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[glibc.git] / manual / math.texi
blob72f3fda0a3f3f0e1fb8ed0eb54aa6caf30d6eb2a
1 @c We need some definitions here.
2 @ifclear mult
3 @ifhtml
4 @set mult ·
5 @set infty ∞
6 @set pie π
7 @end ifhtml
8 @iftex
9 @set mult @cdot
10 @set infty @infty
11 @end iftex
12 @ifclear mult
13 @set mult *
14 @set infty oo
15 @set pie pi
16 @end ifclear
17 @macro mul
18 @value{mult}
19 @end macro
20 @macro infinity
21 @value{infty}
22 @end macro
23 @ifnottex
24 @macro pi
25 @value{pie}
26 @end macro
27 @end ifnottex
28 @end ifclear
30 @node Mathematics, Arithmetic, Syslog, Top
31 @c %MENU% Math functions, useful constants, random numbers
32 @chapter Mathematics
34 This chapter contains information about functions for performing
35 mathematical computations, such as trigonometric functions.  Most of
36 these functions have prototypes declared in the header file
37 @file{math.h}.  The complex-valued functions are defined in
38 @file{complex.h}.
39 @pindex math.h
40 @pindex complex.h
42 All mathematical functions which take a floating-point argument
43 have three variants, one each for @code{double}, @code{float}, and
44 @code{long double} arguments.  The @code{double} versions are mostly
45 defined in @w{ISO C89}.  The @code{float} and @code{long double}
46 versions are from the numeric extensions to C included in @w{ISO C99}.
48 Which of the three versions of a function should be used depends on the
49 situation.  For most calculations, the @code{float} functions are the
50 fastest.  On the other hand, the @code{long double} functions have the
51 highest precision.  @code{double} is somewhere in between.  It is
52 usually wise to pick the narrowest type that can accommodate your data.
53 Not all machines have a distinct @code{long double} type; it may be the
54 same as @code{double}.
56 @menu
57 * Mathematical Constants::      Precise numeric values for often-used
58                                  constants.
59 * Trig Functions::              Sine, cosine, tangent, and friends.
60 * Inverse Trig Functions::      Arcsine, arccosine, etc.
61 * Exponents and Logarithms::    Also pow and sqrt.
62 * Hyperbolic Functions::        sinh, cosh, tanh, etc.
63 * Special Functions::           Bessel, gamma, erf.
64 * Errors in Math Functions::    Known Maximum Errors in Math Functions.
65 * Pseudo-Random Numbers::       Functions for generating pseudo-random
66                                  numbers.
67 * FP Function Optimizations::   Fast code or small code.
68 @end menu
70 @node Mathematical Constants
71 @section Predefined Mathematical Constants
72 @cindex constants
73 @cindex mathematical constants
75 The header @file{math.h} defines several useful mathematical constants.
76 All values are defined as preprocessor macros starting with @code{M_}.
77 The values provided are:
79 @vtable @code
80 @item M_E
81 The base of natural logarithms.
82 @item M_LOG2E
83 The logarithm to base @code{2} of @code{M_E}.
84 @item M_LOG10E
85 The logarithm to base @code{10} of @code{M_E}.
86 @item M_LN2
87 The natural logarithm of @code{2}.
88 @item M_LN10
89 The natural logarithm of @code{10}.
90 @item M_PI
91 Pi, the ratio of a circle's circumference to its diameter.
92 @item M_PI_2
93 Pi divided by two.
94 @item M_PI_4
95 Pi divided by four.
96 @item M_1_PI
97 The reciprocal of pi (1/pi)
98 @item M_2_PI
99 Two times the reciprocal of pi.
100 @item M_2_SQRTPI
101 Two times the reciprocal of the square root of pi.
102 @item M_SQRT2
103 The square root of two.
104 @item M_SQRT1_2
105 The reciprocal of the square root of two (also the square root of 1/2).
106 @end vtable
108 These constants come from the Unix98 standard and were also available in
109 4.4BSD; therefore they are only defined if
110 @code{_XOPEN_SOURCE=500}, or a more general feature select macro, is
111 defined.  The default set of features includes these constants.
112 @xref{Feature Test Macros}.
114 All values are of type @code{double}.  As an extension, @theglibc{}
115 also defines these constants with type @code{long double}.  The
116 @code{long double} macros have a lowercase @samp{l} appended to their
117 names: @code{M_El}, @code{M_PIl}, and so forth.  These are only
118 available if @code{_GNU_SOURCE} is defined.
120 @vindex PI
121 @emph{Note:} Some programs use a constant named @code{PI} which has the
122 same value as @code{M_PI}.  This constant is not standard; it may have
123 appeared in some old AT&T headers, and is mentioned in Stroustrup's book
124 on C++.  It infringes on the user's name space, so @theglibc{}
125 does not define it.  Fixing programs written to expect it is simple:
126 replace @code{PI} with @code{M_PI} throughout, or put @samp{-DPI=M_PI}
127 on the compiler command line.
129 @node Trig Functions
130 @section Trigonometric Functions
131 @cindex trigonometric functions
133 These are the familiar @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} functions.
134 The arguments to all of these functions are in units of radians; recall
135 that pi radians equals 180 degrees.
137 @cindex pi (trigonometric constant)
138 The math library normally defines @code{M_PI} to a @code{double}
139 approximation of pi.  If strict ISO and/or POSIX compliance
140 are requested this constant is not defined, but you can easily define it
141 yourself:
143 @smallexample
144 #define M_PI 3.14159265358979323846264338327
145 @end smallexample
147 @noindent
148 You can also compute the value of pi with the expression @code{acos
149 (-1.0)}.
151 @comment math.h
152 @comment ISO
153 @deftypefun double sin (double @var{x})
154 @comment math.h
155 @comment ISO
156 @deftypefunx float sinf (float @var{x})
157 @comment math.h
158 @comment ISO
159 @deftypefunx {long double} sinl (long double @var{x})
160 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
161 These functions return the sine of @var{x}, where @var{x} is given in
162 radians.  The return value is in the range @code{-1} to @code{1}.
163 @end deftypefun
165 @comment math.h
166 @comment ISO
167 @deftypefun double cos (double @var{x})
168 @comment math.h
169 @comment ISO
170 @deftypefunx float cosf (float @var{x})
171 @comment math.h
172 @comment ISO
173 @deftypefunx {long double} cosl (long double @var{x})
174 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
175 These functions return the cosine of @var{x}, where @var{x} is given in
176 radians.  The return value is in the range @code{-1} to @code{1}.
177 @end deftypefun
179 @comment math.h
180 @comment ISO
181 @deftypefun double tan (double @var{x})
182 @comment math.h
183 @comment ISO
184 @deftypefunx float tanf (float @var{x})
185 @comment math.h
186 @comment ISO
187 @deftypefunx {long double} tanl (long double @var{x})
188 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
189 These functions return the tangent of @var{x}, where @var{x} is given in
190 radians.
192 Mathematically, the tangent function has singularities at odd multiples
193 of pi/2.  If the argument @var{x} is too close to one of these
194 singularities, @code{tan} will signal overflow.
195 @end deftypefun
197 In many applications where @code{sin} and @code{cos} are used, the sine
198 and cosine of the same angle are needed at the same time.  It is more
199 efficient to compute them simultaneously, so the library provides a
200 function to do that.
202 @comment math.h
203 @comment GNU
204 @deftypefun void sincos (double @var{x}, double *@var{sinx}, double *@var{cosx})
205 @comment math.h
206 @comment GNU
207 @deftypefunx void sincosf (float @var{x}, float *@var{sinx}, float *@var{cosx})
208 @comment math.h
209 @comment GNU
210 @deftypefunx void sincosl (long double @var{x}, long double *@var{sinx}, long double *@var{cosx})
211 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
212 These functions return the sine of @var{x} in @code{*@var{sinx}} and the
213 cosine of @var{x} in @code{*@var{cos}}, where @var{x} is given in
214 radians.  Both values, @code{*@var{sinx}} and @code{*@var{cosx}}, are in
215 the range of @code{-1} to @code{1}.
217 This function is a GNU extension.  Portable programs should be prepared
218 to cope with its absence.
219 @end deftypefun
221 @cindex complex trigonometric functions
223 @w{ISO C99} defines variants of the trig functions which work on
224 complex numbers.  @Theglibc{} provides these functions, but they
225 are only useful if your compiler supports the new complex types defined
226 by the standard.
227 @c XXX Change this when gcc is fixed. -zw
228 (As of this writing GCC supports complex numbers, but there are bugs in
229 the implementation.)
231 @comment complex.h
232 @comment ISO
233 @deftypefun {complex double} csin (complex double @var{z})
234 @comment complex.h
235 @comment ISO
236 @deftypefunx {complex float} csinf (complex float @var{z})
237 @comment complex.h
238 @comment ISO
239 @deftypefunx {complex long double} csinl (complex long double @var{z})
240 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
241 @c There are calls to nan* that could trigger @mtslocale if they didn't get
242 @c empty strings.
243 These functions return the complex sine of @var{z}.
244 The mathematical definition of the complex sine is
246 @ifnottex
247 @math{sin (z) = 1/(2*i) * (exp (z*i) - exp (-z*i))}.
