OSDN Git Service

Merge in xfails from PR14107.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / ada / a-tifiio.adb
1 ------------------------------------------------------------------------------
2 --                                                                          --
3 --                         GNAT RUNTIME COMPONENTS                          --
4 --                                                                          --
5 --                 A D A . T E X T _ I O . F I X E D _ I O                  --
6 --                                                                          --
7 --                                 B o d y                                  --
8 --                                                                          --
9 --          Copyright (C) 1992-2004 Free Software Foundation, Inc.          --
10 --                                                                          --
11 -- GNAT is free software;  you can  redistribute it  and/or modify it under --
12 -- terms of the  GNU General Public License as published  by the Free Soft- --
13 -- ware  Foundation;  either version 2,  or (at your option) any later ver- --
14 -- sion.  GNAT is distributed in the hope that it will be useful, but WITH- --
15 -- OUT ANY WARRANTY;  without even the  implied warranty of MERCHANTABILITY --
16 -- or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License --
17 -- for  more details.  You should have  received  a copy of the GNU General --
18 -- Public License  distributed with GNAT;  see file COPYING.  If not, write --
19 -- to  the Free Software Foundation,  59 Temple Place - Suite 330,  Boston, --
20 -- MA 02111-1307, USA.                                                      --
21 --                                                                          --
22 -- As a special exception,  if other files  instantiate  generics from this --
23 -- unit, or you link  this unit with other files  to produce an executable, --
24 -- this  unit  does not  by itself cause  the resulting  executable  to  be --
25 -- covered  by the  GNU  General  Public  License.  This exception does not --
26 -- however invalidate  any other reasons why  the executable file  might be --
27 -- covered by the  GNU Public License.                                      --
28 --                                                                          --
29 -- GNAT was originally developed  by the GNAT team at  New York University. --
30 -- Extensive contributions were provided by Ada Core Technologies Inc.      --
31 --                                                                          --
32 ------------------------------------------------------------------------------
33
34 --  Fixed point I/O
35 --  ---------------
36
37 --  The following documents implementation details of the fixed point
38 --  input/output routines in the GNAT run time. The first part describes
39 --  general properties of fixed point types as defined by the Ada 95 standard,
40 --  including the Information Systems Annex.
41
42 --  Subsequently these are reduced to implementation constraints and the impact
43 --  of these constraints on a few possible approaches to I/O are given.
44 --  Based on this analysis, a specific implementation is selected for use in
45 --  the GNAT run time. Finally, the chosen algorithm is analyzed numerically in
46 --  order to provide user-level documentation on limits for range and precision
47 --  of fixed point types as well as accuracy of input/output conversions.
48
49 --  -------------------------------------------
50 --  - General Properties of Fixed Point Types -
51 --  -------------------------------------------
52
53 --  Operations on fixed point values, other than input and output, are not
54 --  important for the purposes of this document. Only the set of values that a
55 --  fixed point type can represent and the input and output operations are
56 --  significant.
57
58 --  Values
59 --  ------
60
61 --  Set set of values of a fixed point type comprise the integral
62 --  multiples of a number called the small of the type. The small can
63 --  either be a power of ten, a power of two or (if the implementation
64 --  allows) an arbitrary strictly positive real value.
65
66 --  Implementations need to support fixed-point types with a precision
67 --  of at least 24 bits, and (in order to comply with the Information
68 --  Systems Annex) decimal types need to support at least digits 18.
69 --  For the rest, however, no requirements exist for the minimal small
70 --  and range that need to be supported.
71
72 --  Operations
73 --  ----------
74
75 --  'Image and 'Wide_Image (see RM 3.5(34))
76
77 --          These attributes return a decimal real literal best approximating
78 --          the value (rounded away from zero if halfway between) with a
79 --          single leading character that is either a minus sign or a space,
80 --          one or more digits before the decimal point (with no redundant
81 --          leading zeros), a decimal point, and N digits after the decimal
82 --          point. For a subtype S, the value of N is S'Aft, the smallest
83 --          positive integer such that (10**N)*S'Delta is greater or equal to
84 --          one, see RM 3.5.10(5).
85
86 --          For an arbitrary small, this means large number arithmetic needs
87 --          to be performed.
