m         = if r < 0.0 then n - 1 else n + 1
+                               half_down = abs r - 0.5
+                             in
+                             case (compare half_down 0.0) of
+                               LT -> n
+                               EQ -> if even n then n else m
+                               GT -> m
+
+    ceiling x   = case properFraction x of
+                   (n,r) -> if r > 0.0 then n + 1 else n
+
+    floor x    = case properFraction x of
+                   (n,r) -> if r < 0.0 then n - 1 else n
+
+instance  RealFloat Double  where
+    floatRadix _       =  FLT_RADIX        -- from float.h
+    floatDigits _      =  DBL_MANT_DIG     -- ditto
+    floatRange _       =  (DBL_MIN_EXP, DBL_MAX_EXP) -- ditto
+
+    decodeFloat (D# d#)
+      = case decodeDouble# d#  of
+         (# exp#, a#, s#, d# #) -> (J# a# s# d#, I# exp#)
+
+    encodeFloat (J# a# s# d#) (I# e#)
+      = case encodeDouble# a# s# d# e# of { dbl# -> D# dbl# }
+
+    exponent x         = case decodeFloat x of
+                           (m,n) -> if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
+
+    significand x      = case decodeFloat x of
+                           (m,_) -> encodeFloat m (negate (floatDigits x))
+
+    scaleFloat k x     = case decodeFloat x of
+                           (m,n) -> encodeFloat m (n+k)
+    isNaN x = 
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isDoubleNaN x) {- a _pure_function! -}
+    isInfinite x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isDoubleInfinite x) {- ditto -}
+    isDenormalized x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isDoubleDenormalized x) -- ..
+    isNegativeZero x =
+      (0::Int) /= unsafePerformIO (_ccall_ isDoubleNegativeZero x) -- ...
+    isIEEE x    = True
+
+instance  Show Double  where
+    showsPrec   x = showSigned showFloat x
+    showList = showList__ (showsPrec 0) 
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Coercions}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+\begin{code}
+{- SPECIALIZE fromIntegral ::
+    Int                -> Rational,
+    Integer    -> Rational,
+    Int        -> Int,
+    Int        -> Integer,
+    Int                -> Float,
+    Int                -> Double,
+    Integer    -> Int,
+    Integer    -> Integer,
+    Integer    -> Float,
+    Integer    -> Double #-}
+fromIntegral   :: (Integral a, Num b) => a -> b
+fromIntegral   =  fromInteger . toInteger
+
+{- SPECIALIZE fromRealFrac ::
+    Double     -> Rational, 
+    Rational   -> Double,
+    Float      -> Rational,
+    Rational   -> Float,
+    Rational   -> Rational,
+    Double     -> Double,
+    Double     -> Float,
+    Float      -> Float,
+    Float      -> Double #-}
+fromRealFrac   :: (RealFrac a, Fractional b) => a -> b
+fromRealFrac   =  fromRational . toRational
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Common code for @Float@ and @Double@}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+The @Enum@ instances for Floats and Doubles are slightly unusual.
+The @toEnum@ function truncates numbers to Int.  The definitions
+of @enumFrom@ and @enumFromThen@ allow floats to be used in arithmetic
+series: [0,0.1 .. 1.0].  However, roundoff errors make these somewhat
+dubious.  This example may have either 10 or 11 elements, depending on
+how 0.1 is represented.
+
+NOTE: The instances for Float and Double do not make use of the default
+methods for @enumFromTo@ and @enumFromThenTo@, as these rely on there being
+a `non-lossy' conversion to and from Ints. Instead we make use of the 
+1.2 default methods (back in the days when Enum had Ord as a superclass)
+for these (@numericEnumFromTo@ and @numericEnumFromThenTo@ below.)