248 @end ifnottex
249 @tex
250 $$\sin(z) = {1\over 2i} (e^{zi} - e^{-zi})$$
251 @end tex
252 @end deftypefun
254 @comment complex.h
255 @comment ISO
256 @deftypefun {complex double} ccos (complex double @var{z})
257 @comment complex.h
258 @comment ISO
259 @deftypefunx {complex float} ccosf (complex float @var{z})
260 @comment complex.h
261 @comment ISO
262 @deftypefunx {complex long double} ccosl (complex long double @var{z})
263 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
264 These functions return the complex cosine of @var{z}.
265 The mathematical definition of the complex cosine is
267 @ifnottex
268 @math{cos (z) = 1/2 * (exp (z*i) + exp (-z*i))}
269 @end ifnottex
270 @tex
271 $$\cos(z) = {1\over 2} (e^{zi} + e^{-zi})$$
272 @end tex
273 @end deftypefun
275 @comment complex.h
276 @comment ISO
277 @deftypefun {complex double} ctan (complex double @var{z})
278 @comment complex.h
279 @comment ISO
280 @deftypefunx {complex float} ctanf (complex float @var{z})
281 @comment complex.h
282 @comment ISO
283 @deftypefunx {complex long double} ctanl (complex long double @var{z})
284 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
285 These functions return the complex tangent of @var{z}.
286 The mathematical definition of the complex tangent is
288 @ifnottex
289 @math{tan (z) = -i * (exp (z*i) - exp (-z*i)) / (exp (z*i) + exp (-z*i))}
290 @end ifnottex
291 @tex
292 $$\tan(z) = -i \cdot {e^{zi} - e^{-zi}\over e^{zi} + e^{-zi}}$$
293 @end tex
295 @noindent
296 The complex tangent has poles at @math{pi/2 + 2n}, where @math{n} is an
297 integer.  @code{ctan} may signal overflow if @var{z} is too close to a
298 pole.
299 @end deftypefun
302 @node Inverse Trig Functions
303 @section Inverse Trigonometric Functions
304 @cindex inverse trigonometric functions
306 These are the usual arc sine, arc cosine and arc tangent functions,
307 which are the inverses of the sine, cosine and tangent functions
308 respectively.
310 @comment math.h
311 @comment ISO
312 @deftypefun double asin (double @var{x})
313 @comment math.h
314 @comment ISO
315 @deftypefunx float asinf (float @var{x})
316 @comment math.h
317 @comment ISO
318 @deftypefunx {long double} asinl (long double @var{x})
319 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
320 These functions compute the arc sine of @var{x}---that is, the value whose
321 sine is @var{x}.  The value is in units of radians.  Mathematically,
322 there are infinitely many such values; the one actually returned is the
323 one between @code{-pi/2} and @code{pi/2} (inclusive).
325 The arc sine function is defined mathematically only
326 over the domain @code{-1} to @code{1}.  If @var{x} is outside the
327 domain, @code{asin} signals a domain error.
328 @end deftypefun
330 @comment math.h
331 @comment ISO
332 @deftypefun double acos (double @var{x})
333 @comment math.h
334 @comment ISO
335 @deftypefunx float acosf (float @var{x})
336 @comment math.h
337 @comment ISO
338 @deftypefunx {long double} acosl (long double @var{x})
339 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
340 These functions compute the arc cosine of @var{x}---that is, the value
341 whose cosine is @var{x}.  The value is in units of radians.
342 Mathematically, there are infinitely many such values; the one actually
343 returned is the one between @code{0} and @code{pi} (inclusive).
345 The arc cosine function is defined mathematically only
346 over the domain @code{-1} to @code{1}.  If @var{x} is outside the
347 domain, @code{acos} signals a domain error.
348 @end deftypefun
350 @comment math.h
351 @comment ISO
352 @deftypefun double atan (double @var{x})
353 @comment math.h
354 @comment ISO
355 @deftypefunx float atanf (float @var{x})
356 @comment math.h
357 @comment ISO
358 @deftypefunx {long double} atanl (long double @var{x})
359 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
360 These functions compute the arc tangent of @var{x}---that is, the value
361 whose tangent is @var{x}.  The value is in units of radians.
362 Mathematically, there are infinitely many such values; the one actually
363 returned is the one between @code{-pi/2} and @code{pi/2} (inclusive).
364 @end deftypefun
366 @comment math.h
367 @comment ISO
368 @deftypefun double atan2 (double @var{y}, double @var{x})
369 @comment math.h
370 @comment ISO
371 @deftypefunx float atan2f (float @var{y}, float @var{x})
372 @comment math.h
373 @comment ISO
374 @deftypefunx {long double} atan2l (long double @var{y}, long double @var{x})
375 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
376 This function computes the arc tangent of @var{y}/@var{x}, but the signs
377 of both arguments are used to determine the quadrant of the result, and
378 @var{x} is permitted to be zero.  The return value is given in radians
379 and is in the range @code{-pi} to @code{pi}, inclusive.
381 If @var{x} and @var{y} are coordinates of a point in the plane,
382 @code{atan2} returns the signed angle between the line from the origin
383 to that point and the x-axis.  Thus, @code{atan2} is useful for
384 converting Cartesian coordinates to polar coordinates.  (To compute the
385 radial coordinate, use @code{hypot}; see @ref{Exponents and
386 Logarithms}.)
388 @c This is experimentally true.  Should it be so? -zw
389 If both @var{x} and @var{y} are zero, @code{atan2} returns zero.
390 @end deftypefun
392 @cindex inverse complex trigonometric functions
393 @w{ISO C99} defines complex versions of the inverse trig functions.
395 @comment complex.h
396 @comment ISO
397 @deftypefun {complex double} casin (complex double @var{z})
398 @comment complex.h
399 @comment ISO
400 @deftypefunx {complex float} casinf (complex float @var{z})
401 @comment complex.h
402 @comment ISO
403 @deftypefunx {complex long double} casinl (complex long double @var{z})
404 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
405 These functions compute the complex arc sine of @var{z}---that is, the
406 value whose sine is @var{z}.  The value returned is in radians.
408 Unlike the real-valued functions, @code{casin} is defined for all
409 values of @var{z}.
410 @end deftypefun
412 @comment complex.h
413 @comment ISO
414 @deftypefun {complex double} cacos (complex double @var{z})
415 @comment complex.h
416 @comment ISO
417 @deftypefunx {complex float} cacosf (complex float @var{z})
418 @comment complex.h
419 @comment ISO
420 @deftypefunx {complex long double} cacosl (complex long double @var{z})
421 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
422 These functions compute the complex arc cosine of @var{z}---that is, the
423 value whose cosine is @var{z}.  The value returned is in radians.
425 Unlike the real-valued functions, @code{cacos} is defined for all
426 values of @var{z}.
427 @end deftypefun
430 @comment complex.h
431 @comment ISO
432 @deftypefun {complex double} catan (complex double @var{z})
433 @comment complex.h
434 @comment ISO
435 @deftypefunx {complex float} catanf (complex float @var{z})
436 @comment complex.h
437 @comment ISO
438 @deftypefunx {complex long double} catanl (complex long double @var{z})
439 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
440 These functions compute the complex arc tangent of @var{z}---that is,
441 the value whose tangent is @var{z}.  The value is in units of radians.
442 @end deftypefun
445 @node Exponents and Logarithms
446 @section Exponentiation and Logarithms
447 @cindex exponentiation functions
448 @cindex power functions
449 @cindex logarithm functions
451 @comment math.h
452 @comment ISO
453 @deftypefun double exp (double @var{x})
454 @comment math.h
455 @comment ISO
456 @deftypefunx float expf (float @var{x})
457 @comment math.h
458 @comment ISO
459 @deftypefunx {long double} expl (long double @var{x})
460 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
461 These functions compute @code{e} (the base of natural logarithms) raised
462 to the power @var{x}.
464 If the magnitude of the result is too large to be representable,
465 @code{exp} signals overflow.
466 @end deftypefun
468 @comment math.h
469 @comment ISO
470 @deftypefun double exp2 (double @var{x})
471 @comment math.h
472 @comment ISO
473 @deftypefunx float exp2f (float @var{x})
474 @comment math.h
475 @comment ISO
476 @deftypefunx {long double} exp2l (long double @var{x})
477 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
478 These functions compute @code{2} raised to the power @var{x}.
479 Mathematically, @code{exp2 (x)} is the same as @code{exp (x * log (2))}.
480 @end deftypefun
482 @comment math.h
483 @comment GNU
484 @deftypefun double exp10 (double @var{x})
485 @comment math.h
486 @comment GNU
487 @deftypefunx float exp10f (float @var{x})
488 @comment math.h
489 @comment GNU
490 @deftypefunx {long double} exp10l (long double @var{x})
491 @comment math.h
492 @comment GNU
493 @deftypefunx double pow10 (double @var{x})
494 @comment math.h
495 @comment GNU
496 @deftypefunx float pow10f (float @var{x})
497 @comment math.h
498 @comment GNU
499 @deftypefunx {long double} pow10l (long double @var{x})
500 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
501 These functions compute @code{10} raised to the power @var{x}.
502 Mathematically, @code{exp10 (x)} is the same as @code{exp (x * log (10))}.
504 These functions are GNU extensions.  The name @code{exp10} is
505 preferred, since it is analogous to @code{exp} and @code{exp2}.
506 @end deftypefun
509 @comment math.h
510 @comment ISO
511 @deftypefun double log (double @var{x})
512 @comment math.h
513 @comment ISO
514 @deftypefunx float logf (float @var{x})
515 @comment math.h
516 @comment ISO
517 @deftypefunx {long double} logl (long double @var{x})
518 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
519 These functions compute the natural logarithm of @var{x}.  @code{exp (log
520 (@var{x}))} equals @var{x}, exactly in mathematics and approximately in
523 If @var{x} is negative, @code{log} signals a domain error.  If @var{x}
524 is zero, it returns negative infinity; if @var{x} is too close to zero,
525 it may signal overflow.