88
89 --  Put (see RM A.10.9(22-26))
90
91 --          The requirements for Put add no extra constraints over the image
92 --          attributes, although it would be nice to be able to output more
93 --          than S'Aft digits after the decimal point for values of subtype S.
94
95 --  'Value and 'Wide_Value attribute (RM 3.5(40-55))
96
97 --          Since the input can be given in any base in the range 2..16,
98 --          accurate conversion to a fixed point number may require
99 --          arbitrary precision arithmetic if there is no limit on the
100 --          magnitude of the small of the fixed point type.
101
102 --  Get (see RM A.10.9(12-21))
103
104 --          The requirements for Get are identical to those of the Value
105 --          attribute.
106
107 --  ------------------------------
108 --  - Implementation Constraints -
109 --  ------------------------------
110
111 --  The requirements listed above for the input/output operations lead to
112 --  significant complexity, if no constraints are put on supported smalls.
113
114 --  Implementation Strategies
115 --  -------------------------
116
117 --  * Float arithmetic
118 --  * Arbitrary-precision integer arithmetic
119 --  * Fixed-precision integer arithmetic
120
121 --  Although it seems convenient to convert fixed point numbers to floating-
122 --  point and then print them, this leads to a number of restrictions.
123 --  The first one is precision. The widest floating-point type generally
124 --  available has 53 bits of mantissa. This means that Fine_Delta cannot
125 --  be less than 2.0**(-53).
126
127 --  In GNAT, Fine_Delta is 2.0**(-63), and Duration for example is a
128 --  64-bit type. It would still be possible to use multi-precision
129 --  floating-point to perform calculations using longer mantissas,
130 --  but this is a much harder approach.
131
132 --  The base conversions needed for input and output of (non-decimal)
133 --  fixed point types can be seen as pairs of integer multiplications
134 --  and divisions.
135
136 --  Arbitrary-precision integer arithmetic would be suitable for the job
137 --  at hand, but has the draw-back that it is very heavy implementation-wise.
138 --  Especially in embedded systems, where fixed point types are often used,
139 --  it may not be desirable to require large amounts of storage and time
140 --  for fixed I/O operations.
141
142 --  Fixed-precision integer arithmetic has the advantage of simplicity and
143 --  speed. For the most common fixed point types this would be a perfect
144 --  solution. The downside however may be a too limited set of acceptable
145 --  fixed point types.
146
147 --  Extra Precision
148 --  ---------------
149
150 --  Using a scaled divide which truncates and returns a remainder R,
151 --  another E trailing digits can be calculated by computing the value
152 --  (R * (10.0**E)) / Z using another scaled divide. This procedure
153 --  can be repeated to compute an arbitrary number of digits in linear
154 --  time and storage. The last scaled divide should be rounded, with
155 --  a possible carry propagating to the more significant digits, to
156 --  ensure correct rounding of the unit in the last place.
157
158 --  An extension of this technique is to limit the value of Q to 9 decimal
159 --  digits, since 32-bit integers can be much more efficient than 64-bit
160 --  integers to output.
161
162 with Interfaces;                        use Interfaces;
163 with System.Arith_64;                   use System.Arith_64;
164 with System.Img_Real;                   use System.Img_Real;
165 with Ada.Text_IO;                       use Ada.Text_IO;
166 with Ada.Text_IO.Float_Aux;
167 with Ada.Text_IO.Generic_Aux;
168
169 package body Ada.Text_IO.Fixed_IO is
170
171    --  Note: we still use the floating-point I/O routines for input of
172    --  ordinary fixed-point and output using exponent format. This will
173    --  result in inaccuracies for fixed point types with a small that is
174    --  not a power of two, and for types that require more precision than
175    --  is available in Long_Long_Float.
176
177    package Aux renames Ada.Text_IO.Float_Aux;
178
179    Extra_Layout_Space : constant Field := 5 + Num'Fore;
180    --  Extra space that may be needed for output of sign, decimal point,
181    --  exponent indication and mandatory decimals after and before the
182    --  decimal point. A string with length
183
184    --    Fore + Aft + Exp + Extra_Layout_Space
185
186    --  is always long enough for formatting any fixed point number.
