1 use crate::{CheckedMul, One};
2 use core::num::Wrapping;
3 use core::ops::Mul;
4 
5 /// Binary operator for raising a value to a power.
6 pub trait Pow<RHS> {
7     /// The result after applying the operator.
8     type Output;
9 
10     /// Returns `self` to the power `rhs`.
11     ///
12     /// # Examples
13     ///
14     /// ```
15     /// use num_traits::Pow;
16     /// assert_eq!(Pow::pow(10u32, 2u32), 100);
17     /// ```
pow(self, rhs: RHS) -> Self::Output18     fn pow(self, rhs: RHS) -> Self::Output;
19 }
20 
21 macro_rules! pow_impl {
22     ($t:ty) => {
23         pow_impl!($t, u8);
24         pow_impl!($t, usize);
25 
26         // FIXME: these should be possible
27         // pow_impl!($t, u16);
28         // pow_impl!($t, u32);
29         // pow_impl!($t, u64);
30     };
31     ($t:ty, $rhs:ty) => {
32         pow_impl!($t, $rhs, usize, pow);
33     };
34     ($t:ty, $rhs:ty, $desired_rhs:ty, $method:expr) => {
35         impl Pow<$rhs> for $t {
36             type Output = $t;
37             #[inline]
38             fn pow(self, rhs: $rhs) -> $t {
39                 ($method)(self, <$desired_rhs>::from(rhs))
40             }
41         }
42 
43         impl<'a> Pow<&'a $rhs> for $t {
44             type Output = $t;
45             #[inline]
46             fn pow(self, rhs: &'a $rhs) -> $t {
47                 ($method)(self, <$desired_rhs>::from(*rhs))
48             }
49         }
50 
51         impl<'a> Pow<$rhs> for &'a $t {
52             type Output = $t;
53             #[inline]
54             fn pow(self, rhs: $rhs) -> $t {
55                 ($method)(*self, <$desired_rhs>::from(rhs))
56             }
57         }
58 
59         impl<'a, 'b> Pow<&'a $rhs> for &'b $t {
60             type Output = $t;
61             #[inline]
62             fn pow(self, rhs: &'a $rhs) -> $t {
63                 ($method)(*self, <$desired_rhs>::from(*rhs))
64             }
65         }
66     };
67 }
68 
69 pow_impl!(u8, u8, u32, u8::pow);
70 pow_impl!(u8, u16, u32, u8::pow);
71 pow_impl!(u8, u32, u32, u8::pow);
72 pow_impl!(u8, usize);
73 pow_impl!(i8, u8, u32, i8::pow);
74 pow_impl!(i8, u16, u32, i8::pow);
75 pow_impl!(i8, u32, u32, i8::pow);
76 pow_impl!(i8, usize);
77 pow_impl!(u16, u8, u32, u16::pow);
78 pow_impl!(u16, u16, u32, u16::pow);
79 pow_impl!(u16, u32, u32, u16::pow);
80 pow_impl!(u16, usize);
81 pow_impl!(i16, u8, u32, i16::pow);
82 pow_impl!(i16, u16, u32, i16::pow);
83 pow_impl!(i16, u32, u32, i16::pow);
84 pow_impl!(i16, usize);
85 pow_impl!(u32, u8, u32, u32::pow);
86 pow_impl!(u32, u16, u32, u32::pow);
87 pow_impl!(u32, u32, u32, u32::pow);
88 pow_impl!(u32, usize);
89 pow_impl!(i32, u8, u32, i32::pow);
90 pow_impl!(i32, u16, u32, i32::pow);
91 pow_impl!(i32, u32, u32, i32::pow);
92 pow_impl!(i32, usize);
93 pow_impl!(u64, u8, u32, u64::pow);
94 pow_impl!(u64, u16, u32, u64::pow);
95 pow_impl!(u64, u32, u32, u64::pow);
96 pow_impl!(u64, usize);
97 pow_impl!(i64, u8, u32, i64::pow);
98 pow_impl!(i64, u16, u32, i64::pow);
99 pow_impl!(i64, u32, u32, i64::pow);
100 pow_impl!(i64, usize);
101 
102 pow_impl!(u128, u8, u32, u128::pow);
103 pow_impl!(u128, u16, u32, u128::pow);
104 pow_impl!(u128, u32, u32, u128::pow);
105 pow_impl!(u128, usize);
106 
107 pow_impl!(i128, u8, u32, i128::pow);
108 pow_impl!(i128, u16, u32, i128::pow);
109 pow_impl!(i128, u32, u32, i128::pow);
110 pow_impl!(i128, usize);
111 
112 pow_impl!(usize, u8, u32, usize::pow);
113 pow_impl!(usize, u16, u32, usize::pow);
114 pow_impl!(usize, u32, u32, usize::pow);
115 pow_impl!(usize, usize);
116 pow_impl!(isize, u8, u32, isize::pow);
117 pow_impl!(isize, u16, u32, isize::pow);
118 pow_impl!(isize, u32, u32, isize::pow);
119 pow_impl!(isize, usize);
120 pow_impl!(Wrapping<u8>);
121 pow_impl!(Wrapping<i8>);
122 pow_impl!(Wrapping<u16>);