526 @end deftypefun
528 @comment math.h
529 @comment ISO
530 @deftypefun double log10 (double @var{x})
531 @comment math.h
532 @comment ISO
533 @deftypefunx float log10f (float @var{x})
534 @comment math.h
535 @comment ISO
536 @deftypefunx {long double} log10l (long double @var{x})
537 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
538 These functions return the base-10 logarithm of @var{x}.
539 @code{log10 (@var{x})} equals @code{log (@var{x}) / log (10)}.
541 @end deftypefun
543 @comment math.h
544 @comment ISO
545 @deftypefun double log2 (double @var{x})
546 @comment math.h
547 @comment ISO
548 @deftypefunx float log2f (float @var{x})
549 @comment math.h
550 @comment ISO
551 @deftypefunx {long double} log2l (long double @var{x})
552 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
553 These functions return the base-2 logarithm of @var{x}.
554 @code{log2 (@var{x})} equals @code{log (@var{x}) / log (2)}.
555 @end deftypefun
557 @comment math.h
558 @comment ISO
559 @deftypefun double logb (double @var{x})
560 @comment math.h
561 @comment ISO
562 @deftypefunx float logbf (float @var{x})
563 @comment math.h
564 @comment ISO
565 @deftypefunx {long double} logbl (long double @var{x})
566 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
567 These functions extract the exponent of @var{x} and return it as a
568 floating-point value.  If @code{FLT_RADIX} is two, @code{logb} is equal
569 to @code{floor (log2 (x))}, except it's probably faster.
571 If @var{x} is de-normalized, @code{logb} returns the exponent @var{x}
572 would have if it were normalized.  If @var{x} is infinity (positive or
573 negative), @code{logb} returns @math{@infinity{}}.  If @var{x} is zero,
574 @code{logb} returns @math{@infinity{}}.  It does not signal.
575 @end deftypefun
577 @comment math.h
578 @comment ISO
579 @deftypefun int ilogb (double @var{x})
580 @comment math.h
581 @comment ISO
582 @deftypefunx int ilogbf (float @var{x})
583 @comment math.h
584 @comment ISO
585 @deftypefunx int ilogbl (long double @var{x})
586 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
587 These functions are equivalent to the corresponding @code{logb}
588 functions except that they return signed integer values.
589 @end deftypefun
591 @noindent
592 Since integers cannot represent infinity and NaN, @code{ilogb} instead
593 returns an integer that can't be the exponent of a normal floating-point
594 number.  @file{math.h} defines constants so you can check for this.
596 @comment math.h
597 @comment ISO
598 @deftypevr Macro int FP_ILOGB0
599 @code{ilogb} returns this value if its argument is @code{0}.  The
600 numeric value is either @code{INT_MIN} or @code{-INT_MAX}.
602 This macro is defined in @w{ISO C99}.
603 @end deftypevr
605 @comment math.h
606 @comment ISO
607 @deftypevr Macro int FP_ILOGBNAN
608 @code{ilogb} returns this value if its argument is @code{NaN}.  The
609 numeric value is either @code{INT_MIN} or @code{INT_MAX}.
611 This macro is defined in @w{ISO C99}.
612 @end deftypevr
614 These values are system specific.  They might even be the same.  The
615 proper way to test the result of @code{ilogb} is as follows:
617 @smallexample
618 i = ilogb (f);
619 if (i == FP_ILOGB0 || i == FP_ILOGBNAN)
620   @{
621     if (isnan (f))
622       @{
623         /* @r{Handle NaN.}  */
624       @}
625     else if (f  == 0.0)
626       @{
627         /* @r{Handle 0.0.}  */
628       @}
629     else
630       @{
631         /* @r{Some other value with large exponent,}
632            @r{perhaps +Inf.}  */
633       @}
634   @}
635 @end smallexample
637 @comment math.h
638 @comment ISO
639 @deftypefun double pow (double @var{base}, double @var{power})
640 @comment math.h
641 @comment ISO
642 @deftypefunx float powf (float @var{base}, float @var{power})
643 @comment math.h
644 @comment ISO
645 @deftypefunx {long double} powl (long double @var{base}, long double @var{power})
646 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
647 These are general exponentiation functions, returning @var{base} raised
648 to @var{power}.
650 Mathematically, @code{pow} would return a complex number when @var{base}
651 is negative and @var{power} is not an integral value.  @code{pow} can't
652 do that, so instead it signals a domain error. @code{pow} may also
653 underflow or overflow the destination type.
654 @end deftypefun
656 @cindex square root function
657 @comment math.h
658 @comment ISO
659 @deftypefun double sqrt (double @var{x})
660 @comment math.h
661 @comment ISO
662 @deftypefunx float sqrtf (float @var{x})
663 @comment math.h
664 @comment ISO
665 @deftypefunx {long double} sqrtl (long double @var{x})
666 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
667 These functions return the nonnegative square root of @var{x}.
669 If @var{x} is negative, @code{sqrt} signals a domain error.
670 Mathematically, it should return a complex number.
671 @end deftypefun
673 @cindex cube root function
674 @comment math.h
675 @comment BSD
676 @deftypefun double cbrt (double @var{x})
677 @comment math.h
678 @comment BSD
679 @deftypefunx float cbrtf (float @var{x})
680 @comment math.h
681 @comment BSD
682 @deftypefunx {long double} cbrtl (long double @var{x})
683 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
684 These functions return the cube root of @var{x}.  They cannot
685 fail; every representable real value has a representable real cube root.
686 @end deftypefun
688 @comment math.h
689 @comment ISO
690 @deftypefun double hypot (double @var{x}, double @var{y})
691 @comment math.h
692 @comment ISO
693 @deftypefunx float hypotf (float @var{x}, float @var{y})
694 @comment math.h
695 @comment ISO
696 @deftypefunx {long double} hypotl (long double @var{x}, long double @var{y})
697 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
698 These functions return @code{sqrt (@var{x}*@var{x} +
699 @var{y}*@var{y})}.  This is the length of the hypotenuse of a right
700 triangle with sides of length @var{x} and @var{y}, or the distance
701 of the point (@var{x}, @var{y}) from the origin.  Using this function
702 instead of the direct formula is wise, since the error is
703 much smaller.  See also the function @code{cabs} in @ref{Absolute Value}.
704 @end deftypefun
706 @comment math.h
707 @comment ISO
708 @deftypefun double expm1 (double @var{x})
709 @comment math.h
710 @comment ISO
711 @deftypefunx float expm1f (float @var{x})
712 @comment math.h
713 @comment ISO
714 @deftypefunx {long double} expm1l (long double @var{x})
715 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
716 These functions return a value equivalent to @code{exp (@var{x}) - 1}.
717 They are computed in a way that is accurate even if @var{x} is
718 near zero---a case where @code{exp (@var{x}) - 1} would be inaccurate owing
719 to subtraction of two numbers that are nearly equal.
720 @end deftypefun
722 @comment math.h
723 @comment ISO
724 @deftypefun double log1p (double @var{x})
725 @comment math.h
726 @comment ISO
727 @deftypefunx float log1pf (float @var{x})
728 @comment math.h
729 @comment ISO
730 @deftypefunx {long double} log1pl (long double @var{x})
731 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
732 These functions returns a value equivalent to @w{@code{log (1 + @var{x})}}.
733 They are computed in a way that is accurate even if @var{x} is
734 near zero.
735 @end deftypefun
737 @cindex complex exponentiation functions
738 @cindex complex logarithm functions
740 @w{ISO C99} defines complex variants of some of the exponentiation and
741 logarithm functions.
743 @comment complex.h
744 @comment ISO
745 @deftypefun {complex double} cexp (complex double @var{z})
746 @comment complex.h
747 @comment ISO
748 @deftypefunx {complex float} cexpf (complex float @var{z})
749 @comment complex.h
750 @comment ISO
751 @deftypefunx {complex long double} cexpl (complex long double @var{z})
752 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
753 These functions return @code{e} (the base of natural
754 logarithms) raised to the power of @var{z}.
755 Mathematically, this corresponds to the value
757 @ifnottex
758 @math{exp (z) = exp (creal (z)) * (cos (cimag (z)) + I * sin (cimag (z)))}
759 @end ifnottex
760 @tex
761 $$\exp(z) = e^z = e^{{\rm Re}\,z} (\cos ({\rm Im}\,z) + i \sin ({\rm Im}\,z))$$
762 @end tex
763 @end deftypefun
765 @comment complex.h
766 @comment ISO
767 @deftypefun {complex double} clog (complex double @var{z})
768 @comment complex.h
769 @comment ISO
770 @deftypefunx {complex float} clogf (complex float @var{z})
771 @comment complex.h
772 @comment ISO
773 @deftypefunx {complex long double} clogl (complex long double @var{z})
774 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
775 These functions return the natural logarithm of @var{z}.
776 Mathematically, this corresponds to the value
778 @ifnottex
779 @math{log (z) = log (cabs (z)) + I * carg (z)}
780 @end ifnottex
781 @tex
782 $$\log(z) = \log |z| + i \arg z$$
783 @end tex
785 @noindent
786 @code{clog} has a pole at 0, and will signal overflow if @var{z} equals
787 or is very close to 0.  It is well-defined for all other values of
788 @var{z}.