187
188    --  Implementation of Put routines
189
190    --  The following section describes a specific implementation choice for
191    --  performing base conversions needed for output of values of a fixed
192    --  point type T with small T'Small. The goal is to be able to output
193    --  all values of types with a precision of 64 bits and a delta of at
194    --  least 2.0**(-63), as these are current GNAT limitations already.
195
196    --  The chosen algorithm uses fixed precision integer arithmetic for
197    --  reasons of simplicity and efficiency. It is important to understand
198    --  in what ways the most simple and accurate approach to fixed point I/O
199    --  is limiting, before considering more complicated schemes.
200
201    --  Without loss of generality assume T has a range (-2.0**63) * T'Small
202    --  .. (2.0**63 - 1) * T'Small, and is output with Aft digits after the
203    --  decimal point and T'Fore - 1 before. If T'Small is integer, or
204    --  1.0 / T'Small is integer, let S = T'Small and E = 0. For other T'Small,
205    --  let S and E be integers such that S / 10**E best approximates T'Small
206    --  and S is in the range 10**17 .. 10**18 - 1. The extra decimal scaling
207    --  factor 10**E can be trivially handled during final output, by adjusting
208    --  the decimal point or exponent.
209
210    --  Convert a value X * S of type T to a 64-bit integer value Q equal
211    --  to 10.0**D * (X * S) rounded to the nearest integer.
212    --  This conversion is a scaled integer divide of the form
213
214    --     Q := (X * Y) / Z,
215
216    --  where all variables are 64-bit signed integers using 2's complement,
217    --  and both the multiplication and division are done using full
218    --  intermediate precision. The final decimal value to be output is
219
220    --     Q * 10**(E-D)
221
222    --  This value can be written to the output file or to the result string
223    --  according to the format described in RM A.3.10. The details of this
224    --  operation are omitted here.
225
226    --  A 64-bit value can contain all integers with 18 decimal digits, but
227    --  not all with 19 decimal digits. If the total number of requested output
228    --  digits (Fore - 1) + Aft is greater than 18, for purposes of the
229    --  conversion Aft is adjusted to 18 - (Fore - 1). In that case, or
230    --  when Fore > 19, trailing zeros can complete the output after writing
231    --  the first 18 significant digits, or the technique described in the
232    --  next section can be used.
233
234    --  The final expression for D is
235
236    --     D :=  Integer'Max (-18, Integer'Min (Aft, 18 - (Fore - 1)));
237
238    --  For Y and Z the following expressions can be derived:
239
240    --     Q / (10.0**D) = X * S
241
242    --     Q = X * S * (10.0**D) = (X * Y) / Z
243
244    --     S * 10.0**D = Y / Z;
245
246    --  If S is an integer greater than or equal to one, then Fore must be at
247    --  least 20 in order to print T'First, which is at most -2.0**63.
248    --  This means D < 0, so use
249
250    --    (1)   Y = -S and Z = -10**(-D).
251
252    --  If 1.0 / S is an integer greater than one, use
253
254    --    (2)   Y = -10**D and Z = -(1.0 / S), for D >= 0
255
256    --  or
257
258    --    (3)   Y = 1 and Z = (1.0 / S) * 10**(-D), for D < 0
259
260    --  Negative values are used for nominator Y and denominator Z, so that S
261    --  can have a maximum value of 2.0**63 and a minimum of 2.0**(-63).
262    --  For Z in -1 .. -9, Fore will still be 20, and D will be negative, as
263    --  (-2.0**63) / -9 is greater than 10**18. In these cases there is room
264    --  in the denominator for the extra decimal scaling required, so case (3)
265    --  will not overflow.
266
267    pragma Assert (System.Fine_Delta >= 2.0**(-63));
268    pragma Assert (Num'Small in 2.0**(-63) .. 2.0**63);
269    pragma Assert (Num'Fore <= 37);
270    --  These assertions need to be relaxed to allow for a Small of
271    --  2.0**(-64) at least, since there is an ACATS test for this ???
272
273    Max_Digits : constant := 18;
274    --  Maximum number of decimal digits that can be represented in a
275    --  64-bit signed number, see above
276
277    --  The constants E0 .. E5 implement a binary search for the appropriate
278    --  power of ten to scale the small so that it has one digit before the
279    --  decimal point.