+
+\begin{code}
+instance  Enum Float  where
+    toEnum         =  fromIntegral
+    fromEnum       =  fromInteger . truncate   -- may overflow
+    enumFrom      =  numericEnumFrom
+    enumFromThen   =  numericEnumFromThen
+    enumFromThenTo =  numericEnumFromThenTo
+
+instance  Enum Double  where
+    toEnum         =  fromIntegral
+    fromEnum       =  fromInteger . truncate   -- may overflow
+    enumFrom      =  numericEnumFrom
+    enumFromThen   =  numericEnumFromThen
+    enumFromThenTo =  numericEnumFromThenTo
+
+numericEnumFrom                :: (Real a) => a -> [a]
+numericEnumFromThen    :: (Real a) => a -> a -> [a]
+numericEnumFromThenTo   :: (Real a) => a -> a -> a -> [a]
+numericEnumFrom                =  iterate (+1)
+numericEnumFromThen n m        =  iterate (+(m-n)) n
+numericEnumFromThenTo n m p = takeWhile (if m >= n then (<= p) else (>= p))
+                                     (numericEnumFromThen n m)
+\end{code}
+
+@approxRational@, applied to two real fractional numbers x and epsilon,
+returns the simplest rational number within epsilon of x.  A rational
+number n%d in reduced form is said to be simpler than another n'%d' if
+abs n <= abs n' && d <= d'.  Any real interval contains a unique
+simplest rational; here, for simplicity, we assume a closed rational
+interval.  If such an interval includes at least one whole number, then
+the simplest rational is the absolutely least whole number.  Otherwise,
+the bounds are of the form q%1 + r%d and q%1 + r'%d', where abs r < d
+and abs r' < d', and the simplest rational is q%1 + the reciprocal of
+the simplest rational between d'%r' and d%r.
+
+\begin{code}
+approxRational         :: (RealFrac a) => a -> a -> Rational
+approxRational x eps   =  simplest (x-eps) (x+eps)
+       where simplest x y | y < x      =  simplest y x
+                          | x == y     =  xr
+                          | x > 0      =  simplest' n d n' d'
+                          | y < 0      =  - simplest' (-n') d' (-n) d
+                          | otherwise  =  0 :% 1
+                                       where xr  = toRational x
+                                             n   = numerator xr
+                                             d   = denominator xr
+                                             nd' = toRational y
+                                             n'  = numerator nd'
+                                             d'  = denominator nd'
+
+             simplest' n d n' d'       -- assumes 0 < n%d < n'%d'
+                       | r == 0     =  q :% 1
+                       | q /= q'    =  (q+1) :% 1
+                       | otherwise  =  (q*n''+d'') :% n''
+                                    where (q,r)      =  quotRem n d
+                                          (q',r')    =  quotRem n' d'
+                                          nd''       =  simplest' d' r' d r
+                                          n''        =  numerator nd''
+                                          d''        =  denominator nd''
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+instance  (Integral a) => Ord (Ratio a)  where
+    (x:%y) <= (x':%y') =  x * y' <= x' * y
+    (x:%y) <  (x':%y') =  x * y' <  x' * y
+
+instance  (Integral a) => Num (Ratio a)  where
+    (x:%y) + (x':%y')  =  reduce (x*y' + x'*y) (y*y')
+    (x:%y) - (x':%y')  =  reduce (x*y' - x'*y) (y*y')
+    (x:%y) * (x':%y')  =  reduce (x * x') (y * y')
+    negate (x:%y)      =  (-x) :% y
+    abs (x:%y)         =  abs x :% y
+    signum (x:%y)      =  signum x :% 1
+    fromInteger x      =  fromInteger x :% 1
+
+instance  (Integral a) => Real (Ratio a)  where
+    toRational (x:%y)  =  toInteger x :% toInteger y
+
+instance  (Integral a) => Fractional (Ratio a)  where
+    (x:%y) / (x':%y')  =  (x*y') % (y*x')
+    recip (x:%y)       =  if x < 0 then (-y) :% (-x) else y :% x
+    fromRational (x:%y) =  fromInteger x :% fromInteger y
+
+instance  (Integral a) => RealFrac (Ratio a)  where
+    properFraction (x:%y) = (fromIntegral q, r:%y)
+                           where (q,r) = quotRem x y
+
+instance  (Integral a) => Enum (Ratio a)  where
+    enumFrom           =  iterate ((+)1)
+    enumFromThen n m   =  iterate ((+)(m-n)) n
+    toEnum n            =  fromIntegral n :% 1
+    fromEnum            =  fromInteger . truncate
+
+ratio_prec :: Int
+ratio_prec = 7
+
+instance  (Integral a)  => Show (Ratio a)  where
+    showsPrec p (x:%y) =  showParen (p > ratio_prec)
+                              (shows x . showString " % " . shows y)
+\end{code}
+
+@showRational@ converts a Rational to a string that looks like a
+floating point number, but without converting to any floating type
+(because of the possible overflow).