789 @end deftypefun
792 @comment complex.h
793 @comment GNU
794 @deftypefun {complex double} clog10 (complex double @var{z})
795 @comment complex.h
796 @comment GNU
797 @deftypefunx {complex float} clog10f (complex float @var{z})
798 @comment complex.h
799 @comment GNU
800 @deftypefunx {complex long double} clog10l (complex long double @var{z})
801 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
802 These functions return the base 10 logarithm of the complex value
803 @var{z}.  Mathematically, this corresponds to the value
805 @ifnottex
806 @math{log (z) = log10 (cabs (z)) + I * carg (z)}
807 @end ifnottex
808 @tex
809 $$\log_{10}(z) = \log_{10}|z| + i \arg z$$
810 @end tex
812 These functions are GNU extensions.
813 @end deftypefun
815 @comment complex.h
816 @comment ISO
817 @deftypefun {complex double} csqrt (complex double @var{z})
818 @comment complex.h
819 @comment ISO
820 @deftypefunx {complex float} csqrtf (complex float @var{z})
821 @comment complex.h
822 @comment ISO
823 @deftypefunx {complex long double} csqrtl (complex long double @var{z})
824 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
825 These functions return the complex square root of the argument @var{z}.  Unlike
826 the real-valued functions, they are defined for all values of @var{z}.
827 @end deftypefun
829 @comment complex.h
830 @comment ISO
831 @deftypefun {complex double} cpow (complex double @var{base}, complex double @var{power})
832 @comment complex.h
833 @comment ISO
834 @deftypefunx {complex float} cpowf (complex float @var{base}, complex float @var{power})
835 @comment complex.h
836 @comment ISO
837 @deftypefunx {complex long double} cpowl (complex long double @var{base}, complex long double @var{power})
838 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
839 These functions return @var{base} raised to the power of
840 @var{power}.  This is equivalent to @w{@code{cexp (y * clog (x))}}
841 @end deftypefun
843 @node Hyperbolic Functions
844 @section Hyperbolic Functions
845 @cindex hyperbolic functions
847 The functions in this section are related to the exponential functions;
848 see @ref{Exponents and Logarithms}.
850 @comment math.h
851 @comment ISO
852 @deftypefun double sinh (double @var{x})
853 @comment math.h
854 @comment ISO
855 @deftypefunx float sinhf (float @var{x})
856 @comment math.h
857 @comment ISO
858 @deftypefunx {long double} sinhl (long double @var{x})
859 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
860 These functions return the hyperbolic sine of @var{x}, defined
861 mathematically as @w{@code{(exp (@var{x}) - exp (-@var{x})) / 2}}.  They
862 may signal overflow if @var{x} is too large.
863 @end deftypefun
865 @comment math.h
866 @comment ISO
867 @deftypefun double cosh (double @var{x})
868 @comment math.h
869 @comment ISO
870 @deftypefunx float coshf (float @var{x})
871 @comment math.h
872 @comment ISO
873 @deftypefunx {long double} coshl (long double @var{x})
874 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
875 These function return the hyperbolic cosine of @var{x},
876 defined mathematically as @w{@code{(exp (@var{x}) + exp (-@var{x})) / 2}}.
877 They may signal overflow if @var{x} is too large.
878 @end deftypefun
880 @comment math.h
881 @comment ISO
882 @deftypefun double tanh (double @var{x})
883 @comment math.h
884 @comment ISO
885 @deftypefunx float tanhf (float @var{x})
886 @comment math.h
887 @comment ISO
888 @deftypefunx {long double} tanhl (long double @var{x})
889 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
890 These functions return the hyperbolic tangent of @var{x},
891 defined mathematically as @w{@code{sinh (@var{x}) / cosh (@var{x})}}.
892 They may signal overflow if @var{x} is too large.
893 @end deftypefun
895 @cindex hyperbolic functions
897 There are counterparts for the hyperbolic functions which take
898 complex arguments.
900 @comment complex.h
901 @comment ISO
902 @deftypefun {complex double} csinh (complex double @var{z})
903 @comment complex.h
904 @comment ISO
905 @deftypefunx {complex float} csinhf (complex float @var{z})
906 @comment complex.h
907 @comment ISO
908 @deftypefunx {complex long double} csinhl (complex long double @var{z})
909 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
910 These functions return the complex hyperbolic sine of @var{z}, defined
911 mathematically as @w{@code{(exp (@var{z}) - exp (-@var{z})) / 2}}.
912 @end deftypefun
914 @comment complex.h
915 @comment ISO
916 @deftypefun {complex double} ccosh (complex double @var{z})
917 @comment complex.h
918 @comment ISO
919 @deftypefunx {complex float} ccoshf (complex float @var{z})
920 @comment complex.h
921 @comment ISO
922 @deftypefunx {complex long double} ccoshl (complex long double @var{z})
923 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
924 These functions return the complex hyperbolic cosine of @var{z}, defined
925 mathematically as @w{@code{(exp (@var{z}) + exp (-@var{z})) / 2}}.
926 @end deftypefun
928 @comment complex.h
929 @comment ISO
930 @deftypefun {complex double} ctanh (complex double @var{z})
931 @comment complex.h
932 @comment ISO
933 @deftypefunx {complex float} ctanhf (complex float @var{z})
934 @comment complex.h
935 @comment ISO
936 @deftypefunx {complex long double} ctanhl (complex long double @var{z})
937 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
938 These functions return the complex hyperbolic tangent of @var{z},
939 defined mathematically as @w{@code{csinh (@var{z}) / ccosh (@var{z})}}.
940 @end deftypefun
943 @cindex inverse hyperbolic functions
945 @comment math.h
946 @comment ISO
947 @deftypefun double asinh (double @var{x})
948 @comment math.h
949 @comment ISO
950 @deftypefunx float asinhf (float @var{x})
951 @comment math.h
952 @comment ISO
953 @deftypefunx {long double} asinhl (long double @var{x})
954 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
955 These functions return the inverse hyperbolic sine of @var{x}---the
956 value whose hyperbolic sine is @var{x}.
957 @end deftypefun
959 @comment math.h
960 @comment ISO
961 @deftypefun double acosh (double @var{x})
962 @comment math.h
963 @comment ISO
964 @deftypefunx float acoshf (float @var{x})
965 @comment math.h
966 @comment ISO
967 @deftypefunx {long double} acoshl (long double @var{x})
968 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
969 These functions return the inverse hyperbolic cosine of @var{x}---the
970 value whose hyperbolic cosine is @var{x}.  If @var{x} is less than
971 @code{1}, @code{acosh} signals a domain error.
972 @end deftypefun
974 @comment math.h
975 @comment ISO
976 @deftypefun double atanh (double @var{x})
977 @comment math.h
978 @comment ISO
979 @deftypefunx float atanhf (float @var{x})
980 @comment math.h
981 @comment ISO
982 @deftypefunx {long double} atanhl (long double @var{x})
983 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
984 These functions return the inverse hyperbolic tangent of @var{x}---the
985 value whose hyperbolic tangent is @var{x}.  If the absolute value of
986 @var{x} is greater than @code{1}, @code{atanh} signals a domain error;
987 if it is equal to 1, @code{atanh} returns infinity.
988 @end deftypefun
990 @cindex inverse complex hyperbolic functions
992 @comment complex.h
993 @comment ISO
994 @deftypefun {complex double} casinh (complex double @var{z})
995 @comment complex.h
996 @comment ISO
997 @deftypefunx {complex float} casinhf (complex float @var{z})
998 @comment complex.h
999 @comment ISO
1000 @deftypefunx {complex long double} casinhl (complex long double @var{z})
1001 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1002 These functions return the inverse complex hyperbolic sine of
1003 @var{z}---the value whose complex hyperbolic sine is @var{z}.
1004 @end deftypefun
1006 @comment complex.h
1007 @comment ISO
1008 @deftypefun {complex double} cacosh (complex double @var{z})
1009 @comment complex.h
1010 @comment ISO
1011 @deftypefunx {complex float} cacoshf (complex float @var{z})
1012 @comment complex.h
1013 @comment ISO
1014 @deftypefunx {complex long double} cacoshl (complex long double @var{z})
1015 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1016 These functions return the inverse complex hyperbolic cosine of
1017 @var{z}---the value whose complex hyperbolic cosine is @var{z}.  Unlike
1018 the real-valued functions, there are no restrictions on the value of @var{z}.
1019 @end deftypefun
1021 @comment complex.h
1022 @comment ISO
1023 @deftypefun {complex double} catanh (complex double @var{z})
1024 @comment complex.h
1025 @comment ISO
1026 @deftypefunx {complex float} catanhf (complex float @var{z})
1027 @comment complex.h
1028 @comment ISO
1029 @deftypefunx {complex long double} catanhl (complex long double @var{z})
1030 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1031 These functions return the inverse complex hyperbolic tangent of
1032 @var{z}---the value whose complex hyperbolic tangent is @var{z}.  Unlike
1033 the real-valued functions, there are no restrictions on the value of
1034 @var{z}.
1035 @end deftypefun
1037 @node Special Functions
1038 @section Special Functions
1039 @cindex special functions
1040 @cindex Bessel functions
1041 @cindex gamma function
1043 These are some more exotic mathematical functions which are sometimes
1044 useful.  Currently they only have real-valued versions.
1046 @comment math.h
1047 @comment SVID
1048 @deftypefun double erf (double @var{x})
1049 @comment math.h
1050 @comment SVID
1051 @deftypefunx float erff (float @var{x})
1052 @comment math.h
1053 @comment SVID
1054 @deftypefunx {long double} erfl (long double @var{x})
1055 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1056 @code{erf} returns the error function of @var{x}.  The error
1057 function is defined as
1058 @tex
1059 $$\hbox{erf}(x) = {2\over\sqrt{\pi}}\cdot\int_0^x e^{-t^2} \hbox{d}t$$
1060 @end tex
1061 @ifnottex
1062 @smallexample
1063 erf (x) = 2/sqrt(pi) * integral from 0 to x of exp(-t^2) dt
1064 @end smallexample
1065 @end ifnottex
1066 @end deftypefun
1068 @comment math.h
1069 @comment SVID
1070 @deftypefun double erfc (double @var{x})
1071 @comment math.h
1072 @comment SVID
1073 @deftypefunx float erfcf (float @var{x})
1074 @comment math.h
1075 @comment SVID
1076 @deftypefunx {long double} erfcl (long double @var{x})
1077 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1078 @code{erfc} returns @code{1.0 - erf(@var{x})}, but computed in a
1079 fashion that avoids round-off error when @var{x} is large.
