xref: /llvm-project/libc/src/math/generic/sinpif.cpp (revision 5ff3ff33ff930e4ec49da7910612d8a41eb068cb)
1ea93c538SHendrik Hübner //===-- Single-precision sinpif function ----------------------------------===//
2ea93c538SHendrik Hübner //
3ea93c538SHendrik Hübner // Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4ea93c538SHendrik Hübner // See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5ea93c538SHendrik Hübner // SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6ea93c538SHendrik Hübner //
7ea93c538SHendrik Hübner //===----------------------------------------------------------------------===//
8ea93c538SHendrik Hübner 
9ea93c538SHendrik Hübner #include "src/math/sinpif.h"
10ea93c538SHendrik Hübner #include "sincosf_utils.h"
11ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/FPUtil/FEnvImpl.h"
12ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/FPUtil/FPBits.h"
13ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/FPUtil/PolyEval.h"
14ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/FPUtil/multiply_add.h"
15ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/common.h"
16*5ff3ff33SPetr Hosek #include "src/__support/macros/config.h"
17ea93c538SHendrik Hübner #include "src/__support/macros/optimization.h" // LIBC_UNLIKELY
18ea93c538SHendrik Hübner 
19*5ff3ff33SPetr Hosek namespace LIBC_NAMESPACE_DECL {
20ea93c538SHendrik Hübner 
21ea93c538SHendrik Hübner LLVM_LIBC_FUNCTION(float, sinpif, (float x)) {
22ea93c538SHendrik Hübner   using FPBits = typename fputil::FPBits<float>;
23ea93c538SHendrik Hübner   FPBits xbits(x);
24ea93c538SHendrik Hübner 
25ea93c538SHendrik Hübner   uint32_t x_u = xbits.uintval();
26ea93c538SHendrik Hübner   uint32_t x_abs = x_u & 0x7fff'ffffU;
27ea93c538SHendrik Hübner   double xd = static_cast<double>(x);
28ea93c538SHendrik Hübner 
29ea93c538SHendrik Hübner   // Range reduction:
30f8834ed2SHendrik Hübner   // For |x| > 1/32, we perform range reduction as follows:
31ea93c538SHendrik Hübner   // Find k and y such that:
32ea93c538SHendrik Hübner   //   x = (k + y) * 1/32
33ea93c538SHendrik Hübner   //   k is an integer
34ea93c538SHendrik Hübner   //   |y| < 0.5
35f8834ed2SHendrik Hübner   //
36f8834ed2SHendrik Hübner   // This is done by performing:
37ea93c538SHendrik Hübner   //   k = round(x * 32)
38ea93c538SHendrik Hübner   //   y = x * 32 - k
39ea93c538SHendrik Hübner   //
40ea93c538SHendrik Hübner   // Once k and y are computed, we then deduce the answer by the sine of sum
41ea93c538SHendrik Hübner   // formula:
42ea93c538SHendrik Hübner   //   sin(x * pi) = sin((k + y)*pi/32)
43ea93c538SHendrik Hübner   //          = sin(y*pi/32) * cos(k*pi/32) + cos(y*pi/32) * sin(k*pi/32)
44ea93c538SHendrik Hübner   // The values of sin(k*pi/32) and cos(k*pi/32) for k = 0..31 are precomputed
45ea93c538SHendrik Hübner   // and stored using a vector of 32 doubles. Sin(y*pi/32) and cos(y*pi/32) are
46ea93c538SHendrik Hübner   // computed using degree-7 and degree-6 minimax polynomials generated by
47ea93c538SHendrik Hübner   // Sollya respectively.
48ea93c538SHendrik Hübner 
49ea93c538SHendrik Hübner   // |x| <= 1/16
50ea93c538SHendrik Hübner   if (LIBC_UNLIKELY(x_abs <= 0x3d80'0000U)) {
51ea93c538SHendrik Hübner 
52ea93c538SHendrik Hübner     if (LIBC_UNLIKELY(x_abs < 0x33CD'01D7U)) {
53ea93c538SHendrik Hübner       if (LIBC_UNLIKELY(x_abs == 0U)) {
54ea93c538SHendrik Hübner         // For signed zeros.