+
+From/by Lennart, 94/09/26
+
+\begin{code}
+showRational :: Int -> Rational -> String
+showRational n r =
+    if r == 0 then
+       "0.0"
+    else
+       let (r', e) = normalize r
+       in  prR n r' e
+
+startExpExp = 4 :: Int
+
+-- make sure 1 <= r < 10
+normalize :: Rational -> (Rational, Int)
+normalize r = if r < 1 then
+                 case norm startExpExp (1 / r) 0 of (r', e) -> (10 / r', -e-1)
+             else
+                 norm startExpExp r 0
+       where norm :: Int -> Rational -> Int -> (Rational, Int)
+             -- Invariant: r*10^e == original r
+             norm 0  r e = (r, e)
+             norm ee r e =
+               let n = 10^ee
+                   tn = 10^n
+               in  if r >= tn then norm ee (r/tn) (e+n) else norm (ee-1) r e
+
+drop0 "" = ""
+drop0 (c:cs) = c : reverse (dropWhile (=='0') (reverse cs))
+
+prR :: Int -> Rational -> Int -> String
+prR n r e | r <  1  = prR n (r*10) (e-1)               -- final adjustment
+prR n r e | r >= 10 = prR n (r/10) (e+1)
+prR n r e0 =
+       let s = show ((round (r * 10^n))::Integer)
+           e = e0+1
+       in  if e > 0 && e < 8 then
+               take e s ++ "." ++ drop0 (drop e s)
+           else if e <= 0 && e > -3 then
+               "0." ++ take (-e) (repeat '0') ++ drop0 s
+           else
+               head s : "."++ drop0 (tail s) ++ "e" ++ show e0
+\end{code}
+
+[In response to a request for documentation of how fromRational works,
+Joe Fasel writes:] A quite reasonable request!  This code was added to
+the Prelude just before the 1.2 release, when Lennart, working with an
+early version of hbi, noticed that (read . show) was not the identity
+for floating-point numbers.  (There was a one-bit error about half the
+time.)  The original version of the conversion function was in fact
+simply a floating-point divide, as you suggest above. The new version
+is, I grant you, somewhat denser.
+
+Unfortunately, Joe's code doesn't work!  Here's an example:
+
+main = putStr (shows (1.82173691287639817263897126389712638972163e-300::Double) "\n")
+
+This program prints
+       0.0000000000000000
+instead of
+       1.8217369128763981e-300
+
+Lennart's code follows, and it works...
+
+\begin{pseudocode}
+{-# SPECIALISE fromRat :: 
+       Rational -> Double,
+       Rational -> Float #-}
+fromRat :: (RealFloat a) => Rational -> a
+fromRat x = x'
+       where x' = f e
+
+--             If the exponent of the nearest floating-point number to x 
+--             is e, then the significand is the integer nearest xb^(-e),
+--             where b is the floating-point radix.  We start with a good
+--             guess for e, and if it is correct, the exponent of the
+--             floating-point number we construct will again be e.  If
+--             not, one more iteration is needed.
+
+             f e   = if e' == e then y else f e'
+                     where y      = encodeFloat (round (x * (1 % b)^^e)) e
+                           (_,e') = decodeFloat y
+             b     = floatRadix x'
+
+--             We obtain a trial exponent by doing a floating-point
+--             division of x's numerator by its denominator.  The
+--             result of this division may not itself be the ultimate
+--             result, because of an accumulation of three rounding
+--             errors.
+
+             (s,e) = decodeFloat (fromInteger (numerator x) `asTypeOf` x'
+                                       / fromInteger (denominator x))
+\end{pseudocode}
+
+Now, here's Lennart's code.
+
+\begin{code}
+--fromRat :: (RealFloat a) => Rational -> a
+fromRat x = 
+    if x == 0 then encodeFloat 0 0             -- Handle exceptional cases
+    else if x < 0 then - fromRat' (-x)         -- first.
+    else fromRat' x
+
+-- Conversion process:
+-- Scale the rational number by the RealFloat base until
+-- it lies in the range of the mantissa (as used by decodeFloat/encodeFloat).
+-- Then round the rational to an Integer and encode it with the exponent
+-- that we got from the scaling.
