Adjust behaviour of gcd
[ghc-base.git] / GHC / Float.lhs
index d16ebeb..1c6fd5f 100644 (file)
@@ -1,30 +1,39 @@
-% ------------------------------------------------------------------------------
-% $Id: Float.lhs,v 1.5 2002/02/27 14:33:09 simonmar Exp $
-%
-% (c) The University of Glasgow, 1994-2000
-%
-
-\section[GHC.Num]{Module @GHC.Num@}
-
-The types
-
-       Float
-       Double
-
-and the classes
-
-       Floating
-       RealFloat
-
 \begin{code}
-{-# OPTIONS -fno-implicit-prelude #-}
+{-# LANGUAGE CPP
+           , NoImplicitPrelude
+           , MagicHash
+           , UnboxedTuples
+           , ForeignFunctionInterface
+  #-}
+-- We believe we could deorphan this module, by moving lots of things
+-- around, but we haven't got there yet:
+{-# OPTIONS_GHC -fno-warn-orphans #-}
+{-# OPTIONS_HADDOCK hide #-}
+
+-----------------------------------------------------------------------------
+-- |
+-- Module      :  GHC.Float
+-- Copyright   :  (c) The University of Glasgow 1994-2002
+-- License     :  see libraries/base/LICENSE
+--
+-- Maintainer  :  cvs-ghc@haskell.org
+-- Stability   :  internal
+-- Portability :  non-portable (GHC Extensions)
+--
+-- The types 'Float' and 'Double', and the classes 'Floating' and 'RealFloat'.
+--
+-----------------------------------------------------------------------------
 
 #include "ieee-flpt.h"
 
-module GHC.Float( module GHC.Float, Float#, Double# )  where
+-- #hide
+module GHC.Float( module GHC.Float, Float(..), Double(..), Float#, Double#
+                , double2Int, int2Double, float2Int, int2Float )
+    where
 
 import Data.Maybe
 
+import Data.Bits
 import GHC.Base
 import GHC.List
 import GHC.Enum
@@ -32,59 +41,125 @@ import GHC.Show
 import GHC.Num
 import GHC.Real
 import GHC.Arr
+import GHC.Float.RealFracMethods
+import GHC.Float.ConversionUtils
+import GHC.Integer.Logarithms ( integerLogBase# )
+import GHC.Integer.Logarithms.Internals
 
 infixr 8  **
 \end{code}
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Standard numeric classes}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
+-- | Trigonometric and hyperbolic functions and related functions.
+--
+-- Minimal complete definition:
+--      'pi', 'exp', 'log', 'sin', 'cos', 'sinh', 'cosh',
+--      'asin', 'acos', 'atan', 'asinh', 'acosh' and 'atanh'
 class  (Fractional a) => Floating a  where
-    pi                 :: a
-    exp, log, sqrt     :: a -> a
-    (**), logBase      :: a -> a -> a
-    sin, cos, tan      :: a -> a
-    asin, acos, atan   :: a -> a
-    sinh, cosh, tanh   :: a -> a
+    pi                  :: a
+    exp, log, sqrt      :: a -> a
+    (**), logBase       :: a -> a -> a
+    sin, cos, tan       :: a -> a
+    asin, acos, atan    :: a -> a
+    sinh, cosh, tanh    :: a -> a
     asinh, acosh, atanh :: a -> a
 