280
281    subtype Int is Integer;
282    E0 : constant Int := -20 * Boolean'Pos (Num'Small >= 1.0E1);
283    E1 : constant Int := E0 + 10 * Boolean'Pos (Num'Small * 10.0**E0 < 1.0E-10);
284    E2 : constant Int := E1 +  5 * Boolean'Pos (Num'Small * 10.0**E1 < 1.0E-5);
285    E3 : constant Int := E2 +  3 * Boolean'Pos (Num'Small * 10.0**E2 < 1.0E-3);
286    E4 : constant Int := E3 +  2 * Boolean'Pos (Num'Small * 10.0**E3 < 1.0E-1);
287    E5 : constant Int := E4 +  1 * Boolean'Pos (Num'Small * 10.0**E4 < 1.0E-0);
288
289    Scale : constant Integer := E5;
290
291    pragma Assert (Num'Small * 10.0**Scale >= 1.0
292                    and then Num'Small * 10.0**Scale < 10.0);
293
294    Exact : constant Boolean :=
295                 Float'Floor (Num'Small) = Float'Ceiling (Num'Small)
296             or Float'Floor (1.0 / Num'Small) = Float'Ceiling (1.0 / Num'Small)
297             or Num'Small >= 10.0**Max_Digits;
298    --  True iff a numerator and denominator can be calculated such that
299    --  their ratio exactly represents the small of Num
300
301    --  Local Subprograms
302
303    procedure Put
304      (To   : out String;
305       Last : out Natural;
306       Item : Num;
307       Fore : Field;
308       Aft  : Field;
309       Exp  : Field);
310    --  Actual output function, used internally by all other Put routines
311
312    ---------
313    -- Get --
314    ---------
315
316    procedure Get
317      (File  : in File_Type;
318       Item  : out Num;
319       Width : in Field := 0)
320    is
321       pragma Unsuppress (Range_Check);
322
323    begin
324       Aux.Get (File, Long_Long_Float (Item), Width);
325
326    exception
327       when Constraint_Error => raise Data_Error;
328    end Get;
329
330    procedure Get
331      (Item  : out Num;
332       Width : in Field := 0)
333    is
334       pragma Unsuppress (Range_Check);
335
336    begin
337       Aux.Get (Current_In, Long_Long_Float (Item), Width);
338
339    exception
340       when Constraint_Error => raise Data_Error;
341    end Get;
342
343    procedure Get
344      (From : in String;
345       Item : out Num;
346       Last : out Positive)
347    is
348       pragma Unsuppress (Range_Check);
349
350    begin
351       Aux.Gets (From, Long_Long_Float (Item), Last);
352
353    exception
354       when Constraint_Error => raise Data_Error;
355    end Get;
356
357    ---------
358    -- Put --
359    ---------
360
361    procedure Put
362      (File : in File_Type;
363       Item : in Num;
364       Fore : in Field := Default_Fore;
365       Aft  : in Field := Default_Aft;
366       Exp  : in Field := Default_Exp)
367    is
368       S    : String (1 .. Fore + Aft + Exp + Extra_Layout_Space);
369       Last : Natural;
370    begin
371       Put (S, Last, Item, Fore, Aft, Exp);
372       Generic_Aux.Put_Item (File, S (1 .. Last));
373    end Put;
374
375    procedure Put
376      (Item : in Num;
377       Fore : in Field := Default_Fore;
378       Aft  : in Field := Default_Aft;
379       Exp  : in Field := Default_Exp)
380    is
381       S    : String (1 .. Fore + Aft + Exp + Extra_Layout_Space);
382       Last : Natural;
383    begin
384       Put (S, Last, Item, Fore, Aft, Exp);
385       Generic_Aux.Put_Item (Text_IO.Current_Out, S (1 .. Last));
386    end Put;
387
388    procedure Put
389      (To   : out String;
390       Item : in Num;
391       Aft  : in Field := Default_Aft;
392       Exp  : in Field := Default_Exp)
393    is
394       Fore : constant Integer := To'Length
395                                 - 1                      -- Decimal point
396                                 - Field'Max (1, Aft)     -- Decimal part
397                                 - Boolean'Pos (Exp /= 0) -- Exponent indicator
398                                 - Exp;                   -- Exponent
399       Last : Natural;
400
401    begin
402       if Fore not in Field'Range then
403          raise Layout_Error;
404       end if;
405
406       Put (To, Last, Item, Fore, Aft, Exp);
407
408       if Last /= To'Last then
409          raise Layout_Error;
410       end if;
411    end Put;
412
413    procedure Put
414      (To   : out String;
415       Last : out Natural;
416       Item : Num;
417       Fore : Field;
418       Aft  : Field;
419       Exp  : Field)
420    is
421       subtype Digit is Int64 range 0 .. 9;
422       X     : constant Int64   := Int64'Integer_Value (Item);
423       A     : constant Field   := Field'Max (Aft, 1);
424       Neg   : constant Boolean := (Item < 0.0);
425       Pos   : Integer;  -- Next digit X has value X * 10.0**Pos;
426
427       Y, Z : Int64;
428       E : constant Integer := Boolean'Pos (not Exact)
429                                 *  (Max_Digits - 1 + Scale);