+-- To speed up the scaling process we compute the log2 of the number to get
+-- a first guess of the exponent.
+
+fromRat' :: (RealFloat a) => Rational -> a
+fromRat' x = r
+  where b = floatRadix r
+        p = floatDigits r
+       (minExp0, _) = floatRange r
+       minExp = minExp0 - p            -- the real minimum exponent
+       xMin = toRational (expt b (p-1))
+       xMax = toRational (expt b p)
+       p0 = (integerLogBase b (numerator x) - integerLogBase b (denominator x) - p) `max` minExp
+       f = if p0 < 0 then 1 % expt b (-p0) else expt b p0 % 1
+       (x', p') = scaleRat (toRational b) minExp xMin xMax p0 (x / f)
+       r = encodeFloat (round x') p'
+
+-- Scale x until xMin <= x < xMax, or p (the exponent) <= minExp.
+scaleRat :: Rational -> Int -> Rational -> Rational -> Int -> Rational -> (Rational, Int)
+scaleRat b minExp xMin xMax p x =
+    if p <= minExp then
+        (x, p)
+    else if x >= xMax then
+        scaleRat b minExp xMin xMax (p+1) (x/b)
+    else if x < xMin  then
+        scaleRat b minExp xMin xMax (p-1) (x*b)
+    else
+        (x, p)
+
+-- Exponentiation with a cache for the most common numbers.
+minExpt = 0::Int
+maxExpt = 1100::Int
+expt :: Integer -> Int -> Integer
+expt base n =
+    if base == 2 && n >= minExpt && n <= maxExpt then
+        expts!n
+    else
+        base^n
+expts :: Array Int Integer
+expts = array (minExpt,maxExpt) [(n,2^n) | n <- [minExpt .. maxExpt]]
+
+-- Compute the (floor of the) log of i in base b.
+-- Simplest way would be just divide i by b until it's smaller then b, but that would
+-- be very slow!  We are just slightly more clever.
+integerLogBase :: Integer -> Integer -> Int
+integerLogBase b i =
+     if i < b then
+        0
+     else
+       -- Try squaring the base first to cut down the number of divisions.
+        let l = 2 * integerLogBase (b*b) i
+           doDiv :: Integer -> Int -> Int
+           doDiv i l = if i < b then l else doDiv (i `div` b) (l+1)
+       in  doDiv (i `div` (b^l)) l
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Printing out numbers}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+\begin{code}
+--Exported from std library Numeric, defined here to
+--avoid mut. rec. between PrelNum and Numeric.
+showSigned :: (Real a) => (a -> ShowS) -> Int -> a -> ShowS
+showSigned showPos p x = if x < 0 then showParen (p > 6)
+                                                (showChar '-' . showPos (-x))
+                                 else showPos x
+
+showFloat x  =  showString (formatRealFloat FFGeneric Nothing x)
+
+-- These are the format types.  This type is not exported.
+
+data FFFormat = FFExponent | FFFixed | FFGeneric --no need: deriving (Eq, Ord, Show)
+
+formatRealFloat :: (RealFloat a) => FFFormat -> Maybe Int -> a -> String
+formatRealFloat fmt decs x = s
+ where 
+  base = 10
+  s = if isNaN x 
+      then "NaN"
+      else 
+       if isInfinite x then
+          if x < 0 then "-Infinity" else "Infinity"
+       else
+          if x < 0 || isNegativeZero x then
+            '-':doFmt fmt (floatToDigits (toInteger base) (-x))
+          else
+           doFmt fmt (floatToDigits (toInteger base) x)
+
+  doFmt fmt (is, e) =
+    let ds = map intToDigit is in
+    case fmt of
+     FFGeneric ->
+      doFmt (if e <0 || e > 7 then FFExponent else FFFixed)
+           (is,e)
+     FFExponent ->
+      case decs of
+       Nothing ->
+        let e' = if e==0 then 0 else e-1 in
+       (case ds of
+          [d]    -> d : ".0e"
+         (d:ds) -> d : '.' : ds ++ "e") ++ show e'
+       Just dec ->
+        let dec' = max dec 1 in
+        case is of
+         [0] -> '0':'.':take dec' (repeat '0') ++ "e0"
+         _ ->
+          let
+          (ei,is') = roundTo base (dec'+1) is
+          d:ds = map intToDigit (if ei > 0 then init is' else is')
+          in