1080 @end deftypefun
1082 @comment math.h
1083 @comment SVID
1084 @deftypefun double lgamma (double @var{x})
1085 @comment math.h
1086 @comment SVID
1087 @deftypefunx float lgammaf (float @var{x})
1088 @comment math.h
1089 @comment SVID
1090 @deftypefunx {long double} lgammal (long double @var{x})
1091 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:signgam}}@asunsafe{}@acsafe{}}
1092 @code{lgamma} returns the natural logarithm of the absolute value of
1093 the gamma function of @var{x}.  The gamma function is defined as
1094 @tex
1095 $$\Gamma(x) = \int_0^\infty t^{x-1} e^{-t} \hbox{d}t$$
1096 @end tex
1097 @ifnottex
1098 @smallexample
1099 gamma (x) = integral from 0 to @infinity{} of t^(x-1) e^-t dt
1100 @end smallexample
1101 @end ifnottex
1103 @vindex signgam
1104 The sign of the gamma function is stored in the global variable
1105 @var{signgam}, which is declared in @file{math.h}.  It is @code{1} if
1106 the intermediate result was positive or zero, or @code{-1} if it was
1107 negative.
1109 To compute the real gamma function you can use the @code{tgamma}
1110 function or you can compute the values as follows:
1111 @smallexample
1112 lgam = lgamma(x);
1113 gam  = signgam*exp(lgam);
1114 @end smallexample
1116 The gamma function has singularities at the non-positive integers.
1117 @code{lgamma} will raise the zero divide exception if evaluated at a
1118 singularity.
1119 @end deftypefun
1121 @comment math.h
1122 @comment XPG
1123 @deftypefun double lgamma_r (double @var{x}, int *@var{signp})
1124 @comment math.h
1125 @comment XPG
1126 @deftypefunx float lgammaf_r (float @var{x}, int *@var{signp})
1127 @comment math.h
1128 @comment XPG
1129 @deftypefunx {long double} lgammal_r (long double @var{x}, int *@var{signp})
1130 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1131 @code{lgamma_r} is just like @code{lgamma}, but it stores the sign of
1132 the intermediate result in the variable pointed to by @var{signp}
1133 instead of in the @var{signgam} global.  This means it is reentrant.
1134 @end deftypefun
1136 @comment math.h
1137 @comment SVID
1138 @deftypefun double gamma (double @var{x})
1139 @comment math.h
1140 @comment SVID
1141 @deftypefunx float gammaf (float @var{x})
1142 @comment math.h
1143 @comment SVID
1144 @deftypefunx {long double} gammal (long double @var{x})
1145 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:signgam}}@asunsafe{}@acsafe{}}
1146 These functions exist for compatibility reasons.  They are equivalent to
1147 @code{lgamma} etc.  It is better to use @code{lgamma} since for one the
1148 name reflects better the actual computation, moreover @code{lgamma} is
1149 standardized in @w{ISO C99} while @code{gamma} is not.
1150 @end deftypefun
1152 @comment math.h
1153 @comment XPG, ISO
1154 @deftypefun double tgamma (double @var{x})
1155 @comment math.h
1156 @comment XPG, ISO
1157 @deftypefunx float tgammaf (float @var{x})
1158 @comment math.h
1159 @comment XPG, ISO
1160 @deftypefunx {long double} tgammal (long double @var{x})
1161 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1162 @code{tgamma} applies the gamma function to @var{x}.  The gamma
1163 function is defined as
1164 @tex
1165 $$\Gamma(x) = \int_0^\infty t^{x-1} e^{-t} \hbox{d}t$$
1166 @end tex
1167 @ifnottex
1168 @smallexample
1169 gamma (x) = integral from 0 to @infinity{} of t^(x-1) e^-t dt
1170 @end smallexample
1171 @end ifnottex
1173 This function was introduced in @w{ISO C99}.
1174 @end deftypefun
1176 @comment math.h
1177 @comment SVID
1178 @deftypefun double j0 (double @var{x})
1179 @comment math.h
1180 @comment SVID
1181 @deftypefunx float j0f (float @var{x})
1182 @comment math.h
1183 @comment SVID
1184 @deftypefunx {long double} j0l (long double @var{x})
1185 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1186 @code{j0} returns the Bessel function of the first kind of order 0 of
1187 @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.
1188 @end deftypefun
1190 @comment math.h
1191 @comment SVID
1192 @deftypefun double j1 (double @var{x})
1193 @comment math.h
1194 @comment SVID
1195 @deftypefunx float j1f (float @var{x})
1196 @comment math.h
1197 @comment SVID
1198 @deftypefunx {long double} j1l (long double @var{x})
1199 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1200 @code{j1} returns the Bessel function of the first kind of order 1 of
1201 @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.
1202 @end deftypefun
1204 @comment math.h
1205 @comment SVID
1206 @deftypefun double jn (int @var{n}, double @var{x})
1207 @comment math.h
1208 @comment SVID
1209 @deftypefunx float jnf (int @var{n}, float @var{x})
1210 @comment math.h
1211 @comment SVID
1212 @deftypefunx {long double} jnl (int @var{n}, long double @var{x})
1213 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1214 @code{jn} returns the Bessel function of the first kind of order
1215 @var{n} of @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.
1216 @end deftypefun
1218 @comment math.h
1219 @comment SVID
1220 @deftypefun double y0 (double @var{x})
1221 @comment math.h
1222 @comment SVID
1223 @deftypefunx float y0f (float @var{x})
1224 @comment math.h
1225 @comment SVID
1226 @deftypefunx {long double} y0l (long double @var{x})
1227 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1228 @code{y0} returns the Bessel function of the second kind of order 0 of
1229 @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.  If @var{x}
1230 is negative, @code{y0} signals a domain error; if it is zero,
1231 @code{y0} signals overflow and returns @math{-@infinity}.
1232 @end deftypefun
1234 @comment math.h
1235 @comment SVID
1236 @deftypefun double y1 (double @var{x})
1237 @comment math.h
1238 @comment SVID
1239 @deftypefunx float y1f (float @var{x})
1240 @comment math.h
1241 @comment SVID
1242 @deftypefunx {long double} y1l (long double @var{x})
1243 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1244 @code{y1} returns the Bessel function of the second kind of order 1 of
1245 @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.  If @var{x}
1246 is negative, @code{y1} signals a domain error; if it is zero,
1247 @code{y1} signals overflow and returns @math{-@infinity}.
1248 @end deftypefun
1250 @comment math.h
1251 @comment SVID
1252 @deftypefun double yn (int @var{n}, double @var{x})
1253 @comment math.h
1254 @comment SVID
1255 @deftypefunx float ynf (int @var{n}, float @var{x})
1256 @comment math.h
1257 @comment SVID
1258 @deftypefunx {long double} ynl (int @var{n}, long double @var{x})
1259 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1260 @code{yn} returns the Bessel function of the second kind of order @var{n} of
1261 @var{x}.  It may signal underflow if @var{x} is too large.  If @var{x}
1262 is negative, @code{yn} signals a domain error; if it is zero,
1263 @code{yn} signals overflow and returns @math{-@infinity}.
1264 @end deftypefun
1266 @node Errors in Math Functions
1267 @section Known Maximum Errors in Math Functions
1268 @cindex math errors
1269 @cindex ulps
1271 This section lists the known errors of the functions in the math
1272 library.  Errors are measured in ``units of the last place''.  This is a
1273 measure for the relative error.  For a number @math{z} with the
1274 representation @math{d.d@dots{}d@mul{}2^e} (we assume IEEE
1275 floating-point numbers with base 2) the ULP is represented by
1277 @tex
1278 $${|d.d\dots d - (z/2^e)|}\over {2^{p-1}}$$
1279 @end tex
1280 @ifnottex
1281 @smallexample
1282 |d.d...d - (z / 2^e)| / 2^(p - 1)
1283 @end smallexample
1284 @end ifnottex
1286 @noindent
1287 where @math{p} is the number of bits in the mantissa of the
1288 floating-point number representation.  Ideally the error for all
1289 functions is always less than 0.5ulps in round-to-nearest mode.  Using
1290 rounding bits this is also
1291 possible and normally implemented for the basic operations.  Except
1292 for certain functions such as @code{sqrt}, @code{fma} and @code{rint}
1293 whose results are fully specified by reference to corresponding IEEE
1294 754 floating-point operations, and conversions between strings and
1295 floating point, @theglibc{} does not aim for correctly rounded results
1296 for functions in the math library, and does not aim for correctness in
1297 whether ``inexact'' exceptions are raised.  Instead, the goals for
1298 accuracy of functions without fully specified results are as follows;
1299 some functions have bugs meaning they do not meet these goals in all
1300 cases.  In future, @theglibc{} may provide some other correctly
1301 rounding functions under the names such as @code{crsin} proposed for
1302 an extension to ISO C.
1304 @itemize @bullet
1306 @item
1307 Each function with a floating-point result behaves as if it computes
1308 an infinite-precision result that is within a few ulp (in both real
1309 and complex parts, for functions with complex results) of the
1310 mathematically correct value of the function (interpreted together
1311 with ISO C or POSIX semantics for the function in question) at the
1312 exact value passed as the input.  Exceptions are raised appropriately
1313 for this value and in accordance with IEEE 754 / ISO C / POSIX
1314 semantics, and it is then rounded according to the current rounding
1315 direction to the result that is returned to the user.  @code{errno}
1316 may also be set (@pxref{Math Error Reporting}).  (The ``inexact''
1317 exception may be raised, or not raised, even if this is inconsistent
1318 with the infinite-precision value.)
