Странное поведение умножения в интерпретаторе Guile Scheme

Я практиковал Scheme в интерпретаторе Guile 1.8.8 на OS X. Я заметил что-то интересное.

Здесь expt функция, которая в основном состоит в экспонировании expt(b,n) = b^n:

 (define (square x) (* x x))
 (define (even? x) (= (remainder x 2) 0))
 (define (expt b n) 
      (cond ((= n 0) 1)
        ((even? n) (square (expt b (/ n 2))))
        (else (* b (expt b (- n 1))))
      ))

Если я попробую его с некоторыми входами

 > (expt 2 10)
 1024
 > (expt 2 63)
 9223372036854775808

Вот странная часть:

 > (expt 2 64)
 0

Более странно, до n=488 он остается на 0:

 > (expt 2 487)
 0
 > (expt 2 488)
 79916762888089401123.....
 > (expt 2 1000)
 1071508607186267320948425049060....
 > (expt 2 10000)
 0

Когда я пытаюсь использовать этот код с помощью repl.it онлайн-интерпретатора, он работает так, как ожидалось. Итак, Что, черт возьми, не так с Guile?

(Примечание. На некоторых диалектах функция remainder называется mod.)

Ответ 1

Недавно я исправил эту ошибку в Guile 2.0. Ошибка возникла, когда компиляторы C приступили к оптимизации проверок переполнения, по теории, что если встречное целочисленное переполнение происходит, поведение неуказано и, следовательно, компилятор может делать все, что ему нравится.

Ответ 2

Я мог бы воспроизвести проблему с guile 2.0.6 на OS X. Он сводится к:

> (* 4294967296 4294967296)
$1 = 0

Я предполагаю, что guile использует собственный тип int для хранения небольших чисел, а затем переключается на bignums, поддерживаемый GNU MP, когда родные ints слишком малы. Возможно, в этом конкретном случае проверка завершается с ошибкой, а вычисление переполняет собственный int.

Интересно, что следующий цикл показывает, что квадратичные степени двух между 2 ^ 32 и 2 ^ 60 приводят к 0:

(let loop
    ((x 1)
     (exp 0))
  (format #t "(2^~s) ^ 2 = ~s\n" exp (* x x))
  (if (< exp 100)
      (loop (* 2 x) (+ 1 exp))))

Результаты в:

(2^0) ^ 2 = 1
(2^1) ^ 2 = 4
(2^2) ^ 2 = 16
(2^3) ^ 2 = 64
(2^4) ^ 2 = 256
(2^5) ^ 2 = 1024
(2^6) ^ 2 = 4096
(2^7) ^ 2 = 16384
(2^8) ^ 2 = 65536
(2^9) ^ 2 = 262144
(2^10) ^ 2 = 1048576
(2^11) ^ 2 = 4194304
(2^12) ^ 2 = 16777216
(2^13) ^ 2 = 67108864
(2^14) ^ 2 = 268435456
(2^15) ^ 2 = 1073741824
(2^16) ^ 2 = 4294967296
(2^17) ^ 2 = 17179869184
(2^18) ^ 2 = 68719476736
(2^19) ^ 2 = 274877906944
(2^20) ^ 2 = 1099511627776
(2^21) ^ 2 = 4398046511104
(2^22) ^ 2 = 17592186044416
(2^23) ^ 2 = 70368744177664
(2^24) ^ 2 = 281474976710656
(2^25) ^ 2 = 1125899906842624
(2^26) ^ 2 = 4503599627370496
(2^27) ^ 2 = 18014398509481984
(2^28) ^ 2 = 72057594037927936
(2^29) ^ 2 = 288230376151711744
(2^30) ^ 2 = 1152921504606846976
(2^31) ^ 2 = 4611686018427387904
(2^32) ^ 2 = 0
(2^33) ^ 2 = 0
(2^34) ^ 2 = 0
(2^35) ^ 2 = 0
(2^36) ^ 2 = 0
(2^37) ^ 2 = 0
(2^38) ^ 2 = 0
(2^39) ^ 2 = 0
(2^40) ^ 2 = 0
(2^41) ^ 2 = 0
(2^42) ^ 2 = 0
(2^43) ^ 2 = 0
(2^44) ^ 2 = 0
(2^45) ^ 2 = 0
(2^46) ^ 2 = 0
(2^47) ^ 2 = 0
(2^48) ^ 2 = 0
(2^49) ^ 2 = 0
(2^50) ^ 2 = 0
(2^51) ^ 2 = 0
(2^52) ^ 2 = 0
(2^53) ^ 2 = 0
(2^54) ^ 2 = 0
(2^55) ^ 2 = 0
(2^56) ^ 2 = 0
(2^57) ^ 2 = 0
(2^58) ^ 2 = 0
(2^59) ^ 2 = 0
(2^60) ^ 2 = 0
(2^61) ^ 2 = 5316911983139663491615228241121378304
(2^62) ^ 2 = 21267647932558653966460912964485513216
(2^63) ^ 2 = 85070591730234615865843651857942052864
(2^64) ^ 2 = 340282366920938463463374607431768211456
(2^65) ^ 2 = 1361129467683753853853498429727072845824
(2^66) ^ 2 = 5444517870735015415413993718908291383296
(2^67) ^ 2 = 21778071482940061661655974875633165533184
(2^68) ^ 2 = 87112285931760246646623899502532662132736
(2^69) ^ 2 = 348449143727040986586495598010130648530944
(2^70) ^ 2 = 1393796574908163946345982392040522594123776
(2^71) ^ 2 = 5575186299632655785383929568162090376495104
(2^72) ^ 2 = 22300745198530623141535718272648361505980416
(2^73) ^ 2 = 89202980794122492566142873090593446023921664
(2^74) ^ 2 = 356811923176489970264571492362373784095686656
(2^75) ^ 2 = 1427247692705959881058285969449495136382746624
(2^76) ^ 2 = 5708990770823839524233143877797980545530986496
(2^77) ^ 2 = 22835963083295358096932575511191922182123945984
(2^78) ^ 2 = 91343852333181432387730302044767688728495783936
(2^79) ^ 2 = 365375409332725729550921208179070754913983135744
(2^80) ^ 2 = 1461501637330902918203684832716283019655932542976
(2^81) ^ 2 = 5846006549323611672814739330865132078623730171904
(2^82) ^ 2 = 23384026197294446691258957323460528314494920687616
(2^83) ^ 2 = 93536104789177786765035829293842113257979682750464
(2^84) ^ 2 = 374144419156711147060143317175368453031918731001856
(2^85) ^ 2 = 1496577676626844588240573268701473812127674924007424
(2^86) ^ 2 = 5986310706507378352962293074805895248510699696029696
(2^87) ^ 2 = 23945242826029513411849172299223580994042798784118784
(2^88) ^ 2 = 95780971304118053647396689196894323976171195136475136
(2^89) ^ 2 = 383123885216472214589586756787577295904684780545900544
(2^90) ^ 2 = 1532495540865888858358347027150309183618739122183602176
(2^91) ^ 2 = 6129982163463555433433388108601236734474956488734408704
(2^92) ^ 2 = 24519928653854221733733552434404946937899825954937634816
(2^93) ^ 2 = 98079714615416886934934209737619787751599303819750539264
(2^94) ^ 2 = 392318858461667547739736838950479151006397215279002157056
(2^95) ^ 2 = 1569275433846670190958947355801916604025588861116008628224
(2^96) ^ 2 = 6277101735386680763835789423207666416102355444464034512896
(2^97) ^ 2 = 25108406941546723055343157692830665664409421777856138051584
(2^98) ^ 2 = 100433627766186892221372630771322662657637687111424552206336
(2^99) ^ 2 = 401734511064747568885490523085290650630550748445698208825344
(2^100) ^ 2 = 1606938044258990275541962092341162602522202993782792835301376

Ответ 3

Я не смог воспроизвести ваши результаты с помощью Arch.