+         d:'.':ds ++ 'e':show (e-1+ei)
+     FFFixed ->
+      let
+       mk0 ls = case ls of { "" -> "0" ; _ -> ls}
+      in
+      case decs of
+       Nothing ->
+         let
+         f 0 s ds = mk0 (reverse s) ++ '.':mk0 ds
+         f n s "" = f (n-1) ('0':s) ""
+         f n s (d:ds) = f (n-1) (d:s) ds
+        in
+        f e "" ds
+       Just dec ->
+        let dec' = max dec 1 in
+       if e >= 0 then
+        let
+         (ei,is') = roundTo base (dec' + e) is
+         (ls,rs)  = splitAt (e+ei) (map intToDigit is')
+        in
+        mk0 ls ++ (if null rs then "" else '.':rs)
+       else
+        let
+         (ei,is') = roundTo base dec' (replicate (-e) 0 ++ is)
+         d:ds = map intToDigit (if ei > 0 then is' else 0:is')
+        in
+        d : '.' : ds
+        
+
+roundTo :: Int -> Int -> [Int] -> (Int,[Int])
+roundTo base d is =
+ let
+  v = f d is
+ in
+ case v of
+  (0,is) -> v
+  (1,is) -> (1, 1:is)
+ where
+  b2 = base `div` 2
+
+  f n [] = (0, replicate n 0)
+  f 0 (i:_) = (if i>=b2 then 1 else 0, [])
+  f d (i:is) =
+    let 
+     (c,ds) = f (d-1) is
+     i' = c + i
+    in
+    if i' == base then (1,0:ds) else (0,i':ds)
+
+--
+-- Based on "Printing Floating-Point Numbers Quickly and Accurately"
+-- by R.G. Burger and R.K. Dybvig in PLDI 96.
+-- This version uses a much slower logarithm estimator. It should be improved.
+
+-- This function returns a list of digits (Ints in [0..base-1]) and an
+-- exponent.
+--floatToDigits :: (RealFloat a) => Integer -> a -> ([Int], Int)
+floatToDigits _ 0 = ([0], 0)
+floatToDigits base x =
+ let 
+  (f0, e0) = decodeFloat x
+  (minExp0, _) = floatRange x
+  p = floatDigits x
+  b = floatRadix x
+  minExp = minExp0 - p -- the real minimum exponent
+  -- Haskell requires that f be adjusted so denormalized numbers
+  -- will have an impossibly low exponent.  Adjust for this.
+  (f, e) = 
+   let n = minExp - e0 in
+   if n > 0 then (f0 `div` (b^n), e0+n) else (f0, e0)
+  (r, s, mUp, mDn) =
+   if e >= 0 then
+    let be = b^ e in
+    if f == b^(p-1) then
+      (f*be*b*2, 2*b, be*b, b)
+    else
+      (f*be*2, 2, be, be)
+   else
+    if e > minExp && f == b^(p-1) then
+      (f*b*2, b^(-e+1)*2, b, 1)
+    else
+      (f*2, b^(-e)*2, 1, 1)
+  k =
+   let 
+    k0 =
+     if b == 2 && base == 10 then
+        -- logBase 10 2 is slightly bigger than 3/10 so
+       -- the following will err on the low side.  Ignoring
+       -- the fraction will make it err even more.
+       -- Haskell promises that p-1 <= logBase b f < p.
+       (p - 1 + e0) * 3 `div` 10
+     else
+        ceiling ((log (fromInteger (f+1)) +
+                fromInt e * log (fromInteger b)) /
+                 fromInt e * log (fromInteger b))
+
+    fixup n =
+      if n >= 0 then
+        if r + mUp <= expt base n * s then n else fixup (n+1)
+      else
+        if expt base (-n) * (r + mUp) <= s then n else fixup (n+1)
+   in
+   fixup k0
+
+  gen ds rn sN mUpN mDnN =
+   let
+    (dn, rn') = (rn * base) `divMod` sN
+    mUpN' = mUpN * base
+    mDnN' = mDnN * base
+   in
+   case (rn' < mDnN', rn' + mUpN' > sN) of
+    (True,  False) -> dn : ds
+    (False, True)  -> dn+1 : ds
+    (True,  True)  -> if rn' * 2 < sN then dn : ds else dn+1 : ds
+    (False, False) -> gen (dn:ds) rn' sN mUpN' mDnN'
+  
+  rds = 
+   if k >= 0 then
+      gen [] r (s * expt base k) mUp mDn
+   else
+     let bk = expt base (-k) in
+     gen [] (r * bk) s (mUp * bk) (mDn * bk)
+ in
+ (map toInt (reverse rds), k)
+
+\end{code}
+
+%*********************************************************
+%*                                                     *
+\subsection{Numeric primops}
+%*                                                     *
+%*********************************************************
+
+Definitions of the boxed PrimOps; these will be
+used in the case of partial applications, etc.