55ea93c538SHendrik Hübner         return x;
56ea93c538SHendrik Hübner       }
57ea93c538SHendrik Hübner 
58ea93c538SHendrik Hübner       // For very small values we can approximate sinpi(x) with x * pi
59ea93c538SHendrik Hübner       // An exhaustive test shows that this is accurate for |x| < 9.546391 ×
60ea93c538SHendrik Hübner       // 10-8
61ea93c538SHendrik Hübner       double xdpi = xd * 0x1.921fb54442d18p1;
62ea93c538SHendrik Hübner       return static_cast<float>(xdpi);
63ea93c538SHendrik Hübner     }
64ea93c538SHendrik Hübner 
65ea93c538SHendrik Hübner     // |x| < 1/16.
66ea93c538SHendrik Hübner     double xsq = xd * xd;
67ea93c538SHendrik Hübner 
68ea93c538SHendrik Hübner     // Degree-9 polynomial approximation:
69ea93c538SHendrik Hübner     //   sinpi(x) ~ x + a_3 x^3 + a_5 x^5 + a_7 x^7 + a_9 x^9
70ea93c538SHendrik Hübner     //          = x (1 + a_3 x^2 + ... + a_9 x^8)
71ea93c538SHendrik Hübner     //          = x * P(x^2)
72ea93c538SHendrik Hübner     // generated by Sollya with the following commands:
73ea93c538SHendrik Hübner     // > display = hexadecimal;
74ea93c538SHendrik Hübner     // > Q = fpminimax(sin(pi * x)/x, [|0, 2, 4, 6, 8|], [|D...|], [0, 1/16]);
75ea93c538SHendrik Hübner     double result = fputil::polyeval(
76ea93c538SHendrik Hübner         xsq, 0x1.921fb54442d18p1, -0x1.4abbce625bbf2p2, 0x1.466bc675e116ap1,
77ea93c538SHendrik Hübner         -0x1.32d2c0b62d41cp-1, 0x1.501ec4497cb7dp-4);
78ea93c538SHendrik Hübner     return static_cast<float>(xd * result);
79ea93c538SHendrik Hübner   }
80ea93c538SHendrik Hübner 
81ea93c538SHendrik Hübner   // Numbers greater or equal to 2^23 are always integers or NaN
82ea93c538SHendrik Hübner   if (LIBC_UNLIKELY(x_abs >= 0x4B00'0000)) {
83ea93c538SHendrik Hübner 
84ea93c538SHendrik Hübner     // check for NaN values
85ea93c538SHendrik Hübner     if (LIBC_UNLIKELY(x_abs >= 0x7f80'0000U)) {
86ea93c538SHendrik Hübner       if (x_abs == 0x7f80'0000U) {
87ea93c538SHendrik Hübner         fputil::set_errno_if_required(EDOM);
88ea93c538SHendrik Hübner         fputil::raise_except_if_required(FE_INVALID);
89ea93c538SHendrik Hübner       }
90ea93c538SHendrik Hübner 
91ea93c538SHendrik Hübner       return x + FPBits::quiet_nan().get_val();
92ea93c538SHendrik Hübner     }
93ea93c538SHendrik Hübner 
94ea93c538SHendrik Hübner     return FPBits::zero(xbits.sign()).get_val();
95ea93c538SHendrik Hübner   }
96ea93c538SHendrik Hübner 
97ea93c538SHendrik Hübner   // Combine the results with the sine of sum formula:
98ea93c538SHendrik Hübner   //   sin(x * pi) = sin((k + y)*pi/32)
99ea93c538SHendrik Hübner   //          = sin(y*pi/32) * cos(k*pi/32) + cos(y*pi/32) * sin(k*pi/32)
100ea93c538SHendrik Hübner   //          = sin_y * cos_k + (1 + cosm1_y) * sin_k
101ea93c538SHendrik Hübner   //          = sin_y * cos_k + (cosm1_y * sin_k + sin_k)
102ea93c538SHendrik Hübner   double sin_k, cos_k, sin_y, cosm1_y;
103ea93c538SHendrik Hübner   sincospif_eval(xd, sin_k, cos_k, sin_y, cosm1_y);
104ea93c538SHendrik Hübner 
105ea93c538SHendrik Hübner   if (LIBC_UNLIKELY(sin_y == 0 && sin_k == 0))
106ea93c538SHendrik Hübner     return FPBits::zero(xbits.sign()).get_val();
107ea93c538SHendrik Hübner 
108ea93c538SHendrik Hübner   return static_cast<float>(fputil::multiply_add(
109ea93c538SHendrik Hübner       sin_y, cos_k, fputil::multiply_add(cosm1_y, sin_k, sin_k)));
110ea93c538SHendrik Hübner }
111ea93c538SHendrik Hübner 
112*5ff3ff33SPetr Hosek } // namespace LIBC_NAMESPACE_DECL
113