1320 @item
1321 For the IBM @code{long double} format, as used on PowerPC GNU/Linux,
1322 the accuracy goal is weaker for input values not exactly representable
1323 in 106 bits of precision; it is as if the input value is some value
1324 within 0.5ulp of the value actually passed, where ``ulp'' is
1325 interpreted in terms of a fixed-precision 106-bit mantissa, but not
1326 necessarily the exact value actually passed with discontiguous
1327 mantissa bits.
1329 @item
1330 Functions behave as if the infinite-precision result computed is zero,
1331 infinity or NaN if and only if that is the mathematically correct
1332 infinite-precision result.  They behave as if the infinite-precision
1333 result computed always has the same sign as the mathematically correct
1334 result.
1336 @item
1337 If the mathematical result is more than a few ulp above the overflow
1338 threshold for the current rounding direction, the value returned is
1339 the appropriate overflow value for the current rounding direction,
1340 with the overflow exception raised.
1342 @item
1343 If the mathematical result has magnitude well below half the least
1344 subnormal magnitude, the returned value is either zero or the least
1345 subnormal (in each case, with the correct sign), according to the
1346 current rounding direction and with the underflow exception raised.
1348 @item
1349 Where the mathematical result underflows (before rounding) and is not
1350 exactly representable as a floating-point value, the function does not
1351 behave as if the computed infinite-precision result is an exact value
1352 in the subnormal range.  This means that the underflow exception is
1353 raised other than possibly for cases where the mathematical result is
1354 very close to the underflow threshold and the function behaves as if
1355 it computes an infinite-precision result that does not underflow.  (So
1356 there may be spurious underflow exceptions in cases where the
1357 underflowing result is exact, but not missing underflow exceptions in
1358 cases where it is inexact.)
1360 @item
1361 @Theglibc{} does not aim for functions to satisfy other properties of
1362 the underlying mathematical function, such as monotonicity, where not
1363 implied by the above goals.
1365 @item
1366 All the above applies to both real and complex parts, for complex
1367 functions.
1369 @end itemize
1371 Therefore many of the functions in the math library have errors.  The
1372 table lists the maximum error for each function which is exposed by one
1373 of the existing tests in the test suite.  The table tries to cover as much
1374 as possible and list the actual maximum error (or at least a ballpark
1375 figure) but this is often not achieved due to the large search space.
1377 The table lists the ULP values for different architectures.  Different
1378 architectures have different results since their hardware support for
1379 floating-point operations varies and also the existing hardware support
1380 is different.
1382 @page
1383 @c This multitable does not fit on a single page
1384 @include libm-err.texi
1386 @node Pseudo-Random Numbers
1387 @section Pseudo-Random Numbers
1388 @cindex random numbers
1389 @cindex pseudo-random numbers
1390 @cindex seed (for random numbers)
1392 This section describes the GNU facilities for generating a series of
1393 pseudo-random numbers.  The numbers generated are not truly random;
1394 typically, they form a sequence that repeats periodically, with a period
1395 so large that you can ignore it for ordinary purposes.  The random
1396 number generator works by remembering a @dfn{seed} value which it uses
1397 to compute the next random number and also to compute a new seed.
1399 Although the generated numbers look unpredictable within one run of a
1400 program, the sequence of numbers is @emph{exactly the same} from one run
1401 to the next.  This is because the initial seed is always the same.  This
1402 is convenient when you are debugging a program, but it is unhelpful if
1403 you want the program to behave unpredictably.  If you want a different
1404 pseudo-random series each time your program runs, you must specify a
1405 different seed each time.  For ordinary purposes, basing the seed on the
1406 current time works well.
1408 You can obtain repeatable sequences of numbers on a particular machine type
1409 by specifying the same initial seed value for the random number
1410 generator.  There is no standard meaning for a particular seed value;
1411 the same seed, used in different C libraries or on different CPU types,
1412 will give you different random numbers.
1414 @Theglibc{} supports the standard @w{ISO C} random number functions
1415 plus two other sets derived from BSD and SVID.  The BSD and @w{ISO C}
1416 functions provide identical, somewhat limited functionality.  If only a
1417 small number of random bits are required, we recommend you use the
1418 @w{ISO C} interface, @code{rand} and @code{srand}.  The SVID functions
1419 provide a more flexible interface, which allows better random number
1420 generator algorithms, provides more random bits (up to 48) per call, and
1421 can provide random floating-point numbers.  These functions are required
1422 by the XPG standard and therefore will be present in all modern Unix
1423 systems.
1425 @menu
1426 * ISO Random::                  @code{rand} and friends.
1427 * BSD Random::                  @code{random} and friends.
1428 * SVID Random::                 @code{drand48} and friends.
1429 @end menu
1431 @node ISO Random
1432 @subsection ISO C Random Number Functions
1434 This section describes the random number functions that are part of
1435 the @w{ISO C} standard.
1437 To use these facilities, you should include the header file
1438 @file{stdlib.h} in your program.
1439 @pindex stdlib.h
1441 @comment stdlib.h
1442 @comment ISO
1443 @deftypevr Macro int RAND_MAX
1444 The value of this macro is an integer constant representing the largest
1445 value the @code{rand} function can return.  In @theglibc{}, it is
1446 @code{2147483647}, which is the largest signed integer representable in
1447 32 bits.  In other libraries, it may be as low as @code{32767}.
1448 @end deftypevr
1450 @comment stdlib.h
1451 @comment ISO
1452 @deftypefun int rand (void)
1453 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1454 @c Just calls random.
1455 The @code{rand} function returns the next pseudo-random number in the
1456 series.  The value ranges from @code{0} to @code{RAND_MAX}.
1457 @end deftypefun
1459 @comment stdlib.h
1460 @comment ISO
1461 @deftypefun void srand (unsigned int @var{seed})
1462 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1463 @c Alias to srandom.
1464 This function establishes @var{seed} as the seed for a new series of
1465 pseudo-random numbers.  If you call @code{rand} before a seed has been
1466 established with @code{srand}, it uses the value @code{1} as a default
1467 seed.
1469 To produce a different pseudo-random series each time your program is
1470 run, do @code{srand (time (0))}.
1471 @end deftypefun
1473 POSIX.1 extended the C standard functions to support reproducible random
1474 numbers in multi-threaded programs.  However, the extension is badly
1475 designed and unsuitable for serious work.
1477 @comment stdlib.h
1478 @comment POSIX.1
1479 @deftypefun int rand_r (unsigned int *@var{seed})
1480 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@assafe{}@acsafe{}}
1481 This function returns a random number in the range 0 to @code{RAND_MAX}
1482 just as @code{rand} does.  However, all its state is stored in the
1483 @var{seed} argument.  This means the RNG's state can only have as many
1484 bits as the type @code{unsigned int} has.  This is far too few to
1485 provide a good RNG.
1487 If your program requires a reentrant RNG, we recommend you use the
1488 reentrant GNU extensions to the SVID random number generator.  The
1489 POSIX.1 interface should only be used when the GNU extensions are not
1490 available.
1491 @end deftypefun
1494 @node BSD Random
1495 @subsection BSD Random Number Functions
1497 This section describes a set of random number generation functions that
1498 are derived from BSD.  There is no advantage to using these functions
1499 with @theglibc{}; we support them for BSD compatibility only.
1501 The prototypes for these functions are in @file{stdlib.h}.
1502 @pindex stdlib.h
1504 @comment stdlib.h
1505 @comment BSD
1506 @deftypefun {long int} random (void)
1507 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1508 @c Takes a lock and calls random_r with an automatic variable and the
1509 @c global state, while holding a lock.
1510 This function returns the next pseudo-random number in the sequence.
1511 The value returned ranges from @code{0} to @code{2147483647}.
1513 @strong{NB:} Temporarily this function was defined to return a
1514 @code{int32_t} value to indicate that the return value always contains
1515 32 bits even if @code{long int} is wider.  The standard demands it
1516 differently.  Users must always be aware of the 32-bit limitation,
1517 though.
1518 @end deftypefun
1520 @comment stdlib.h
1521 @comment BSD
1522 @deftypefun void srandom (unsigned int @var{seed})
1523 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1524 @c Takes a lock and calls srandom_r with an automatic variable and a
1525 @c static buffer.  There's no MT-safety issue because the static buffer
1526 @c is internally protected by a lock, although other threads may modify
1527 @c the set state before it is used.
1528 The @code{srandom} function sets the state of the random number
1529 generator based on the integer @var{seed}.  If you supply a @var{seed} value
1530 of @code{1}, this will cause @code{random} to reproduce the default set
1531 of random numbers.
1533 To produce a different set of pseudo-random numbers each time your
1534 program runs, do @code{srandom (time (0))}.
1535 @end deftypefun
1537 @comment stdlib.h
1538 @comment BSD
1539 @deftypefun {char *} initstate (unsigned int @var{seed}, char *@var{state}, size_t @var{size})
1540 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1541 The @code{initstate} function is used to initialize the random number
1542 generator state.  The argument @var{state} is an array of @var{size}
1543 bytes, used to hold the state information.  It is initialized based on
1544 @var{seed}.  The size must be between 8 and 256 bytes, and should be a
1545 power of two.  The bigger the @var{state} array, the better.
1547 The return value is the previous value of the state information array.
1548 You can use this value later as an argument to @code{setstate} to
1549 restore that state.