123 pow_impl!(Wrapping<i16>);
124 pow_impl!(Wrapping<u32>);
125 pow_impl!(Wrapping<i32>);
126 pow_impl!(Wrapping<u64>);
127 pow_impl!(Wrapping<i64>);
128 pow_impl!(Wrapping<u128>);
129 pow_impl!(Wrapping<i128>);
130 pow_impl!(Wrapping<usize>);
131 pow_impl!(Wrapping<isize>);
132 
133 // FIXME: these should be possible
134 // pow_impl!(u8, u64);
135 // pow_impl!(i16, u64);
136 // pow_impl!(i8, u64);
137 // pow_impl!(u16, u64);
138 // pow_impl!(u32, u64);
139 // pow_impl!(i32, u64);
140 // pow_impl!(u64, u64);
141 // pow_impl!(i64, u64);
142 // pow_impl!(usize, u64);
143 // pow_impl!(isize, u64);
144 
145 #[cfg(any(feature = "std", feature = "libm"))]
146 mod float_impls {
147     use super::Pow;
148     use crate::Float;
149 
150     pow_impl!(f32, i8, i32, <f32 as Float>::powi);
151     pow_impl!(f32, u8, i32, <f32 as Float>::powi);
152     pow_impl!(f32, i16, i32, <f32 as Float>::powi);
153     pow_impl!(f32, u16, i32, <f32 as Float>::powi);
154     pow_impl!(f32, i32, i32, <f32 as Float>::powi);
155     pow_impl!(f64, i8, i32, <f64 as Float>::powi);
156     pow_impl!(f64, u8, i32, <f64 as Float>::powi);
157     pow_impl!(f64, i16, i32, <f64 as Float>::powi);
158     pow_impl!(f64, u16, i32, <f64 as Float>::powi);
159     pow_impl!(f64, i32, i32, <f64 as Float>::powi);
160     pow_impl!(f32, f32, f32, <f32 as Float>::powf);
161     pow_impl!(f64, f32, f64, <f64 as Float>::powf);
162     pow_impl!(f64, f64, f64, <f64 as Float>::powf);
163 }
164 
165 /// Raises a value to the power of exp, using exponentiation by squaring.
166 ///
167 /// Note that `0⁰` (`pow(0, 0)`) returns `1`. Mathematically this is undefined.
168 ///
169 /// # Example
170 ///
171 /// ```rust
172 /// use num_traits::pow;
173 ///
174 /// assert_eq!(pow(2i8, 4), 16);
175 /// assert_eq!(pow(6u8, 3), 216);
176 /// assert_eq!(pow(0u8, 0), 1); // Be aware if this case affects you
177 /// ```
178 #[inline]
pow<T: Clone + One + Mul<T, Output = T>>(mut base: T, mut exp: usize) -> T179 pub fn pow<T: Clone + One + Mul<T, Output = T>>(mut base: T, mut exp: usize) -> T {
180     if exp == 0 {
181         return T::one();
182     }
183 
184     while exp & 1 == 0 {
185         base = base.clone() * base;
186         exp >>= 1;
187     }
188     if exp == 1 {
189         return base;
190     }
191 
192     let mut acc = base.clone();
193     while exp > 1 {
194         exp >>= 1;
195         base = base.clone() * base;
196         if exp & 1 == 1 {
197             acc = acc * base.clone();
198         }
199     }
200     acc
201 }
202 
203 /// Raises a value to the power of exp, returning `None` if an overflow occurred.
204 ///
205 /// Note that `0⁰` (`checked_pow(0, 0)`) returns `Some(1)`. Mathematically this is undefined.
206 ///
207 /// Otherwise same as the `pow` function.
208 ///
209 /// # Example
210 ///
211 /// ```rust
212 /// use num_traits::checked_pow;
213 ///
214 /// assert_eq!(checked_pow(2i8, 4), Some(16));
215 /// assert_eq!(checked_pow(7i8, 8), None);
216 /// assert_eq!(checked_pow(7u32, 8), Some(5_764_801));
217 /// assert_eq!(checked_pow(0u32, 0), Some(1)); // Be aware if this case affect you
218 /// ```
219 #[inline]
checked_pow<T: Clone + One + CheckedMul>(mut base: T, mut exp: usize) -> Option<T>220 pub fn checked_pow<T: Clone + One + CheckedMul>(mut base: T, mut exp: usize) -> Option<T> {
221     if exp == 0 {
222         return Some(T::one());
223     }
224 
225     while exp & 1 == 0 {
226         base = base.checked_mul(&base)?;
227         exp >>= 1;
228     }
229     if exp == 1 {
230         return Some(base);
231     }
232 
233     let mut acc = base.clone();
234     while exp > 1 {
235         exp >>= 1;
236         base = base.checked_mul(&base)?;
237         if exp & 1 == 1 {
238             acc = acc.checked_mul(&base)?;
239         }
240     }
241     Some(acc)
242 }
243