-    x ** y             =  exp (log x * y)
-    logBase x y                =  log y / log x
-    sqrt x             =  x ** 0.5
-    tan  x             =  sin  x / cos  x
-    tanh x             =  sinh x / cosh x
-
+    {-# INLINE (**) #-}
+    {-# INLINE logBase #-}
+    {-# INLINE sqrt #-}
+    {-# INLINE tan #-}
+    {-# INLINE tanh #-}
+    x ** y              =  exp (log x * y)
+    logBase x y         =  log y / log x
+    sqrt x              =  x ** 0.5
+    tan  x              =  sin  x / cos  x
+    tanh x              =  sinh x / cosh x
+
+-- | Efficient, machine-independent access to the components of a
+-- floating-point number.
+--
+-- Minimal complete definition:
+--      all except 'exponent', 'significand', 'scaleFloat' and 'atan2'
 class  (RealFrac a, Floating a) => RealFloat a  where
-    floatRadix         :: a -> Integer
-    floatDigits                :: a -> Int
-    floatRange         :: a -> (Int,Int)
-    decodeFloat                :: a -> (Integer,Int)
-    encodeFloat                :: Integer -> Int -> a
-    exponent           :: a -> Int
-    significand                :: a -> a
-    scaleFloat         :: Int -> a -> a
-    isNaN, isInfinite, isDenormalized, isNegativeZero, isIEEE
-                        :: a -> Bool
-    atan2              :: a -> a -> a
-
-
-    exponent x         =  if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
-                          where (m,n) = decodeFloat x
-
-    significand x      =  encodeFloat m (negate (floatDigits x))
-                          where (m,_) = decodeFloat x
-
-    scaleFloat k x     =  encodeFloat m (n+k)
-                          where (m,n) = decodeFloat x
-                          
+    -- | a constant function, returning the radix of the representation
+    -- (often @2@)
+    floatRadix          :: a -> Integer
+    -- | a constant function, returning the number of digits of
+    -- 'floatRadix' in the significand
+    floatDigits         :: a -> Int
+    -- | a constant function, returning the lowest and highest values
+    -- the exponent may assume
+    floatRange          :: a -> (Int,Int)
+    -- | The function 'decodeFloat' applied to a real floating-point
+    -- number returns the significand expressed as an 'Integer' and an
+    -- appropriately scaled exponent (an 'Int').  If @'decodeFloat' x@
+    -- yields @(m,n)@, then @x@ is equal in value to @m*b^^n@, where @b@
+    -- is the floating-point radix, and furthermore, either @m@ and @n@
+    -- are both zero or else @b^(d-1) <= m < b^d@, where @d@ is the value
+    -- of @'floatDigits' x@.  In particular, @'decodeFloat' 0 = (0,0)@.
+    decodeFloat         :: a -> (Integer,Int)
+    -- | 'encodeFloat' performs the inverse of 'decodeFloat'
+    encodeFloat         :: Integer -> Int -> a
+    -- | the second component of 'decodeFloat'.
+    exponent            :: a -> Int
+    -- | the first component of 'decodeFloat', scaled to lie in the open
+    -- interval (@-1@,@1@)
+    significand         :: a -> a
+    -- | multiplies a floating-point number by an integer power of the radix
+    scaleFloat          :: Int -> a -> a
+    -- | 'True' if the argument is an IEEE \"not-a-number\" (NaN) value
+    isNaN               :: a -> Bool
+    -- | 'True' if the argument is an IEEE infinity or negative infinity
+    isInfinite          :: a -> Bool
+    -- | 'True' if the argument is too small to be represented in
+    -- normalized format
+    isDenormalized      :: a -> Bool
+    -- | 'True' if the argument is an IEEE negative zero
+    isNegativeZero      :: a -> Bool
+    -- | 'True' if the argument is an IEEE floating point number
+    isIEEE              :: a -> Bool
+    -- | a version of arctangent taking two real floating-point arguments.
+    -- For real floating @x@ and @y@, @'atan2' y x@ computes the angle
+    -- (from the positive x-axis) of the vector from the origin to the
+    -- point @(x,y)@.  @'atan2' y x@ returns a value in the range [@-pi@,
+    -- @pi@].  It follows the Common Lisp semantics for the origin when
+    -- signed zeroes are supported.  @'atan2' y 1@, with @y@ in a type
+    -- that is 'RealFloat', should return the same value as @'atan' y@.
+    -- A default definition of 'atan2' is provided, but implementors
+    -- can provide a more accurate implementation.
+    atan2               :: a -> a -> a
+
+
+    exponent x          =  if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
+                           where (m,n) = decodeFloat x
+
+    significand x       =  encodeFloat m (negate (floatDigits x))
+                           where (m,_) = decodeFloat x
+
+    scaleFloat k x      =  encodeFloat m (n + clamp b k)
+                           where (m,n) = decodeFloat x
+                                 (l,h) = floatRange x
+                                 d     = floatDigits x
+                                 b     = h - l + 4*d
+                                 -- n+k may overflow, which would lead
+                                 -- to wrong results, hence we clamp the
+                                 -- scaling parameter.
+                                 -- If n + k would be larger than h,
+                                 -- n + clamp b k must be too, simliar
+                                 -- for smaller than l - d.
+                                 -- Add a little extra to keep clear
+                                 -- from the boundary cases.
+
     atan2 y x
       | x > 0            =  atan (y/x)
       | x == 0 && y > 0  =  pi/2
-      | x <  0 && y > 0  =  pi + atan (y/x) 
+      | x <  0 && y > 0  =  pi + atan (y/x)
       |(x <= 0 && y < 0)            ||
        (x <  0 && isNegativeZero y) ||
        (isNegativeZero x && isNegativeZero y)
@@ -97,155 +172,150 @@ class  (RealFrac a, Floating a) => RealFloat a  where
 
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
-\subsection{Type @Integer@, @Float@, @Double@}
-%*                                                     *
-%*********************************************************
-
-\begin{code}
-data Float     = F# Float#
-data Double    = D# Double#
-
-instance CCallable   Float
-instance CReturnable Float
-
-instance CCallable   Double
-instance CReturnable Double
-\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
+    (+)         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
 
     {-# INLINE fromInteger #-}
-    fromInteger n      =  encodeFloat n 0
-       -- It's important that encodeFloat inlines here, and that 
-       -- fromInteger in turn inlines,
-       -- so that if fromInteger is applied to an (S# i) the right thing happens
+    fromInteger i = F# (floatFromInteger i)
 
 instance  Real Float  where
-    toRational x       =  (m%1)*(b%1)^^n
-                          where (m,n) = decodeFloat x
-                                b     = floatRadix  x
+    toRational (F# x#)  =
+        case decodeFloat_Int# x# of
+          (# m#, e# #)
+            | e# >=# 0#                                 ->
+                    (smallInteger m# `shiftLInteger` e#) :% 1
+            | (int2Word# m# `and#` 1##) `eqWord#` 0##   ->
+                    case elimZerosInt# m# (negateInt# e#) of
+                      (# n, d# #) -> n :% shiftLInteger 1 d#
+            | otherwise                                 ->
+                    smallInteger m# :% shiftLInteger 1 (negateInt# e#)
 
