xref: /freebsd/lib/msun/src/s_cbrtl.c (revision 0dd5a5603e7a33d976f8e6015620bbc79839c609)
11cd0ec03SSteve Kargl /*-
21cd0ec03SSteve Kargl  * ====================================================
31cd0ec03SSteve Kargl  * Copyright (C) 1993 by Sun Microsystems, Inc. All rights reserved.
41cd0ec03SSteve Kargl  * Copyright (c) 2009-2011, Bruce D. Evans, Steven G. Kargl, David Schultz.
51cd0ec03SSteve Kargl  *
61cd0ec03SSteve Kargl  * Developed at SunPro, a Sun Microsystems, Inc. business.
71cd0ec03SSteve Kargl  * Permission to use, copy, modify, and distribute this
81cd0ec03SSteve Kargl  * software is freely granted, provided that this notice
91cd0ec03SSteve Kargl  * is preserved.
101cd0ec03SSteve Kargl  * ====================================================
111cd0ec03SSteve Kargl  *
121cd0ec03SSteve Kargl  * The argument reduction and testing for exceptional cases was
131cd0ec03SSteve Kargl  * written by Steven G. Kargl with input from Bruce D. Evans
141cd0ec03SSteve Kargl  * and David A. Schultz.
151cd0ec03SSteve Kargl  */
161cd0ec03SSteve Kargl 
171cd0ec03SSteve Kargl #include <float.h>
1882b89f48SSteve Kargl #ifdef __i386__
191cd0ec03SSteve Kargl #include <ieeefp.h>
2082b89f48SSteve Kargl #endif
211cd0ec03SSteve Kargl 
221cd0ec03SSteve Kargl #include "fpmath.h"
231cd0ec03SSteve Kargl #include "math.h"
241cd0ec03SSteve Kargl #include "math_private.h"
251cd0ec03SSteve Kargl 
261cd0ec03SSteve Kargl #define	BIAS	(LDBL_MAX_EXP - 1)
271cd0ec03SSteve Kargl 
281cd0ec03SSteve Kargl static const unsigned
291cd0ec03SSteve Kargl     B1 = 709958130;	/* B1 = (127-127.0/3-0.03306235651)*2**23 */
301cd0ec03SSteve Kargl 
311cd0ec03SSteve Kargl long double
cbrtl(long double x)321cd0ec03SSteve Kargl cbrtl(long double x)
331cd0ec03SSteve Kargl {
341cd0ec03SSteve Kargl 	union IEEEl2bits u, v;
351cd0ec03SSteve Kargl 	long double r, s, t, w;
361cd0ec03SSteve Kargl 	double dr, dt, dx;
371cd0ec03SSteve Kargl 	float ft, fx;
381cd0ec03SSteve Kargl 	uint32_t hx;
391cd0ec03SSteve Kargl 	uint16_t expsign;
401cd0ec03SSteve Kargl 	int k;
411cd0ec03SSteve Kargl 
421cd0ec03SSteve Kargl 	u.e = x;
431cd0ec03SSteve Kargl 	expsign = u.xbits.expsign;
441cd0ec03SSteve Kargl 	k = expsign & 0x7fff;
451cd0ec03SSteve Kargl 
461cd0ec03SSteve Kargl 	/*
471cd0ec03SSteve Kargl 	 * If x = +-Inf, then cbrt(x) = +-Inf.
481cd0ec03SSteve Kargl 	 * If x = NaN, then cbrt(x) = NaN.
491cd0ec03SSteve Kargl 	 */
501cd0ec03SSteve Kargl 	if (k == BIAS + LDBL_MAX_EXP)
511cd0ec03SSteve Kargl 		return (x + x);
521cd0ec03SSteve Kargl 
533458a81eSSteve Kargl 	ENTERI();
541cd0ec03SSteve Kargl 	if (k == 0) {
551cd0ec03SSteve Kargl 		/* If x = +-0, then cbrt(x) = +-0. */
563458a81eSSteve Kargl 		if ((u.bits.manh | u.bits.manl) == 0)
573458a81eSSteve Kargl 			RETURNI(x);
581cd0ec03SSteve Kargl 		/* Adjust subnormal numbers. */
591cd0ec03SSteve Kargl 		u.e *= 0x1.0p514;
601cd0ec03SSteve Kargl 		k = u.bits.exp;
611cd0ec03SSteve Kargl 		k -= BIAS + 514;
621cd0ec03SSteve Kargl  	} else
631cd0ec03SSteve Kargl 		k -= BIAS;
641cd0ec03SSteve Kargl 	u.xbits.expsign = BIAS;
651cd0ec03SSteve Kargl 	v.e = 1;
661cd0ec03SSteve Kargl 
671cd0ec03SSteve Kargl 	x = u.e;
681cd0ec03SSteve Kargl 	switch (k % 3) {
691cd0ec03SSteve Kargl 	case 1:
701cd0ec03SSteve Kargl 	case -2:
711cd0ec03SSteve Kargl 		x = 2*x;
721cd0ec03SSteve Kargl 		k--;
731cd0ec03SSteve Kargl 		break;
741cd0ec03SSteve Kargl 	case 2:
751cd0ec03SSteve Kargl 	case -1:
761cd0ec03SSteve Kargl 		x = 4*x;
771cd0ec03SSteve Kargl 		k -= 2;
781cd0ec03SSteve Kargl 		break;
791cd0ec03SSteve Kargl 	}
801cd0ec03SSteve Kargl 	v.xbits.expsign = (expsign & 0x8000) | (BIAS + k / 3);
811cd0ec03SSteve Kargl 
821cd0ec03SSteve Kargl 	/*
831cd0ec03SSteve Kargl 	 * The following is the guts of s_cbrtf, with the handling of
841cd0ec03SSteve Kargl 	 * special values removed and extra care for accuracy not taken,
851cd0ec03SSteve Kargl 	 * but with most of the extra accuracy not discarded.
