Remove datatype contexts from base
[ghc-base.git] / Data / Complex.hs
index c9f8334..3692501 100644 (file)
@@ -1,3 +1,8 @@
+{-# LANGUAGE CPP, DeriveDataTypeable #-}
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
+{-# LANGUAGE StandaloneDeriving #-}
+#endif
+
 -----------------------------------------------------------------------------
 -- |
 -- Module      :  Data.Complex
 -----------------------------------------------------------------------------
 
 module Data.Complex
-       ( Complex((:+))
-       
-       , realPart      -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
-       , imagPart      -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
-       , conjugate     -- :: (RealFloat a) => Complex a -> Complex a
-       , mkPolar       -- :: (RealFloat a) => a -> a -> Complex a
-       , cis           -- :: (RealFloat a) => a -> Complex a
-       , polar         -- :: (RealFloat a) => Complex a -> (a,a)
-       , magnitude     -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
-       , phase         -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
-       
-       -- Complex instances:
-       --
-       --  (RealFloat a) => Eq         (Complex a)
-       --  (RealFloat a) => Read       (Complex a)
-       --  (RealFloat a) => Show       (Complex a)
-       --  (RealFloat a) => Num        (Complex a)
-       --  (RealFloat a) => Fractional (Complex a)
-       --  (RealFloat a) => Floating   (Complex a)
-       -- 
+        (
+        -- * Rectangular form
+          Complex((:+))
+
+        , realPart      -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
+        , imagPart      -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
+        -- * Polar form
+        , mkPolar       -- :: (RealFloat a) => a -> a -> Complex a
+        , cis           -- :: (RealFloat a) => a -> Complex a
+        , polar         -- :: (RealFloat a) => Complex a -> (a,a)
+        , magnitude     -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
+        , phase         -- :: (RealFloat a) => Complex a -> a
+        -- * Conjugate
+        , conjugate     -- :: (RealFloat a) => Complex a -> Complex a
+
+        -- Complex instances:
+        --
+        --  (RealFloat a) => Eq         (Complex a)
+        --  (RealFloat a) => Read       (Complex a)
+        --  (RealFloat a) => Show       (Complex a)
+        --  (RealFloat a) => Num        (Complex a)
+        --  (RealFloat a) => Fractional (Complex a)
+        --  (RealFloat a) => Floating   (Complex a)
+        -- 
         -- Implementation checked wrt. Haskell 98 lib report, 1/99.
 
         )  where
 
 import Prelude
 
-#ifndef __NHC__
-import Data.Dynamic
+import Data.Typeable
+#ifdef __GLASGOW_HASKELL__
+import Data.Data (Data)
+#endif
+
+#ifdef __HUGS__
+import Hugs.Prelude(Num(fromInt), Fractional(fromDouble))
 #endif
 
 infix  6  :+
@@ -48,77 +62,108 @@ infix  6  :+
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- The Complex type
 
-data  (RealFloat a)     => Complex a = !a :+ !a  deriving (Eq, Read, Show)
-
+-- | Complex numbers are an algebraic type.
+--
+-- For a complex number @z@, @'abs' z@ is a number with the magnitude of @z@,
+-- but oriented in the positive real direction, whereas @'signum' z@
+-- has the phase of @z@, but unit magnitude.
+data Complex a
+  = !a :+ !a    -- ^ forms a complex number from its real and imaginary
+                -- rectangular components.
+# if __GLASGOW_HASKELL__
+        deriving (Eq, Show, Read, Data)
+# else
+        deriving (Eq, Show, Read)
+# endif
 
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Functions over Complex
 
-realPart, imagPart :: (RealFloat a) => Complex a -> a
+-- | Extracts the real part of a complex number.
+realPart :: (RealFloat a) => Complex a -> a
 realPart (x :+ _) =  x
+
+-- | Extracts the imaginary part of a complex number.
+imagPart :: (RealFloat a) => Complex a -> a
 imagPart (_ :+ y) =  y
 
+-- | The conjugate of a complex number.
 {-# SPECIALISE conjugate :: Complex Double -> Complex Double #-}
-conjugate       :: (RealFloat a) => Complex a -> Complex a
+conjugate        :: (RealFloat a) => Complex a -> Complex a
 conjugate (x:+y) =  x :+ (-y)
 
+-- | Form a complex number from polar components of magnitude and phase.
 {-# SPECIALISE mkPolar :: Double -> Double -> Complex Double #-}
-mkPolar                 :: (RealFloat a) => a -> a -> Complex a
-mkPolar r theta         =  r * cos theta :+ r * sin theta
+mkPolar          :: (RealFloat a) => a -> a -> Complex a
+mkPolar r theta  =  r * cos theta :+ r * sin theta
 
+-- | @'cis' t@ is a complex value with magnitude @1@
+-- and phase @t@ (modulo @2*'pi'@).
 {-# SPECIALISE cis :: Double -> Complex Double #-}
-cis             :: (RealFloat a) => a -> Complex a
-cis theta       =  cos theta :+ sin theta
+cis              :: (RealFloat a) => a -> Complex a
+cis theta        =  cos theta :+ sin theta
 