 instance  Fractional Float  where
-    (/) x y            =  divideFloat x y
-    fromRational x     =  fromRat x
-    recip x            =  1.0 / x
-
-{-# RULES "truncate/Float->Int" truncate = float2Int #-}
+    (/) x y             =  divideFloat x y
+    fromRational (n:%0)
+        | n == 0        = 0/0
+        | n < 0         = (-1)/0
+        | otherwise     = 1/0
+    fromRational (n:%d)
+        | n == 0        = encodeFloat 0 0
+        | n < 0         = -(fromRat'' minEx mantDigs (-n) d)
+        | otherwise     = fromRat'' minEx mantDigs n d
+          where
+            minEx       = FLT_MIN_EXP
+            mantDigs    = FLT_MANT_DIG
+    recip x             =  1.0 / x
+
+-- RULES for Integer and Int
+{-# RULES
+"properFraction/Float->Integer"     properFraction = properFractionFloatInteger
+"truncate/Float->Integer"           truncate = truncateFloatInteger
+"floor/Float->Integer"              floor = floorFloatInteger
+"ceiling/Float->Integer"            ceiling = ceilingFloatInteger
+"round/Float->Integer"              round = roundFloatInteger
+"properFraction/Float->Int"         properFraction = properFractionFloatInt
+"truncate/Float->Int"               truncate = float2Int
+"floor/Float->Int"                  floor = floorFloatInt
+"ceiling/Float->Int"                ceiling = ceilingFloatInt
+"round/Float->Int"                  round = roundFloatInt
+  #-}
 instance  RealFrac Float  where
 
-    {-# SPECIALIZE properFraction :: Float -> (Int, Float) #-}
-    {-# 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, floor, and truncate are all small
+    {-# INLINE [1] ceiling #-}
+    {-# INLINE [1] floor #-}
+    {-# INLINE [1] truncate #-}
+
+-- We assume that FLT_RADIX is 2 so that we can use more efficient code
+#if FLT_RADIX != 2
+#error FLT_RADIX must be 2
+#endif
+    properFraction (F# x#)
+      = case decodeFloat_Int# x# of
+        (# m#, n# #) ->
+            let m = I# m#
+                n = I# n#
+            in
+            if n >= 0
+            then (fromIntegral m * (2 ^ n), 0.0)
+            else let i = if m >= 0 then                m `shiftR` negate n
+                                   else negate (negate m `shiftR` negate n)
+                     f = m - (i `shiftL` negate n)
+                 in (fromIntegral i, encodeFloat (fromIntegral f) 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
+                    (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
+    floor x     = case properFraction x of
+                    (n,r) -> if r < 0.0 then n - 1 else n
 
 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
+    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))
+    atanh x = 0.5 * log ((1.0+x) / (1.0-x))
 
 instance  RealFloat Float  where
-    floatRadix _       =  FLT_RADIX        -- from float.h
-    floatDigits _      =  FLT_MANT_DIG     -- ditto
-    floatRange _       =  (FLT_MIN_EXP, FLT_MAX_EXP) -- ditto
+    floatRadix _        =  FLT_RADIX        -- from float.h
+    floatDigits _       =  FLT_MANT_DIG     -- ditto
+    floatRange _        =  (FLT_MIN_EXP, FLT_MAX_EXP) -- ditto
+
+    decodeFloat (F# f#) = case decodeFloat_Int# f# of
+                          (# i, e #) -> (smallInteger i, I# e)
 
-    decodeFloat (F# f#)
-      = case decodeFloat# f#   of
-         (# exp#, s#, d# #) -> (J# s# d#, I# exp#)
+    encodeFloat i (I# e) = F# (encodeFloatInteger i e)
 
-    encodeFloat (S# i) j     = int_encodeFloat# i j
-    encodeFloat (J# s# d#) e = encodeFloat# s# d# e
+    exponent x          = case decodeFloat x of
+                            (m,n) -> if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
 
-    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))
 
-    significand x      = case decodeFloat x of
-                           (m,_) -> encodeFloat m (negate (floatDigits x))
+    scaleFloat k x      = case decodeFloat x of
+                            (m,n) -> encodeFloat m (n + clamp bf k)
+                        where bf = FLT_MAX_EXP - (FLT_MIN_EXP) + 4*FLT_MANT_DIG
 
-    scaleFloat k x     = case decodeFloat x of
-                           (m,n) -> encodeFloat m (n+k)
     isNaN x          = 0 /= isFloatNaN x
     isInfinite x     = 0 /= isFloatInfinite x
     isDenormalized x = 0 /= isFloatDenormalized x
@@ -253,158 +323,165 @@ instance  RealFloat Float  where
     isIEEE _         = True
 
 instance  Show Float  where
-    showsPrec   x = showSigned showFloat x
-    showList = showList__ (showsPrec 0) 
+    showsPrec   x = showSignedFloat showFloat x
+    showList = showList__ (showsPrec 0)
 \end{code}
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Type @Double@}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
-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
+    (+)         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
 