861cd0ec03SSteve Kargl 	 */
871cd0ec03SSteve Kargl 
881cd0ec03SSteve Kargl 	/* ~5-bit estimate: */
891cd0ec03SSteve Kargl 	fx = x;
901cd0ec03SSteve Kargl 	GET_FLOAT_WORD(hx, fx);
911cd0ec03SSteve Kargl 	SET_FLOAT_WORD(ft, ((hx & 0x7fffffff) / 3 + B1));
921cd0ec03SSteve Kargl 
931cd0ec03SSteve Kargl 	/* ~16-bit estimate: */
941cd0ec03SSteve Kargl 	dx = x;
951cd0ec03SSteve Kargl 	dt = ft;
961cd0ec03SSteve Kargl 	dr = dt * dt * dt;
971cd0ec03SSteve Kargl 	dt = dt * (dx + dx + dr) / (dx + dr + dr);
981cd0ec03SSteve Kargl 
991cd0ec03SSteve Kargl 	/* ~47-bit estimate: */
1001cd0ec03SSteve Kargl 	dr = dt * dt * dt;
1011cd0ec03SSteve Kargl 	dt = dt * (dx + dx + dr) / (dx + dr + dr);
1021cd0ec03SSteve Kargl 
1031cd0ec03SSteve Kargl #if LDBL_MANT_DIG == 64
1041cd0ec03SSteve Kargl 	/*
1051cd0ec03SSteve Kargl 	 * dt is cbrtl(x) to ~47 bits (after x has been reduced to 1 <= x < 8).
1061cd0ec03SSteve Kargl 	 * Round it away from zero to 32 bits (32 so that t*t is exact, and
1071cd0ec03SSteve Kargl 	 * away from zero for technical reasons).
1081cd0ec03SSteve Kargl 	 */
1091cd0ec03SSteve Kargl 	volatile double vd2 = 0x1.0p32;
1101cd0ec03SSteve Kargl 	volatile double vd1 = 0x1.0p-31;
1111cd0ec03SSteve Kargl 	#define vd ((long double)vd2 + vd1)
1121cd0ec03SSteve Kargl 
1131cd0ec03SSteve Kargl 	t = dt + vd - 0x1.0p32;
1141cd0ec03SSteve Kargl #elif LDBL_MANT_DIG == 113
1151cd0ec03SSteve Kargl 	/*
1161cd0ec03SSteve Kargl 	 * Round dt away from zero to 47 bits.  Since we don't trust the 47,
1171cd0ec03SSteve Kargl 	 * add 2 47-bit ulps instead of 1 to round up.  Rounding is slow and
1181cd0ec03SSteve Kargl 	 * might be avoidable in this case, since on most machines dt will
1191cd0ec03SSteve Kargl 	 * have been evaluated in 53-bit precision and the technical reasons
1201cd0ec03SSteve Kargl 	 * for rounding up might not apply to either case in cbrtl() since
1211cd0ec03SSteve Kargl 	 * dt is much more accurate than needed.
1221cd0ec03SSteve Kargl 	 */
1231cd0ec03SSteve Kargl 	t = dt + 0x2.0p-46 + 0x1.0p60L - 0x1.0p60;
1241cd0ec03SSteve Kargl #else
1251cd0ec03SSteve Kargl #error "Unsupported long double format"
1261cd0ec03SSteve Kargl #endif
1271cd0ec03SSteve Kargl 
1281cd0ec03SSteve Kargl 	/*
1291cd0ec03SSteve Kargl      	 * Final step Newton iteration to 64 or 113 bits with
1301cd0ec03SSteve Kargl 	 * error < 0.667 ulps
1311cd0ec03SSteve Kargl 	 */
1321cd0ec03SSteve Kargl 	s=t*t;				/* t*t is exact */
1331cd0ec03SSteve Kargl 	r=x/s;				/* error <= 0.5 ulps; |r| < |t| */
1341cd0ec03SSteve Kargl 	w=t+t;				/* t+t is exact */
1351cd0ec03SSteve Kargl 	r=(r-t)/(w+r);			/* r-t is exact; w+r ~= 3*t */
136*369ea052SSteve Kargl 	t=t+t*r;			/* error <= (0.5 + 0.5/3) * ulp */
1371cd0ec03SSteve Kargl 
1381cd0ec03SSteve Kargl 	t *= v.e;
1393458a81eSSteve Kargl 	RETURNI(t);
1401cd0ec03SSteve Kargl }
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