430       D : constant Integer := Boolean'Pos (Exact)
431                                 * Integer'Min (A, Max_Digits - (Num'Fore - 1))
432                             + Boolean'Pos (not Exact)
433                                 * (Scale - 1);
434
435       procedure Put_Character (C : Character);
436       pragma Inline (Put_Character);
437       --  Add C to the output string To, updating Last
438
439       procedure Put_Digit (X : Digit);
440       --  Add digit X to the output string (going from left to right),
441       --  updating Last and Pos, and inserting the sign, leading zeroes
442       --  or a decimal point when necessary. After outputting the first
443       --  digit, Pos must not be changed outside Put_Digit anymore
444
445       procedure Put_Int64 (X : Int64; Scale : Integer);
446       --  Output the decimal number X * 10**Scale
447
448       procedure Put_Scaled
449         (X, Y, Z : Int64;
450          A       : Field;
451          E       : Integer);
452       --  Output the decimal number (X * Y / Z) * 10**E, producing A digits
453       --  after the decimal point and rounding the final digit. The value
454       --  X * Y / Z is computed with full precision, but must be in the
455       --  range of Int64.
456
457       -------------------
458       -- Put_Character --
459       -------------------
460
461       procedure Put_Character (C : Character) is
462       begin
463          Last := Last + 1;
464          To (Last) := C;
465       end Put_Character;
466
467       ---------------
468       -- Put_Digit --
469       ---------------
470
471       procedure Put_Digit (X : Digit) is
472          Digs : constant array (Digit) of Character := "0123456789";
473       begin
474          if Last = 0 then
475             if X /= 0 or Pos <= 0 then
476                --  Before outputting first digit, include leading space,
477                --  posible minus sign and, if the first digit is fractional,
478                --  decimal seperator and leading zeros.
479
480                --  The Fore part has Pos + 1 + Boolean'Pos (Neg) characters,
481                --  if Pos >= 0 and otherwise has a single zero digit plus minus
482                --  sign if negative. Add leading space if necessary.
483
484                for J in Integer'Max (0, Pos) + 2 + Boolean'Pos (Neg) .. Fore
485                loop
486                   Put_Character (' ');
487                end loop;
488
489                --  Output minus sign, if number is negative
490
491                if Neg then
492                   Put_Character ('-');
493                end if;
494
495                --  If starting with fractional digit, output leading zeros
496
497                if Pos < 0 then
498                   Put_Character ('0');
499                   Put_Character ('.');
500
501                   for J in Pos .. -2 loop
502                      Put_Character ('0');
503                   end loop;
504                end if;
505
506                Put_Character (Digs (X));
507             end if;
508
509          else
510             --  This is not the first digit to be output, so the only
511             --  special handling is that for the decimal point
512
513             if Pos = -1 then
514                Put_Character ('.');
515             end if;
516
517             Put_Character (Digs (X));
518          end if;
519
520          Pos := Pos - 1;
521       end Put_Digit;
522
523       ---------------
524       -- Put_Int64 --
525       ---------------
526
527       procedure Put_Int64 (X : Int64; Scale : Integer) is
528       begin
529          if X = 0 then
530             return;
531          end if;
532
533          Pos := Scale;
534
535          if X not in -9 .. 9 then
536             Put_Int64 (X / 10, Scale + 1);
537          end if;
538
539          Put_Digit (abs (X rem 10));
540       end Put_Int64;
541
542       ----------------
543       -- Put_Scaled --
544       ----------------
545
546       procedure Put_Scaled
547         (X, Y, Z : Int64;
548          A       : Field;
549          E       : Integer)
550       is
551          N  : constant Natural := (A + Max_Digits - 1) / Max_Digits + 1;
552          Q  : array (1 .. N) of Int64 := (others => 0);
553
554          XX : Int64 := X;
555          YY : Int64 := Y;
556          AA : Field := A;
557
558       begin
559          for J in Q'Range loop
560             exit when XX = 0;
561
562             Scaled_Divide (XX, YY, Z, Q (J), XX, Round => AA = 0);
563
564             --  As the last block of digits is rounded, a carry may have to
565             --  be propagated to the more significant digits. Since the last
566             --  block may have less than Max_Digits, the test for this block
567             --  is specialized.