     {-# INLINE fromInteger #-}
-       -- See comments with Num Float
-    fromInteger (S# i#)    = case (int2Double# i#) of { d# -> D# d# }
-    fromInteger (J# s# d#) = encodeDouble# s# d# 0
+    fromInteger i = D# (doubleFromInteger i)
 
 
 instance  Real Double  where
-    toRational x       =  (m%1)*(b%1)^^n
-                          where (m,n) = decodeFloat x
-                                b     = floatRadix  x
+    toRational (D# x#)  =
+        case decodeDoubleInteger x# of
+          (# m, e# #)
+            | e# >=# 0#                                         ->
+                shiftLInteger m e# :% 1
+            | (int2Word# (toInt# m) `and#` 1##) `eqWord#` 0##   ->
+                case elimZerosInteger m (negateInt# e#) of
+                    (# n, d# #) ->  n :% shiftLInteger 1 d#
+            | otherwise                                         ->
+                m :% shiftLInteger 1 (negateInt# e#)
 
 instance  Fractional Double  where
-    (/) x y            =  divideDouble x y
-    fromRational x     =  fromRat x
-    recip x            =  1.0 / x
+    (/) x y             =  divideDouble x y
+    fromRational (n:%0)
+        | n == 0        = 0/0
+        | n < 0         = (-1)/0
+        | otherwise     = 1/0
+    fromRational (n:%d)
+        | n == 0        = encodeFloat 0 0
+        | n < 0         = -(fromRat'' minEx mantDigs (-n) d)
+        | otherwise     = fromRat'' minEx mantDigs n d
+          where
+            minEx       = DBL_MIN_EXP
+            mantDigs    = DBL_MANT_DIG
+    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
+    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))
+    atanh x = 0.5 * log ((1.0+x) / (1.0-x))
 
-{-# RULES "truncate/Double->Int" truncate = double2Int #-}
+-- RULES for Integer and Int
+{-# RULES
+"properFraction/Double->Integer"    properFraction = properFractionDoubleInteger
+"truncate/Double->Integer"          truncate = truncateDoubleInteger
+"floor/Double->Integer"             floor = floorDoubleInteger
+"ceiling/Double->Integer"           ceiling = ceilingDoubleInteger
+"round/Double->Integer"             round = roundDoubleInteger
+"properFraction/Double->Int"        properFraction = properFractionDoubleInt
+"truncate/Double->Int"              truncate = double2Int
+"floor/Double->Int"                 floor = floorDoubleInt
+"ceiling/Double->Int"               ceiling = ceilingDoubleInt
+"round/Double->Int"                 round = roundDoubleInt
+  #-}
 instance  RealFrac Double  where
 
-    {-# SPECIALIZE properFraction :: Double -> (Int, Double) #-}
-    {-# 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 #-}
+        -- ceiling, floor, and truncate are all small
+    {-# INLINE [1] ceiling #-}
+    {-# INLINE [1] floor #-}
+    {-# INLINE [1] truncate #-}
 
     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)
-           }
+        if n >= 0 then
+            (fromInteger m * 2 ^ n, 0.0)
+        else
+            case (quotRem m (2^(negate n))) of { (w,r) ->
+            (fromInteger w, encodeFloat r n)
+            }
         }
 
-    truncate x = case properFraction x of
-                    (n,_) -> 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
+    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
+                    (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
+    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
+    floatRadix _        =  FLT_RADIX        -- from float.h
+    floatDigits _       =  DBL_MANT_DIG     -- ditto
+    floatRange _        =  (DBL_MIN_EXP, DBL_MAX_EXP) -- ditto
 
     decodeFloat (D# x#)
-      = case decodeDouble# x#  of
-         (# exp#, s#, d# #) -> (J# s# d#, I# exp#)
+      = case decodeDoubleInteger x#   of
+          (# i, j #) -> (i, I# j)
 
-    encodeFloat (S# i) j     = int_encodeDouble# i j
-    encodeFloat (J# s# d#) e = encodeDouble# s# d# e
+    encodeFloat i (I# j) = D# (encodeDoubleInteger i j)
 
-    exponent x         = case decodeFloat x of
-                           (m,n) -> if m == 0 then 0 else n + floatDigits x
+    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))
+    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)
+    scaleFloat k x      = case decodeFloat x of
+                            (m,n) -> encodeFloat m (n + clamp bd k)
+                        where bd = DBL_MAX_EXP - (DBL_MIN_EXP) + 4*DBL_MANT_DIG
 
-    isNaN x            = 0 /= isDoubleNaN x
-    isInfinite x       = 0 /= isDoubleInfinite x
-    isDenormalized x   = 0 /= isDoubleDenormalized x
-    isNegativeZero x   = 0 /= isDoubleNegativeZero x
-    isIEEE _           = True
+    isNaN x             = 0 /= isDoubleNaN x
+    isInfinite x        = 0 /= isDoubleInfinite x
+    isDenormalized x    = 0 /= isDoubleDenormalized x
+    isNegativeZero x    = 0 /= isDoubleNegativeZero x
+    isIEEE _            = True
 
 instance  Show Double  where
-    showsPrec   x = showSigned showFloat x
-    showList = showList__ (showsPrec 0) 
+    showsPrec   x = showSignedFloat showFloat x
+    showList = showList__ (showsPrec 0)
 \end{code}
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{@Enum@ instances}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 The @Enum@ instances for Floats and Doubles are slightly unusual.
@@ -416,27 +493,27 @@ 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 
+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
-    succ x        = x + 1
-    pred x        = x - 1
+    succ x         = x + 1
+    pred x         = x - 1
     toEnum         = int2Float
     fromEnum       = fromInteger . truncate   -- may overflow
-    enumFrom      = numericEnumFrom
+    enumFrom       = numericEnumFrom
     enumFromTo     = numericEnumFromTo
     enumFromThen   = numericEnumFromThen
     enumFromThenTo = numericEnumFromThenTo
 
 instance  Enum Double  where
-    succ x        = x + 1
-    pred x        = x - 1
+    succ x         = x + 1
+    pred x         = x - 1
     toEnum         =  int2Double
     fromEnum       =  fromInteger . truncate   -- may overflow
-    enumFrom      =  numericEnumFrom
+    enumFrom       =  numericEnumFrom
     enumFromTo     =  numericEnumFromTo
     enumFromThen   =  numericEnumFromThen
     enumFromThenTo =  numericEnumFromThenTo
@@ -444,13 +521,16 @@ instance  Enum Double  where
 
