src/native_client/src/third_party/computer_language_benchmarks_game/nbody.c

   1 /* The Computer Language Benchmarks Game
   2  * http://benchmarksgame.alioth.debian.org/
   3  *
   4  * contributed by Christoph Bauer
   5  * slightly sped up by Petr Prokhorenkov
   6  */
   7
   8 #include <math.h>
   9 #include <stdio.h>
  10 #include <stdlib.h>
  11
  12 #define pi 3.141592653589793
  13 #define solar_mass (4 * pi * pi)
  14 #define days_per_year 365.24
  15
  16 struct planet {
  17   double x, y, z;
  18   double vx, vy, vz;
  19   double mass;
  20 };
  21
  22 /*
  23  * Here's one weird thing: inlining of this function
  24  * decreases performance by 25%. (I.e. do not compile this with -O3)
  25  * Advances with dt == 1.0
  26  */
  27 void advance(int nbodies, struct planet * bodies)
  28 {
  29   int i, j;
  30
  31   for (i = 0; i < nbodies; i++) {
  32     struct planet * b = &(bodies[i]);
  33     for (j = i + 1; j < nbodies; j++) {
  34       struct planet * b2 = &(bodies[j]);
  35       double dx = b->x - b2->x;
  36       double dy = b->y - b2->y;
  37       double dz = b->z - b2->z;
  38       double inv_distance = 1.0/sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz);
  39       double mag = inv_distance * inv_distance * inv_distance;
  40       b->vx -= dx * b2->mass * mag;
  41       b->vy -= dy * b2->mass * mag;
  42       b->vz -= dz * b2->mass * mag;
  43       b2->vx += dx * b->mass * mag;
  44       b2->vy += dy * b->mass * mag;
  45       b2->vz += dz * b->mass * mag;
  46     }
  47   }
  48   for (i = 0; i < nbodies; i++) {
  49     struct planet * b = &(bodies[i]);
  50     b->x += b->vx;
  51     b->y += b->vy;
  52     b->z += b->vz;
  53   }
  54 }
  55
  56 double energy(int nbodies, struct planet * bodies)
  57 {
  58   double e;
  59   int i, j;
  60
  61   e = 0.0;
  62   for (i = 0; i < nbodies; i++) {
  63     struct planet * b = &(bodies[i]);
  64     e += 0.5 * b->mass * (b->vx * b->vx + b->vy * b->vy + b->vz * b->vz);
  65     for (j = i + 1; j < nbodies; j++) {
  66       struct planet * b2 = &(bodies[j]);
  67       double dx = b->x - b2->x;
  68       double dy = b->y - b2->y;
  69       double dz = b->z - b2->z;
  70       double distance = sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz);
  71       e -= (b->mass * b2->mass) / distance;
  72     }
  73   }
  74   return e;
  75 }
  76
  77 void offset_momentum(int nbodies, struct planet * bodies)
  78 {
  79   double px = 0.0, py = 0.0, pz = 0.0;
  80   int i;
  81   for (i = 0; i < nbodies; i++) {
  82     px += bodies[i].vx * bodies[i].mass;
  83     py += bodies[i].vy * bodies[i].mass;
  84     pz += bodies[i].vz * bodies[i].mass;
  85   }
  86   bodies[0].vx = - px / solar_mass;
  87   bodies[0].vy = - py / solar_mass;
  88   bodies[0].vz = - pz / solar_mass;
  89 }
  90
  91 #define NBODIES 5
  92 struct planet bodies[NBODIES] = {
  93   {                               /* sun */
  94     0, 0, 0, 0, 0, 0, solar_mass
  95   },
  96   {                               /* jupiter */
  97     4.84143144246472090e+00,
  98     -1.16032004402742839e+00,
  99     -1.03622044471123109e-01,
 100     1.66007664274403694e-03 * days_per_year,
 101     7.69901118419740425e-03 * days_per_year,
 102     -6.90460016972063023e-05 * days_per_year,
 103     9.54791938424326609e-04 * solar_mass
 104   },
 105   {                               /* saturn */
 106     8.34336671824457987e+00,
 107     4.12479856412430479e+00,
 108     -4.03523417114321381e-01,
 109     -2.76742510726862411e-03 * days_per_year,
 110     4.99852801234917238e-03 * days_per_year,
 111     2.30417297573763929e-05 * days_per_year,
 112     2.85885980666130812e-04 * solar_mass
 113   },
 114   {                               /* uranus */
 115     1.28943695621391310e+01,
 116     -1.51111514016986312e+01,
 117     -2.23307578892655734e-01,
 118     2.96460137564761618e-03 * days_per_year,
 119     2.37847173959480950e-03 * days_per_year,
 120     -2.96589568540237556e-05 * days_per_year,
 121     4.36624404335156298e-05 * solar_mass
 122   },
 123   {                               /* neptune */
 124     1.53796971148509165e+01,
 125     -2.59193146099879641e+01,
 126     1.79258772950371181e-01,
 127     2.68067772490389322e-03 * days_per_year,
 128     1.62824170038242295e-03 * days_per_year,
 129     -9.51592254519715870e-05 * days_per_year,
 130     5.15138902046611451e-05 * solar_mass
 131   }
 132 };
 133
 134 #define DT 1e-2
 135 #define RECIP_DT (1.0/DT)
 136
 137 /*
 138  * Rescale certain properties of bodies. That allows doing
 139  * consequential advance()'s as if dt were equal to 1.0.
 140  *
 141  * When all advances done, rescale bodies back to obtain correct energy.
 142  */
 143 void scale_bodies(int nbodies, struct planet * bodies, double scale) {
 144     int i;
 145
 146     for (i = 0; i < nbodies; i++) {
 147         bodies[i].mass *= scale*scale;
 148         bodies[i].vx *= scale;
 149         bodies[i].vy *= scale;
 150         bodies[i].vz *= scale;
 151     }
 152 }
 153
 154 int main(int argc, char ** argv)
 155 {
 156   int n = atoi(argv[1]);
 157   int i;
 158
 159   offset_momentum(NBODIES, bodies);
 160   printf ("%.9f\n", energy(NBODIES, bodies));
 161   scale_bodies(NBODIES, bodies, DT);
 162   for (i = 1; i <= n; i++)  {
 163     advance(NBODIES, bodies);
 164   }
 165   scale_bodies(NBODIES, bodies, RECIP_DT);
 166   printf ("%.9f\n", energy(NBODIES, bodies));
 167   return 0;
 168 }
 169