Вот журнал моего сеанса терминала:

$ uname -r
3.6.10-1-ARCH
$ guile --version
Guile 1.8.8
Copyright (c) 1995, 1996, 1997, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 Free Software Foundation
Guile may be distributed under the terms of the GNU General Public Licence;
certain other uses are permitted as well.  For details, see the file
`COPYING', which is included in the Guile distribution.
There is no warranty, to the extent permitted by law.
$ guile
guile> (define (square x) (* x x))
guile> (define (even? x) (= (remainder x 2) 0))
guile> (define (expt b n)
        (cond ((= n 0) 1)
            ((even? n) (square (expt b (/ n 2))))
            (else (* b (expt b (- n 1))))))
guile> (expt 2 10)
1024
guile> (expt 2 64)
18446744073709551616
guile> (expt 2 487)
399583814440447005616844445413525287135820562261116307309972090832047582568929999375399181192126972308457847183540047730617340886948900519205142528
guile> (expt 2 488)
799167628880894011233688890827050574271641124522232614619944181664095165137859998750798362384253944616915694367080095461234681773897801038410285056
guile> (expt 2 1000)
10715086071862673209484250490600018105614048117055336074437503883703510511249361224931983788156958581275946729175531468251871452856923140435984577574698574803934567774824230985421074605062371141877954182153046474983581941267398767559165543946077062914571196477686542167660429831652624386837205668069376
guile> (expt 2 10000)
19950631168807583848837421626835850838234968318861924548520089498529438830221946631919961684036194597899331129423209124271556491349413781117593785932096323957855730046793794526765246551266059895520550086918193311542508608460618104685509074866089624888090489894838009253941633257850621568309473902556912388065225096643874441046759871626985453222868538161694315775629640762836880760732228535091641476183956381458969463899410840960536267821064621427333394036525565649530603142680234969400335934316651459297773279665775606172582031407994198179607378245683762280037302885487251900834464581454650557929601414833921615734588139257095379769119277800826957735674444123062018757836325502728323789270710373802866393031428133241401624195671690574061419654342324638801248856147305207431992259611796250130992860241708340807605932320161268492288496255841312844061536738951487114256315111089745514203313820202931640957596464756010405845841566072044962867016515061920631004186422275908670900574606417856951911456055068251250406007519842261898059237118054444788072906395242548339221982707404473162376760846613033778706039803413197133493654622700563169937455508241780972810983291314403571877524768509857276937926433221599399876886660808368837838027643282775172273657572744784112294389733810861607423253291974813120197604178281965697475898164531258434135959862784130128185406283476649088690521047580882615823961985770122407044330583075869039319604603404973156583208672105913300903752823415539745394397715257455290510212310947321610753474825740775273986348298498340756937955646638621874569499279016572103701364433135817214311791398222983845847334440270964182851005072927748364550578634501100852987812389473928699540834346158807043959118985815145779177143619698728131459483783202081474982171858011389071228250905826817436220577475921417653715687725614904582904992461028630081535583308130101987675856234343538955409175623400844887526162643568648833519463720377293240094456246923254350400678027273837755376406726898636241037491410966718557050759098100246789880178271925953381282421954028302759408448955014676668389697996886241636313376393903373455801407636741877711055384225739499110186468219696581651485130494222369947714763069155468217682876200362777257723781365331611196811280792669481887201298643660768551639860534602297871557517947385246369446923087894265948217008051120322365496288169035739121368338393591756418733850510970271613915439590991598154654417336311656936031122249937969999226781732358023111862644575299135758175008199839236284615249881088960232244362173771618086357015468484058622329792853875623486556440536962622018963571028812361567512543338303270029097668650568557157505516727518899194129711337690149916181315171544007728650573189557450920330185304847113818315407324053319038462084036421763703911550639789000742853672196280903477974533320468368795868580237952218629120080742819551317948157624448298518461509704888027274721574688131594750409732115080498190455803416826949787141316063210686391511681774304792596709376
guile> (exit)