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Printing floating point}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 
 \begin{code}
+-- | Show a signed 'RealFloat' value to full precision
+-- using standard decimal notation for arguments whose absolute value lies
+-- between @0.1@ and @9,999,999@, and scientific notation otherwise.
 showFloat :: (RealFloat a) => a -> ShowS
 showFloat x  =  showString (formatRealFloat FFGeneric Nothing x)
 
@@ -460,11 +540,11 @@ data FFFormat = FFExponent | FFFixed | FFGeneric
 
 formatRealFloat :: (RealFloat a) => FFFormat -> Maybe Int -> a -> String
 formatRealFloat fmt decs x
-   | isNaN x                  = "NaN"
+   | isNaN x                   = "NaN"
    | isInfinite x              = if x < 0 then "-Infinity" else "Infinity"
    | x < 0 || isNegativeZero x = '-':doFmt fmt (floatToDigits (toInteger base) (-x))
-   | otherwise                = doFmt fmt (floatToDigits (toInteger base) x)
- where 
+   | otherwise                 = doFmt fmt (floatToDigits (toInteger base) x)
+ where
   base = 10
 
   doFmt format (is, e) =
@@ -472,53 +552,54 @@ formatRealFloat fmt decs x
     case format of
      FFGeneric ->
       doFmt (if e < 0 || e > 7 then FFExponent else FFFixed)
-           (is,e)
+            (is,e)
      FFExponent ->
       case decs of
        Nothing ->
         let show_e' = show (e-1) in
-       case ds of
+        case ds of
           "0"     -> "0.0e0"
           [d]     -> d : ".0e" ++ show_e'
-         (d:ds') -> d : '.' : ds' ++ "e" ++ show_e'
+          (d:ds') -> d : '.' : ds' ++ "e" ++ show_e'
+          []      -> error "formatRealFloat/doFmt/FFExponent: []"
        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')
+           (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)
+          d:'.':ds' ++ 'e':show (e-1+ei)
      FFFixed ->
       let
        mk0 ls = case ls of { "" -> "0" ; _ -> ls}
       in
       case decs of
        Nothing
-         | e <= 0    -> "0." ++ replicate (-e) '0' ++ ds
-         | otherwise ->
-            let
-               f 0 s    rs  = mk0 (reverse s) ++ '.':mk0 rs
-               f n s    ""  = f (n-1) ('0':s) ""
-               f n s (r:rs) = f (n-1) (r:s) rs
-            in
-               f e "" ds
+          | e <= 0    -> "0." ++ replicate (-e) '0' ++ ds
+          | otherwise ->
+             let
+                f 0 s    rs  = mk0 (reverse s) ++ '.':mk0 rs
+                f n s    ""  = f (n-1) ('0':s) ""
+                f n s (r:rs) = f (n-1) (r:s) rs
+             in
+                f e "" ds
        Just dec ->
         let dec' = max dec 0 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 : (if null ds' then "" else '.':ds')
+        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 : (if null ds' then "" else '.':ds')
 
 
 roundTo :: Int -> Int -> [Int] -> (Int,[Int])
@@ -526,6 +607,7 @@ roundTo base d is =
   case f d is of
     x@(0,_) -> x
     (1,xs)  -> (1, 1:xs)
+    _       -> error "roundTo: bad Value"
  where
   b2 = base `div` 2
 
@@ -542,19 +624,24 @@ roundTo base d is =
 -- by R.G. Burger and R.K. Dybvig in PLDI 96.
 -- This version uses a much slower logarithm estimator. It should be improved.
 
--- floatToDigits takes a base and a non-negative RealFloat number,
--- and returns a list of digits and an exponent. 
--- In particular, if x>=0, and
---     floatToDigits base x = ([d1,d2,...,dn], e)
+-- | 'floatToDigits' takes a base and a non-negative 'RealFloat' number,
+-- and returns a list of digits and an exponent.
+-- In particular, if @x>=0@, and
+--
+-- > floatToDigits base x = ([d1,d2,...,dn], e)
+--
 -- then
---     (a) n >= 1
---     (b) x = 0.d1d2...dn * (base**e)
---     (c) 0 <= di <= base-1
+--
+--      (1) @n >= 1@
+--
+--      (2) @x = 0.d1d2...dn * (base**e)@
+--
+--      (3) @0 <= di <= base-1@
 