1550 @end deftypefun
1552 @comment stdlib.h
1553 @comment BSD
1554 @deftypefun {char *} setstate (char *@var{state})
1555 @safety{@prelim{}@mtsafe{}@asunsafe{@asulock{}}@acunsafe{@aculock{}}}
1556 The @code{setstate} function restores the random number state
1557 information @var{state}.  The argument must have been the result of
1558 a previous call to @var{initstate} or @var{setstate}.
1560 The return value is the previous value of the state information array.
1561 You can use this value later as an argument to @code{setstate} to
1562 restore that state.
1564 If the function fails the return value is @code{NULL}.
1565 @end deftypefun
1567 The four functions described so far in this section all work on a state
1568 which is shared by all threads.  The state is not directly accessible to
1569 the user and can only be modified by these functions.  This makes it
1570 hard to deal with situations where each thread should have its own
1571 pseudo-random number generator.
1573 @Theglibc{} contains four additional functions which contain the
1574 state as an explicit parameter and therefore make it possible to handle
1575 thread-local PRNGs.  Beside this there is no difference.  In fact, the
1576 four functions already discussed are implemented internally using the
1577 following interfaces.
1579 The @file{stdlib.h} header contains a definition of the following type:
1581 @comment stdlib.h
1582 @comment GNU
1583 @deftp {Data Type} {struct random_data}
1585 Objects of type @code{struct random_data} contain the information
1586 necessary to represent the state of the PRNG.  Although a complete
1587 definition of the type is present the type should be treated as opaque.
1588 @end deftp
1590 The functions modifying the state follow exactly the already described
1591 functions.
1593 @comment stdlib.h
1594 @comment GNU
1595 @deftypefun int random_r (struct random_data *restrict @var{buf}, int32_t *restrict @var{result})
1596 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buf}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1597 The @code{random_r} function behaves exactly like the @code{random}
1598 function except that it uses and modifies the state in the object
1599 pointed to by the first parameter instead of the global state.
1600 @end deftypefun
1602 @comment stdlib.h
1603 @comment GNU
1604 @deftypefun int srandom_r (unsigned int @var{seed}, struct random_data *@var{buf})
1605 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buf}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1606 The @code{srandom_r} function behaves exactly like the @code{srandom}
1607 function except that it uses and modifies the state in the object
1608 pointed to by the second parameter instead of the global state.
1609 @end deftypefun
1611 @comment stdlib.h
1612 @comment GNU
1613 @deftypefun int initstate_r (unsigned int @var{seed}, char *restrict @var{statebuf}, size_t @var{statelen}, struct random_data *restrict @var{buf})
1614 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buf}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1615 The @code{initstate_r} function behaves exactly like the @code{initstate}
1616 function except that it uses and modifies the state in the object
1617 pointed to by the fourth parameter instead of the global state.
1618 @end deftypefun
1620 @comment stdlib.h
1621 @comment GNU
1622 @deftypefun int setstate_r (char *restrict @var{statebuf}, struct random_data *restrict @var{buf})
1623 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buf}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1624 The @code{setstate_r} function behaves exactly like the @code{setstate}
1625 function except that it uses and modifies the state in the object
1626 pointed to by the first parameter instead of the global state.
1627 @end deftypefun
1629 @node SVID Random
1630 @subsection SVID Random Number Function
1632 The C library on SVID systems contains yet another kind of random number
1633 generator functions.  They use a state of 48 bits of data.  The user can
1634 choose among a collection of functions which return the random bits
1635 in different forms.
1637 Generally there are two kinds of function.  The first uses a state of
1638 the random number generator which is shared among several functions and
1639 by all threads of the process.  The second requires the user to handle
1640 the state.
1642 All functions have in common that they use the same congruential
1643 formula with the same constants.  The formula is
1645 @smallexample
1646 Y = (a * X + c) mod m
1647 @end smallexample
1649 @noindent
1650 where @var{X} is the state of the generator at the beginning and
1651 @var{Y} the state at the end.  @code{a} and @code{c} are constants
1652 determining the way the generator works.  By default they are
1654 @smallexample
1655 a = 0x5DEECE66D = 25214903917
1656 c = 0xb = 11
1657 @end smallexample
1659 @noindent
1660 but they can also be changed by the user.  @code{m} is of course 2^48
1661 since the state consists of a 48-bit array.
1663 The prototypes for these functions are in @file{stdlib.h}.
1664 @pindex stdlib.h
1667 @comment stdlib.h
1668 @comment SVID
1669 @deftypefun double drand48 (void)
1670 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1671 @c Uses of the static state buffer are not guarded by a lock (thus
1672 @c @mtasurace:drand48), so they may be found or left at a
1673 @c partially-updated state in case of calls from within signal handlers
1674 @c or cancellation.  None of this will break safety rules or invoke
1675 @c undefined behavior, but it may affect randomness.
1676 This function returns a @code{double} value in the range of @code{0.0}
1677 to @code{1.0} (exclusive).  The random bits are determined by the global
1678 state of the random number generator in the C library.
1680 Since the @code{double} type according to @w{IEEE 754} has a 52-bit
1681 mantissa this means 4 bits are not initialized by the random number
1682 generator.  These are (of course) chosen to be the least significant
1683 bits and they are initialized to @code{0}.
1684 @end deftypefun
1686 @comment stdlib.h
1687 @comment SVID
1688 @deftypefun double erand48 (unsigned short int @var{xsubi}[3])
1689 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1690 @c The static buffer is just initialized with default parameters, which
1691 @c are later read to advance the state held in xsubi.
1692 This function returns a @code{double} value in the range of @code{0.0}
1693 to @code{1.0} (exclusive), similarly to @code{drand48}.  The argument is
1694 an array describing the state of the random number generator.
1696 This function can be called subsequently since it updates the array to
1697 guarantee random numbers.  The array should have been initialized before
1698 initial use to obtain reproducible results.
1699 @end deftypefun
1701 @comment stdlib.h
1702 @comment SVID
1703 @deftypefun {long int} lrand48 (void)
1704 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1705 The @code{lrand48} function returns an integer value in the range of
1706 @code{0} to @code{2^31} (exclusive).  Even if the size of the @code{long
1707 int} type can take more than 32 bits, no higher numbers are returned.
1708 The random bits are determined by the global state of the random number
1709 generator in the C library.
1710 @end deftypefun
1712 @comment stdlib.h
1713 @comment SVID
1714 @deftypefun {long int} nrand48 (unsigned short int @var{xsubi}[3])
1715 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1716 This function is similar to the @code{lrand48} function in that it
1717 returns a number in the range of @code{0} to @code{2^31} (exclusive) but
1718 the state of the random number generator used to produce the random bits
1719 is determined by the array provided as the parameter to the function.
1721 The numbers in the array are updated afterwards so that subsequent calls
1722 to this function yield different results (as is expected of a random
1723 number generator).  The array should have been initialized before the
1724 first call to obtain reproducible results.
1725 @end deftypefun
1727 @comment stdlib.h
1728 @comment SVID
1729 @deftypefun {long int} mrand48 (void)
1730 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1731 The @code{mrand48} function is similar to @code{lrand48}.  The only
1732 difference is that the numbers returned are in the range @code{-2^31} to
1733 @code{2^31} (exclusive).
1734 @end deftypefun
1736 @comment stdlib.h
1737 @comment SVID
1738 @deftypefun {long int} jrand48 (unsigned short int @var{xsubi}[3])
1739 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1740 The @code{jrand48} function is similar to @code{nrand48}.  The only
1741 difference is that the numbers returned are in the range @code{-2^31} to
1742 @code{2^31} (exclusive).  For the @code{xsubi} parameter the same
1743 requirements are necessary.
1744 @end deftypefun
1746 The internal state of the random number generator can be initialized in
1747 several ways.  The methods differ in the completeness of the
1748 information provided.
1750 @comment stdlib.h
1751 @comment SVID
1752 @deftypefun void srand48 (long int @var{seedval})
1753 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1754 The @code{srand48} function sets the most significant 32 bits of the
1755 internal state of the random number generator to the least
1756 significant 32 bits of the @var{seedval} parameter.  The lower 16 bits
1757 are initialized to the value @code{0x330E}.  Even if the @code{long
1758 int} type contains more than 32 bits only the lower 32 bits are used.
1760 Owing to this limitation, initialization of the state of this
1761 function is not very useful.  But it makes it easy to use a construct
1762 like @code{srand48 (time (0))}.
1764 A side-effect of this function is that the values @code{a} and @code{c}
1765 from the internal state, which are used in the congruential formula,
1766 are reset to the default values given above.  This is of importance once
1767 the user has called the @code{lcong48} function (see below).
1768 @end deftypefun
1770 @comment stdlib.h
1771 @comment SVID
1772 @deftypefun {unsigned short int *} seed48 (unsigned short int @var{seed16v}[3])
1773 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1774 The @code{seed48} function initializes all 48 bits of the state of the
1775 internal random number generator from the contents of the parameter
1776 @var{seed16v}.  Here the lower 16 bits of the first element of
1777 @var{see16v} initialize the least significant 16 bits of the internal
1778 state, the lower 16 bits of @code{@var{seed16v}[1]} initialize the mid-order
1779 16 bits of the state and the 16 lower bits of @code{@var{seed16v}[2]}
1780 initialize the most significant 16 bits of the state.
1782 Unlike @code{srand48} this function lets the user initialize all 48 bits
1783 of the state.
1785 The value returned by @code{seed48} is a pointer to an array containing
1786 the values of the internal state before the change.  This might be
1787 useful to restart the random number generator at a certain state.
1788 Otherwise the value can simply be ignored.
1790 As for @code{srand48}, the values @code{a} and @code{c} from the
1791 congruential formula are reset to the default values.