568
569             --  The absolute value of the left-most digit block may equal
570             --  10*Max_Digits, as no carry can be propagated from there.
571             --  The final output routines need to be prepared to handle
572             --  this specific case.
573
574             if (Q (J) = YY or -Q (J) = YY) and then J > Q'First then
575                if Q (J) < 0 then
576                   Q (J - 1) := Q (J - 1) + 1;
577                else
578                   Q (J - 1) := Q (J - 1) - 1;
579                end if;
580
581                Q (J) := 0;
582
583                Propagate_Carry :
584                for J in reverse Q'First + 1 .. Q'Last loop
585                   if Q (J) >= 10**Max_Digits then
586                      Q (J - 1) := Q (J - 1) + 1;
587                      Q (J) := Q (J) - 10**Max_Digits;
588
589                   elsif Q (J) <= -10**Max_Digits then
590                      Q (J - 1) := Q (J - 1) - 1;
591                      Q (J) := Q (J) + 10**Max_Digits;
592                   end if;
593                end loop Propagate_Carry;
594             end if;
595
596             YY := -10**Integer'Min (Max_Digits, AA);
597             AA := AA - Integer'Min (Max_Digits, AA);
598          end loop;
599
600          for J in Q'First .. Q'Last - 1 loop
601             Put_Int64 (Q (J), E - (J - Q'First) * Max_Digits);
602          end loop;
603
604          Put_Int64 (Q (Q'Last), E - A);
605       end Put_Scaled;
606
607    --  Start of processing for Put
608
609    begin
610       Last := To'First - 1;
611
612       if Exp /= 0 then
613
614          --  With the Exp format, it is not known how many output digits to
615          --  generate, as leading zeros must be ignored. Computing too many
616          --  digits and then truncating the output will not give the closest
617          --  output, it is necessary to round at the correct digit.
618
619          --  The general approach is as follows: as long as no digits have
620          --  been generated, compute the Aft next digits (without rounding).
621          --  Once a non-zero digit is generated, determine the exact number
622          --  of digits remaining and compute them with rounding.
623          --  Since a large number of iterations might be necessary in case
624          --  of Aft = 1, the following optimization would be desirable.
625          --  Count the number Z of leading zero bits in the integer
626          --  representation of X, and start with producing
627          --  Aft + Z * 1000 / 3322 digits in the first scaled division.
628
629          --  However, the floating-point routines are still used now ???
630
631          System.Img_Real.Set_Image_Real (Long_Long_Float (Item), To, Last,
632             Fore, Aft, Exp);
633          return;
634       end if;
635
636       if Exact then
637          Y := Int64'Min (Int64 (-Num'Small), -1) * 10**Integer'Max (0, D);
638          Z := Int64'Min (Int64 (-1.0 / Num'Small), -1)
639                                                  * 10**Integer'Max (0, -D);
640       else
641          Y := Int64 (-Num'Small * 10.0**E);
642          Z := -10**Max_Digits;
643       end if;
644
645       Put_Scaled (X, Y, Z, A - D, -D);
646
647       --  If only zero digits encountered, unit digit has not been output yet
648
649       if Last < To'First then
650          Pos := 0;
651       end if;
652
653       --  Always output digits up to the first one after the decimal point
654
655       while Pos >= -A loop
656          Put_Digit (0);
657       end loop;
658    end Put;
659
660 end Ada.Text_IO.Fixed_IO;