 floatToDigits :: (RealFloat a) => Integer -> a -> ([Int], Int)
 floatToDigits _ 0 = ([0], 0)
 floatToDigits base x =
- let 
+ let
   (f0, e0) = decodeFloat x
   (minExp0, _) = floatRange x
   p = floatDigits x
@@ -562,35 +649,55 @@ floatToDigits base 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) = 
+  (f, e) =
    let n = minExp - e0 in
-   if n > 0 then (f0 `div` (b^n), e0+n) else (f0, e0)
+   if n > 0 then (f0 `quot` (expt 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)
+    let be = expt b e in
+    if f == expt b (p-1) then
+      (f*be*b*2, 2*b, be*b, be)     -- according to Burger and Dybvig
     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)
+    if e > minExp && f == expt b (p-1) then
+      (f*b*2, expt b (-e+1)*2, b, 1)
     else
-      (f*2, b^(-e)*2, 1, 1)
+      (f*2, expt b (-e)*2, 1, 1)
+  k :: Int
   k =
-   let 
+   let
+    k0 :: Int
     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
+        -- logBase 10 2 is very slightly larger than 8651/28738
+        -- (about 5.3558e-10), so if log x >= 0, the approximation
+        -- k1 is too small, hence we add one and need one fixup step less.
+        -- If log x < 0, the approximation errs rather on the high side.
+        -- That is usually more than compensated for by ignoring the
+        -- fractional part of logBase 2 x, but when x is a power of 1/2
+        -- or slightly larger and the exponent is a multiple of the
+        -- denominator of the rational approximation to logBase 10 2,
+        -- k1 is larger than logBase 10 x. If k1 > 1 + logBase 10 x,
+        -- we get a leading zero-digit we don't want.
+        -- With the approximation 3/10, this happened for
+        -- 0.5^1030, 0.5^1040, ..., 0.5^1070 and values close above.
+        -- The approximation 8651/28738 guarantees k1 < 1 + logBase 10 x
+        -- for IEEE-ish floating point types with exponent fields
+        -- <= 17 bits and mantissae of several thousand bits, earlier
+        -- convergents to logBase 10 2 would fail for long double.
+        -- Using quot instead of div is a little faster and requires
+        -- fewer fixup steps for negative lx.
+        let lx = p - 1 + e0
+            k1 = (lx * 8651) `quot` 28738
+        in if lx >= 0 then k1 + 1 else k1
      else
-        ceiling ((log (fromInteger (f+1)) +
-                fromInteger (int2Integer e) * log (fromInteger b)) /
-                  log (fromInteger base))
---WAS:           fromInt e * log (fromInteger b))
+       -- f :: Integer, log :: Float -> Float,
+        --               ceiling :: Float -> Int
+        ceiling ((log (fromInteger (f+1) :: Float) +
+                 fromIntegral e * log (fromInteger b)) /
+                   log (fromInteger base))
+--WAS:            fromInt e * log (fromInteger b))
 
     fixup n =
       if n >= 0 then
@@ -602,7 +709,7 @@ floatToDigits base x =
 
   gen ds rn sN mUpN mDnN =
    let
-    (dn, rn') = (rn * base) `divMod` sN
+    (dn, rn') = (rn * base) `quotRem` sN
     mUpN' = mUpN * base
     mDnN' = mDnN * base
    in
@@ -611,8 +718,8 @@ floatToDigits base x =
     (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 = 
+
+  rds =
    if k >= 0 then
       gen [] r (s * expt base k) mUp mDn
    else
@@ -625,9 +732,9 @@ floatToDigits base x =
 
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Converting from a Rational to a RealFloat
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 [In response to a request for documentation of how fromRational works,
@@ -644,50 +751,57 @@ Unfortunately, Joe's code doesn't work!  Here's an example:
 main = putStr (shows (1.82173691287639817263897126389712638972163e-300::Double) "\n")
 
 This program prints
-       0.0000000000000000
+        0.0000000000000000
 instead of
-       1.8217369128763981e-300
+        1.8217369128763981e-300
 
 Here's Joe's code:
 
 \begin{pseudocode}
 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))
+        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 (which works)
 
 \begin{code}
-{-# SPECIALISE fromRat :: 
-       Rational -> Double,
-       Rational -> Float #-}
+-- | Converts a 'Rational' value into any type in class 'RealFloat'.
+{-# RULES
+"fromRat/Float"     fromRat = (fromRational :: Rational -> Float)
+"fromRat/Double"    fromRat = (fromRational :: Rational -> Double)
+  #-}
 fromRat :: (RealFloat a) => Rational -> a
-fromRat x 
-  | x == 0    =  encodeFloat 0 0               -- Handle exceptional cases
-  | x <  0    =  - fromRat' (-x)               -- first.
-  | otherwise =  fromRat' x
+
+-- Deal with special cases first, delegating the real work to fromRat'
+fromRat (n :% 0) | n > 0     =  1/0        -- +Infinity
+                 | n < 0     = -1/0        -- -Infinity
+                 | otherwise =  0/0        -- NaN
+
+fromRat (n :% d) | n > 0     = fromRat' (n :% d)
+                 | n < 0     = - fromRat' ((-n) :% d)
+                 | otherwise = encodeFloat 0 0             -- Zero
 
 -- Conversion process:
 -- Scale the rational number by the RealFloat base until
@@ -698,21 +812,22 @@ fromRat x
 -- a first guess of the exponent.
 
 fromRat' :: (RealFloat a) => Rational -> a
+-- Invariant: argument is strictly positive
 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'
+        (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 
+scaleRat b minExp xMin xMax p x
  | p <= minExp = (x, p)
  | x >= xMax   = scaleRat b minExp xMin xMax (p+1) (x/b)
  | x < xMin    = scaleRat b minExp xMin xMax (p-1) (x*b)
@@ -728,34 +843,113 @@ expt base n =
     if base == 2 && n >= minExpt && n <= maxExpt then
         expts!n
     else
-        base^n
+        if base == 10 && n <= maxExpt10 then
+            expts10!n
+        else
+            base^n
 
 expts :: Array Int Integer
 expts = array (minExpt,maxExpt) [(n,2^n) | n <- [minExpt .. maxExpt]]
 