+
+\begin{code}
+plusFloat   (F# x) (F# y) = F# (plusFloat# x y)
+minusFloat  (F# x) (F# y) = F# (minusFloat# x y)
+timesFloat  (F# x) (F# y) = F# (timesFloat# x y)
+divideFloat (F# x) (F# y) = F# (divideFloat# x y)
+negateFloat (F# x)        = F# (negateFloat# x)
+
+gtFloat            (F# x) (F# y) = gtFloat# x y
+geFloat            (F# x) (F# y) = geFloat# x y
+eqFloat            (F# x) (F# y) = eqFloat# x y
+neFloat            (F# x) (F# y) = neFloat# x y
+ltFloat            (F# x) (F# y) = ltFloat# x y
+leFloat            (F# x) (F# y) = leFloat# x y
+
+float2Int   (F# x) = I# (float2Int# x)
+int2Float   (I# x) = F# (int2Float# x)
+
+expFloat    (F# x) = F# (expFloat# x)
+logFloat    (F# x) = F# (logFloat# x)
+sqrtFloat   (F# x) = F# (sqrtFloat# x)
+sinFloat    (F# x) = F# (sinFloat# x)
+cosFloat    (F# x) = F# (cosFloat# x)
+tanFloat    (F# x) = F# (tanFloat# x)
+asinFloat   (F# x) = F# (asinFloat# x)
+acosFloat   (F# x) = F# (acosFloat# x)
+atanFloat   (F# x) = F# (atanFloat# x)
+sinhFloat   (F# x) = F# (sinhFloat# x)
+coshFloat   (F# x) = F# (coshFloat# x)
+tanhFloat   (F# x) = F# (tanhFloat# x)
+
+powerFloat  (F# x) (F# y) = F# (powerFloat# x y)
+
+-- definitions of the boxed PrimOps; these will be
+-- used in the case of partial applications, etc.
+
+plusDouble   (D# x) (D# y) = D# (x +## y)
+minusDouble  (D# x) (D# y) = D# (x -## y)
+timesDouble  (D# x) (D# y) = D# (x *## y)
+divideDouble (D# x) (D# y) = D# (x /## y)
+negateDouble (D# x)        = D# (negateDouble# x)
+
+gtDouble    (D# x) (D# y) = x >## y
+geDouble    (D# x) (D# y) = x >=## y
+eqDouble    (D# x) (D# y) = x ==## y
+neDouble    (D# x) (D# y) = x /=## y
+ltDouble    (D# x) (D# y) = x <## y
+leDouble    (D# x) (D# y) = x <=## y
+
+double2Int   (D# x) = I# (double2Int#   x)
+int2Double   (I# x) = D# (int2Double#   x)
+double2Float (D# x) = F# (double2Float# x)
+float2Double (F# x) = D# (float2Double# x)
+
+expDouble    (D# x) = D# (expDouble# x)
+logDouble    (D# x) = D# (logDouble# x)
+sqrtDouble   (D# x) = D# (sqrtDouble# x)
+sinDouble    (D# x) = D# (sinDouble# x)
+cosDouble    (D# x) = D# (cosDouble# x)
+tanDouble    (D# x) = D# (tanDouble# x)
+asinDouble   (D# x) = D# (asinDouble# x)
+acosDouble   (D# x) = D# (acosDouble# x)
+atanDouble   (D# x) = D# (atanDouble# x)
+sinhDouble   (D# x) = D# (sinhDouble# x)
+coshDouble   (D# x) = D# (coshDouble# x)
+tanhDouble   (D# x) = D# (tanhDouble# x)
+
+powerDouble  (D# x) (D# y) = D# (x **## y)
+\end{code}