+-- | The function 'polar' takes a complex number and
+-- returns a (magnitude, phase) pair in canonical form:
+-- the magnitude is nonnegative, and the phase in the range @(-'pi', 'pi']@;
+-- if the magnitude is zero, then so is the phase.
 {-# SPECIALISE polar :: Complex Double -> (Double,Double) #-}
-polar           :: (RealFloat a) => Complex a -> (a,a)
-polar z                 =  (magnitude z, phase z)
+polar            :: (RealFloat a) => Complex a -> (a,a)
+polar z          =  (magnitude z, phase z)
 
+-- | The nonnegative magnitude of a complex number.
 {-# SPECIALISE magnitude :: Complex Double -> Double #-}
 magnitude :: (RealFloat a) => Complex a -> a
 magnitude (x:+y) =  scaleFloat k
-                    (sqrt ((scaleFloat mk x)^(2::Int) + (scaleFloat mk y)^(2::Int)))
-                   where k  = max (exponent x) (exponent y)
-                         mk = - k
+                     (sqrt (sqr (scaleFloat mk x) + sqr (scaleFloat mk y)))
+                    where k  = max (exponent x) (exponent y)
+                          mk = - k
+                          sqr z = z * z
 
+-- | The phase of a complex number, in the range @(-'pi', 'pi']@.
+-- If the magnitude is zero, then so is the phase.
 {-# SPECIALISE phase :: Complex Double -> Double #-}
 phase :: (RealFloat a) => Complex a -> a
-phase (0 :+ 0)   = 0           -- SLPJ July 97 from John Peterson
-phase (x:+y)    = atan2 y x
+phase (0 :+ 0)   = 0            -- SLPJ July 97 from John Peterson
+phase (x:+y)     = atan2 y x
 
 
 -- -----------------------------------------------------------------------------
 -- Instances of Complex
 
-#ifndef __NHC__
-#include "Dynamic.h"
+#include "Typeable.h"
 INSTANCE_TYPEABLE1(Complex,complexTc,"Complex")
-#endif
 
 instance  (RealFloat a) => Num (Complex a)  where
     {-# SPECIALISE instance Num (Complex Float) #-}
     {-# SPECIALISE instance Num (Complex Double) #-}
-    (x:+y) + (x':+y')  =  (x+x') :+ (y+y')
-    (x:+y) - (x':+y')  =  (x-x') :+ (y-y')
-    (x:+y) * (x':+y')  =  (x*x'-y*y') :+ (x*y'+y*x')
-    negate (x:+y)      =  negate x :+ negate y
-    abs z              =  magnitude z :+ 0
-    signum 0           =  0
-    signum z@(x:+y)    =  x/r :+ y/r  where r = magnitude z
-    fromInteger n      =  fromInteger n :+ 0
+    (x:+y) + (x':+y')   =  (x+x') :+ (y+y')
+    (x:+y) - (x':+y')   =  (x-x') :+ (y-y')
+    (x:+y) * (x':+y')   =  (x*x'-y*y') :+ (x*y'+y*x')
+    negate (x:+y)       =  negate x :+ negate y
+    abs z               =  magnitude z :+ 0
+    signum (0:+0)       =  0
+    signum z@(x:+y)     =  x/r :+ y/r  where r = magnitude z
+    fromInteger n       =  fromInteger n :+ 0
+#ifdef __HUGS__
+    fromInt n           =  fromInt n :+ 0
+#endif
 
 instance  (RealFloat a) => Fractional (Complex a)  where
     {-# SPECIALISE instance Fractional (Complex Float) #-}
     {-# SPECIALISE instance Fractional (Complex Double) #-}
-    (x:+y) / (x':+y')  =  (x*x''+y*y'') / d :+ (y*x''-x*y'') / d
-                          where x'' = scaleFloat k x'
-                                y'' = scaleFloat k y'
-                                k   = - max (exponent x') (exponent y')
-                                d   = x'*x'' + y'*y''
-
-    fromRational a     =  fromRational a :+ 0
+    (x:+y) / (x':+y')   =  (x*x''+y*y'') / d :+ (y*x''-x*y'') / d
+                           where x'' = scaleFloat k x'
+                                 y'' = scaleFloat k y'
+                                 k   = - max (exponent x') (exponent y')
+                                 d   = x'*x'' + y'*y''
+
+    fromRational a      =  fromRational a :+ 0
+#ifdef __HUGS__
+    fromDouble a        =  fromDouble a :+ 0
+#endif
 
-instance  (RealFloat a) => Floating (Complex a)        where
+instance  (RealFloat a) => Floating (Complex a) where
     {-# SPECIALISE instance Floating (Complex Float) #-}
     {-# SPECIALISE instance Floating (Complex Double) #-}
     pi             =  pi :+ 0
@@ -126,7 +171,7 @@ instance  (RealFloat a) => Floating (Complex a)     where
                       where expx = exp x
     log z          =  log (magnitude z) :+ phase z
 
-    sqrt 0         =  0
+    sqrt (0:+0)    =  0
     sqrt z@(x:+y)  =  u :+ (if y < 0 then -v else v)
                       where (u,v) = if x < 0 then (v',u') else (u',v')
                             v'    = abs y / (u'*2)
@@ -158,4 +203,4 @@ instance  (RealFloat a) => Floating (Complex a)     where
 
     asinh z        =  log (z + sqrt (1+z*z))
     acosh z        =  log (z + (z+1) * sqrt ((z-1)/(z+1)))
-    atanh z        =  log ((1+z) / sqrt (1-z*z))
+    atanh z        =  0.5 * log ((1.0+z) / (1.0-z))