+maxExpt10 :: Int
+maxExpt10 = 324
+
+expts10 :: Array Int Integer
+expts10 = array (minExpt,maxExpt10) [(n,10^n) | n <- [minExpt .. maxExpt10]]
+
 -- 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.
+-- be very slow!  We are just slightly more clever, except for base 2, where
+-- we take advantage of the representation of Integers.
+-- The general case could be improved by a lookup table for
+-- approximating the result by integerLog2 i / integerLog2 b.
 integerLogBase :: Integer -> Integer -> Int
 integerLogBase b i
    | i < b     = 0
-   | otherwise = doDiv (i `div` (b^l)) l
-       where
-       -- Try squaring the base first to cut down the number of divisions.
-         l = 2 * integerLogBase (b*b) i
+   | b == 2    = I# (integerLog2# i)
+   | otherwise = I# (integerLogBase# b i)
+
+\end{code}
+
+Unfortunately, the old conversion code was awfully slow due to
+a) a slow integer logarithm
+b) repeated calculation of gcd's
+
+For the case of Rational's coming from a Float or Double via toRational,
+we can exploit the fact that the denominator is a power of two, which for
+these brings a huge speedup since we need only shift and add instead
+of division.
 
-        doDiv :: Integer -> Int -> Int
-        doDiv x y
-           | x < b     = y
-           | otherwise = doDiv (x `div` b) (y+1)
+The below is an adaption of fromRat' for the conversion to
+Float or Double exploiting the know floatRadix and avoiding
+divisions as much as possible.
 
+\begin{code}
+{-# SPECIALISE fromRat'' :: Int -> Int -> Integer -> Integer -> Float,
+                            Int -> Int -> Integer -> Integer -> Double #-}
+fromRat'' :: RealFloat a => Int -> Int -> Integer -> Integer -> a
+fromRat'' minEx@(I# me#) mantDigs@(I# md#) n d =
+    case integerLog2IsPowerOf2# d of
+      (# ld#, pw# #)
+        | pw# ==# 0# ->
+          case integerLog2# n of
+            ln# | ln# ># (ld# +# me#) ->
+                  if ln# <# md#
+                    then encodeFloat (n `shiftL` (I# (md# -# 1# -# ln#)))
+                                        (I# (ln# +# 1# -# ld# -# md#))
+                    else let n'  = n `shiftR` (I# (ln# +# 1# -# md#))
+                             n'' = case roundingMode# n (ln# -# md#) of
+                                    0# -> n'
+                                    2# -> n' + 1
+                                    _  -> case fromInteger n' .&. (1 :: Int) of
+                                            0 -> n'
+                                            _ -> n' + 1
+                         in encodeFloat n'' (I# (ln# -# ld# +# 1# -# md#))
+                | otherwise ->
+                  case ld# +# (me# -# md#) of
+                    ld'# | ld'# ># (ln# +# 1#)  -> encodeFloat 0 0
+                         | ld'# ==# (ln# +# 1#) ->
+                           case integerLog2IsPowerOf2# n of
+                            (# _, 0# #) -> encodeFloat 0 0
+                            (# _, _ #)  -> encodeFloat 1 (minEx - mantDigs)
+                         | ld'# <=# 0#  ->
+                           encodeFloat n (I# ((me# -# md#) -# ld'#))
+                         | otherwise    ->
+                           let n' = n `shiftR` (I# ld'#)
+                           in case roundingMode# n (ld'# -# 1#) of
+                                0# -> encodeFloat n' (minEx - mantDigs)
+                                1# -> if fromInteger n' .&. (1 :: Int) == 0
+                                        then encodeFloat n' (minEx-mantDigs)
+                                        else encodeFloat (n' + 1) (minEx-mantDigs)
+                                _  -> encodeFloat (n' + 1) (minEx-mantDigs)
+        | otherwise ->
+          let ln = I# (integerLog2# n)
+              ld = I# ld#
+              p0 = max minEx (ln - ld)
+              (n', d')
+                | p0 < mantDigs = (n `shiftL` (mantDigs - p0), d)
+                | p0 == mantDigs = (n, d)
+                | otherwise     = (n, d `shiftL` (p0 - mantDigs))
+              scale p a b
+                | p <= minEx-mantDigs = (p,a,b)
+                | a < (b `shiftL` (mantDigs-1)) = (p-1, a `shiftL` 1, b)
+                | (b `shiftL` mantDigs) <= a = (p+1, a, b `shiftL` 1)
+                | otherwise = (p, a, b)
+              (p', n'', d'') = scale (p0-mantDigs) n' d'
+              rdq = case n'' `quotRem` d'' of
+                     (q,r) -> case compare (r `shiftL` 1) d'' of
+                                LT -> q
+                                EQ -> if fromInteger q .&. (1 :: Int) == 0
+                                        then q else q+1
+                                GT -> q+1
+          in  encodeFloat rdq p'
 \end{code}
 