1792 @end deftypefun
1794 There is one more function to initialize the random number generator
1795 which enables you to specify even more information by allowing you to
1796 change the parameters in the congruential formula.
1798 @comment stdlib.h
1799 @comment SVID
1800 @deftypefun void lcong48 (unsigned short int @var{param}[7])
1801 @safety{@prelim{}@mtunsafe{@mtasurace{:drand48}}@asunsafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1802 The @code{lcong48} function allows the user to change the complete state
1803 of the random number generator.  Unlike @code{srand48} and
1804 @code{seed48}, this function also changes the constants in the
1805 congruential formula.
1807 From the seven elements in the array @var{param} the least significant
1808 16 bits of the entries @code{@var{param}[0]} to @code{@var{param}[2]}
1809 determine the initial state, the least significant 16 bits of
1810 @code{@var{param}[3]} to @code{@var{param}[5]} determine the 48 bit
1811 constant @code{a} and @code{@var{param}[6]} determines the 16-bit value
1812 @code{c}.
1813 @end deftypefun
1815 All the above functions have in common that they use the global
1816 parameters for the congruential formula.  In multi-threaded programs it
1817 might sometimes be useful to have different parameters in different
1818 threads.  For this reason all the above functions have a counterpart
1819 which works on a description of the random number generator in the
1820 user-supplied buffer instead of the global state.
1822 Please note that it is no problem if several threads use the global
1823 state if all threads use the functions which take a pointer to an array
1824 containing the state.  The random numbers are computed following the
1825 same loop but if the state in the array is different all threads will
1826 obtain an individual random number generator.
1828 The user-supplied buffer must be of type @code{struct drand48_data}.
1829 This type should be regarded as opaque and not manipulated directly.
1831 @comment stdlib.h
1832 @comment GNU
1833 @deftypefun int drand48_r (struct drand48_data *@var{buffer}, double *@var{result})
1834 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1835 This function is equivalent to the @code{drand48} function with the
1836 difference that it does not modify the global random number generator
1837 parameters but instead the parameters in the buffer supplied through the
1838 pointer @var{buffer}.  The random number is returned in the variable
1839 pointed to by @var{result}.
1841 The return value of the function indicates whether the call succeeded.
1842 If the value is less than @code{0} an error occurred and @var{errno} is
1843 set to indicate the problem.
1845 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1846 programs.
1847 @end deftypefun
1849 @comment stdlib.h
1850 @comment GNU
1851 @deftypefun int erand48_r (unsigned short int @var{xsubi}[3], struct drand48_data *@var{buffer}, double *@var{result})
1852 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1853 The @code{erand48_r} function works like @code{erand48}, but in addition
1854 it takes an argument @var{buffer} which describes the random number
1855 generator.  The state of the random number generator is taken from the
1856 @code{xsubi} array, the parameters for the congruential formula from the
1857 global random number generator data.  The random number is returned in
1858 the variable pointed to by @var{result}.
1860 The return value is non-negative if the call succeeded.
1862 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1863 programs.
1864 @end deftypefun
1866 @comment stdlib.h
1867 @comment GNU
1868 @deftypefun int lrand48_r (struct drand48_data *@var{buffer}, long int *@var{result})
1869 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1870 This function is similar to @code{lrand48}, but in addition it takes a
1871 pointer to a buffer describing the state of the random number generator
1872 just like @code{drand48}.
1874 If the return value of the function is non-negative the variable pointed
1875 to by @var{result} contains the result.  Otherwise an error occurred.
1877 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1878 programs.
1879 @end deftypefun
1881 @comment stdlib.h
1882 @comment GNU
1883 @deftypefun int nrand48_r (unsigned short int @var{xsubi}[3], struct drand48_data *@var{buffer}, long int *@var{result})
1884 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1885 The @code{nrand48_r} function works like @code{nrand48} in that it
1886 produces a random number in the range @code{0} to @code{2^31}.  But instead
1887 of using the global parameters for the congruential formula it uses the
1888 information from the buffer pointed to by @var{buffer}.  The state is
1889 described by the values in @var{xsubi}.
1891 If the return value is non-negative the variable pointed to by
1892 @var{result} contains the result.
1894 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1895 programs.
1896 @end deftypefun
1898 @comment stdlib.h
1899 @comment GNU
1900 @deftypefun int mrand48_r (struct drand48_data *@var{buffer}, long int *@var{result})
1901 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1902 This function is similar to @code{mrand48} but like the other reentrant
1903 functions it uses the random number generator described by the value in
1904 the buffer pointed to by @var{buffer}.
1906 If the return value is non-negative the variable pointed to by
1907 @var{result} contains the result.
1909 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1910 programs.
1911 @end deftypefun
1913 @comment stdlib.h
1914 @comment GNU
1915 @deftypefun int jrand48_r (unsigned short int @var{xsubi}[3], struct drand48_data *@var{buffer}, long int *@var{result})
1916 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1917 The @code{jrand48_r} function is similar to @code{jrand48}.  Like the
1918 other reentrant functions of this function family it uses the
1919 congruential formula parameters from the buffer pointed to by
1920 @var{buffer}.
1922 If the return value is non-negative the variable pointed to by
1923 @var{result} contains the result.
1925 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1926 programs.
1927 @end deftypefun
1929 Before any of the above functions are used the buffer of type
1930 @code{struct drand48_data} should be initialized.  The easiest way to do
1931 this is to fill the whole buffer with null bytes, e.g. by
1933 @smallexample
1934 memset (buffer, '\0', sizeof (struct drand48_data));
1935 @end smallexample
1937 @noindent
1938 Using any of the reentrant functions of this family now will
1939 automatically initialize the random number generator to the default
1940 values for the state and the parameters of the congruential formula.
1942 The other possibility is to use any of the functions which explicitly
1943 initialize the buffer.  Though it might be obvious how to initialize the
1944 buffer from looking at the parameter to the function, it is highly
1945 recommended to use these functions since the result might not always be
1946 what you expect.
1948 @comment stdlib.h
1949 @comment GNU
1950 @deftypefun int srand48_r (long int @var{seedval}, struct drand48_data *@var{buffer})
1951 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1952 The description of the random number generator represented by the
1953 information in @var{buffer} is initialized similarly to what the function
1954 @code{srand48} does.  The state is initialized from the parameter
1955 @var{seedval} and the parameters for the congruential formula are
1956 initialized to their default values.
1958 If the return value is non-negative the function call succeeded.
1960 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1961 programs.
1962 @end deftypefun
1964 @comment stdlib.h
1965 @comment GNU
1966 @deftypefun int seed48_r (unsigned short int @var{seed16v}[3], struct drand48_data *@var{buffer})
1967 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1968 This function is similar to @code{srand48_r} but like @code{seed48} it
1969 initializes all 48 bits of the state from the parameter @var{seed16v}.
1971 If the return value is non-negative the function call succeeded.  It
1972 does not return a pointer to the previous state of the random number
1973 generator like the @code{seed48} function does.  If the user wants to
1974 preserve the state for a later re-run s/he can copy the whole buffer
1975 pointed to by @var{buffer}.
1977 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1978 programs.
1979 @end deftypefun
1981 @comment stdlib.h
1982 @comment GNU
1983 @deftypefun int lcong48_r (unsigned short int @var{param}[7], struct drand48_data *@var{buffer})
1984 @safety{@prelim{}@mtsafe{@mtsrace{:buffer}}@assafe{}@acunsafe{@acucorrupt{}}}
1985 This function initializes all aspects of the random number generator
1986 described in @var{buffer} with the data in @var{param}.  Here it is
1987 especially true that the function does more than just copying the
1988 contents of @var{param} and @var{buffer}.  More work is required and
1989 therefore it is important to use this function rather than initializing
1990 the random number generator directly.
1992 If the return value is non-negative the function call succeeded.
1994 This function is a GNU extension and should not be used in portable
1995 programs.
1996 @end deftypefun
1998 @node FP Function Optimizations
1999 @section Is Fast Code or Small Code preferred?
2000 @cindex Optimization
2002 If an application uses many floating point functions it is often the case
2003 that the cost of the function calls themselves is not negligible.
2004 Modern processors can often execute the operations themselves
2005 very fast, but the function call disrupts the instruction pipeline.
2007 For this reason @theglibc{} provides optimizations for many of the
2008 frequently-used math functions.  When GNU CC is used and the user
2009 activates the optimizer, several new inline functions and macros are
2010 defined.  These new functions and macros have the same names as the
2011 library functions and so are used instead of the latter.  In the case of
2012 inline functions the compiler will decide whether it is reasonable to
2013 use them, and this decision is usually correct.
2015 This means that no calls to the library functions may be necessary, and
2016 can increase the speed of generated code significantly.  The drawback is
2017 that code size will increase, and the increase is not always negligible.
2019 There are two kind of inline functions: Those that give the same result
2020 as the library functions and others that might not set @code{errno} and
2021 might have a reduced precision and/or argument range in comparison with
2022 the library functions.  The latter inline functions are only available
2023 if the flag @code{-ffast-math} is given to GNU CC.
2025 In cases where the inline functions and macros are not wanted the symbol
2026 @code{__NO_MATH_INLINES} should be defined before any system header is
2027 included.  This will ensure that only library functions are used.  Of
2028 course, it can be determined for each file in the project whether
2029 giving this option is preferable or not.
2031 Not all hardware implements the entire @w{IEEE 754} standard, and even
2032 if it does there may be a substantial performance penalty for using some
2033 of its features.  For example, enabling traps on some processors forces
2034 the FPU to run un-pipelined, which can more than double calculation time.
2035 @c ***Add explanation of -lieee, -mieee.