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Floating point numeric primops}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 Definitions of the boxed PrimOps; these will be
@@ -772,18 +966,12 @@ negateFloat :: Float -> Float
 negateFloat (F# x)        = F# (negateFloat# x)
 
 gtFloat, geFloat, eqFloat, neFloat, ltFloat, leFloat :: Float -> Float -> Bool
-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 :: Float -> Int
-float2Int   (F# x) = I# (float2Int# x)
-
-int2Float :: Int -> Float
-int2Float   (I# x) = F# (int2Float# 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
 
 expFloat, logFloat, sqrtFloat :: Float -> Float
 sinFloat, cosFloat, tanFloat  :: Float -> Float
@@ -825,12 +1013,6 @@ neDouble    (D# x) (D# y) = x /=## y
 ltDouble    (D# x) (D# y) = x <## y
 leDouble    (D# x) (D# y) = x <=## y
 
-double2Int :: Double -> Int
-double2Int   (D# x) = I# (double2Int#   x)
-
-int2Double :: Int -> Double
-int2Double   (I# x) = D# (int2Double#   x)
-
 double2Float :: Double -> Float
 double2Float (D# x) = F# (double2Float# x)
 
@@ -859,23 +1041,12 @@ powerDouble  (D# x) (D# y) = D# (x **## y)
 \end{code}
 
 \begin{code}
-foreign import ccall unsafe "__encodeFloat"
-       encodeFloat# :: Int# -> ByteArray# -> Int -> Float
-foreign import ccall unsafe "__int_encodeFloat"
-       int_encodeFloat# :: Int# -> Int -> Float
-
-
 foreign import ccall unsafe "isFloatNaN" isFloatNaN :: Float -> Int
 foreign import ccall unsafe "isFloatInfinite" isFloatInfinite :: Float -> Int
 foreign import ccall unsafe "isFloatDenormalized" isFloatDenormalized :: Float -> Int
 foreign import ccall unsafe "isFloatNegativeZero" isFloatNegativeZero :: Float -> Int
 
 
-foreign import ccall unsafe "__encodeDouble"
-       encodeDouble# :: Int# -> ByteArray# -> Int -> Double
-foreign import ccall unsafe "__int_encodeDouble"
-       int_encodeDouble# :: Int# -> Int -> Double
-
 foreign import ccall unsafe "isDoubleNaN" isDoubleNaN :: Double -> Int
 foreign import ccall unsafe "isDoubleInfinite" isDoubleInfinite :: Double -> Int
 foreign import ccall unsafe "isDoubleDenormalized" isDoubleDenormalized :: Double -> Int
@@ -883,9 +1054,9 @@ foreign import ccall unsafe "isDoubleNegativeZero" isDoubleNegativeZero :: Doubl
 \end{code}
 
 %*********************************************************
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 \subsection{Coercion rules}
-%*                                                     *
+%*                                                      *
 %*********************************************************
 
 \begin{code}
@@ -896,5 +1067,71 @@ foreign import ccall unsafe "isDoubleNegativeZero" isDoubleNegativeZero :: Doubl
 "realToFrac/Float->Double"  realToFrac   = float2Double
 "realToFrac/Double->Float"  realToFrac   = double2Float
 "realToFrac/Double->Double" realToFrac   = id :: Double -> Double
+"realToFrac/Int->Double"    realToFrac   = int2Double  -- See Note [realToFrac int-to-float]
+"realToFrac/Int->Float"     realToFrac   = int2Float   --      ..ditto
     #-}
 \end{code}
+
+Note [realToFrac int-to-float]
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+Don found that the RULES for realToFrac/Int->Double and simliarly
+Float made a huge difference to some stream-fusion programs.  Here's
+an example
+
+      import Data.Array.Vector
+
+      n = 40000000
+
+      main = do
+            let c = replicateU n (2::Double)
+                a = mapU realToFrac (enumFromToU 0 (n-1) ) :: UArr Double
+            print (sumU (zipWithU (*) c a))
+
+Without the RULE we get this loop body:
+
+      case $wtoRational sc_sY4 of ww_aM7 { (# ww1_aM9, ww2_aMa #) ->
+      case $wfromRat ww1_aM9 ww2_aMa of tpl_X1P { D# ipv_sW3 ->
+      Main.$s$wfold
+        (+# sc_sY4 1)
+        (+# wild_X1i 1)
+        (+## sc2_sY6 (*## 2.0 ipv_sW3))
+
+And with the rule:
+
+     Main.$s$wfold
+        (+# sc_sXT 1)
+        (+# wild_X1h 1)
+        (+## sc2_sXV (*## 2.0 (int2Double# sc_sXT)))
+
+The running time of the program goes from 120 seconds to 0.198 seconds
+with the native backend, and 0.143 seconds with the C backend.
+
+A few more details in Trac #2251, and the patch message
+"Add RULES for realToFrac from Int".
+
+%*********************************************************
+%*                                                      *
+\subsection{Utils}
+%*                                                      *
+%*********************************************************
+
+\begin{code}
+showSignedFloat :: (RealFloat a)
+  => (a -> ShowS)       -- ^ a function that can show unsigned values
+  -> Int                -- ^ the precedence of the enclosing context
+  -> a                  -- ^ the value to show
+  -> ShowS
+showSignedFloat showPos p x
+   | x < 0 || isNegativeZero x
+       = showParen (p > 6) (showChar '-' . showPos (-x))
+   | otherwise = showPos x
+\end{code}
+
+We need to prevent over/underflow of the exponent in encodeFloat when
+called from scaleFloat, hence we clamp the scaling parameter.
+We must have a large enough range to cover the maximum difference of
+exponents returned by decodeFloat.
+\begin{code}
+clamp :: Int -> Int -> Int
+clamp bd k = max (-bd) (min bd k)
+\end{code}