src/gromacs/analysisdata/analysisdata.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2010,2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \file
  36  * \brief
  37  * Declares gmx::AnalysisData and gmx::AnalysisDataHandle.
  38  *
  39  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  40  * \inpublicapi
  41  * \ingroup module_analysisdata
  42  */
  43 #ifndef GMX_ANALYSISDATA_ANALYSISDATA_H
  44 #define GMX_ANALYSISDATA_ANALYSISDATA_H
  45
  46 #include "abstractdata.h"
  47
  48 namespace gmx
  49 {
  50
  51 class AnalysisDataHandle;
  52 class AnalysisDataParallelOptions;
  53
  54 /*! \brief
  55  * Parallelizable data container for raw data.
  56  *
  57  * This is the main class used to implement parallelizable data processing in
  58  * analysis tools.  It is used by first creating an object and setting its
  59  * properties using setDataSetCount(), setColumnCount() and setMultipoint(),
  60  * and attaching necessary modules using addModule() etc.  Then one or more
  61  * AnalysisDataHandle objects can be created using startData().  Each data
  62  * handle can then be independently used to provide data frames (each frame
  63  * must be provided by a single handle, but different frames can be freely
  64  * mixed between the handles).  When all data has been provided, the handles
  65  * are destroyed using finishData() (or AnalysisDataHandle::finishData()).
  66  * The AnalysisData object takes care of internally sorting the frames and
  67  * passing them to the attached modules in the order in which the modules
  68  * expect them.
  69  *
  70  * \todo
  71  * Parallel implementation is not complete.
  72  *
  73  * \if internal
  74  * Special note for MPI implementation: assuming that the initialization of
  75  * data objects is identical in all processes, associating the data objects
  76  * in different MPI processes should be possible without changes in the
  77  * interface.
  78  * Alternative, more robust implementation could get a unique ID as parameter
  79  * to the constructor or a separate function, but would require all tools to
  80  * provide it.  With the current registration mechanism in
  81  * TrajectoryAnalysisModule, this should be straightforward.
  82  * \endif
  83  *
  84  * \inpublicapi
  85  * \ingroup module_analysisdata
  86  */
  87 class AnalysisData : public AbstractAnalysisData
  88 {
  89     public:
  90         /*! \brief
  91          * Creates an empty analysis data object.
  92          *
  93          * \throws std::bad_alloc if out of memory.
  94          */
  95         AnalysisData();
  96         virtual ~AnalysisData();
  97
  98         /*! \brief
  99          * Sets the number of data sets.
 100          *
 101          * \param[in] dataSetCount  Number of data sets (must be > 0).
 102          * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
 103          * \throws    APIError if modules have been added that are not
 104          *      compatible with the new data set count.
 105          *
 106          * Must not be called after startData() has been called.
 107          * If not called, a single data set is assumed.
 108          * If called multiple times, the last call takes effect.
 109          */
 110         void setDataSetCount(int dataSetCount);
 111         /*! \brief
 112          * Sets the number of columns in a data set.
 113          *
 114          * \param[in] dataSet      Zero-based data set index.
 115          * \param[in] columnCount  Number of columns in the data (must be > 0).
 116          * \throws    APIError if modules have been added that are not
 117          *      compatible with the new column count.
 118          *
 119          * Must be called before startData() for each data set.
 120          * Must not be called after startData() has been called.
 121          * If called multiple times for a data set, the last call takes effect.
 122          */
 123         void setColumnCount(int dataSet, int columnCount);
 124         /*! \brief
 125          * Sets whether the data contains multiple points per column per frame.
 126          *
 127          * \param[in] bMultipoint  Whether the data will allow multiple points
 128          *      per column within a single frame.
 129          * \throws    APIError if modules have been added that are not
 130          *      compatible with the new setting.
 131          *
 132          * If this method is not called, the data is not multipoint.
 133          *
 134          * Must not be called after startData() has been called.
 135          *
 136          * \see isMultipoint()
 137          */
 138         void setMultipoint(bool bMultipoint);
 139
 140         virtual int frameCount() const;
 141
 142         /*! \brief
 143          * Create a handle for adding data.
 144          *
 145          * \param[in]  opt     Options for setting how this handle will be
 146          *     used.
 147          * \returns The created handle.
 148          * \throws  std::bad_alloc if out of memory.
 149          * \throws  APIError if any attached data module is not compatible.
 150          * \throws  unspecified  Any exception thrown by attached data modules
 151          *      in AnalysisDataModuleInterface::dataStarted().
 152          *
 153          * The caller should retain the returned handle (or a copy of it), and
 154          * pass it to finishData() after successfully adding all data.
 155          * The caller should discard the returned handle if an error occurs;
 156          * memory allocated for the handle will be freed when the AnalysisData
 157          * object is destroyed.
 158          *
 159          * The \p opt options should be the same for all calls to this method,
 160          * and the number of calls should match the parallelization factor
 161          * defined in \p opt.
 162          */
 163         AnalysisDataHandle startData(const AnalysisDataParallelOptions &opt);
 164         /*! \brief
 165          * Destroy a handle after all data has been added.
 166          *
 167          * \param[in]  handle  Handle to destroy.
 168          * \throws  unspecified  Any exception thrown by attached data modules
 169          *      in AnalysisDataModuleInterface::dataFinished().
 170          *
 171          * \p handle must have been obtained from startData() of this object.
 172          * The order of the calls with respect to the corresponding startData()
 173          * calls is not important.
 174          *
 175          * The \p handle (and any copies) are invalid after the call.
 176          */
 177         void finishData(AnalysisDataHandle handle);
 178
 179     private:
 180         virtual AnalysisDataFrameRef tryGetDataFrameInternal(int index) const;
 181         virtual bool requestStorageInternal(int nframes);
 182
 183         class Impl;
 184
 185         PrivateImplPointer<Impl> impl_;
 186
 187         friend class AnalysisDataHandle;
 188 };
 189
 190 namespace internal
 191 {
 192 class AnalysisDataHandleImpl;
 193 }   // namespace internal
 194
 195 /*! \brief
 196  * Handle for inserting data into AnalysisData.
 197  *
 198  * This class provides an interface for adding data frames into an AnalysisData
 199  * object.  After a handle is obtained from AnalysisData::startData(), new
 200  * frames can be added using startFrame().  Then values for that frame are set
 201  * using provided methods (see below), and finishFrame() is called.  After all
 202  * frames have been added, finishData() (or AnalysisData::finishData()) must be
 203  * called.
 204  *
 205  * For simple (non-multipoint) data, within a frame values can be set using
 206  * selectDataSet(), setPoint() and setPoints().  Setting the same column in the
 207  * same data set multiple times overrides previously set values.
 208  * When the frame is finished, attached modules are notified.
 209  *
 210  * Multipoint data works otherwise similarly, but requires finishPointSet() to
 211  * be called for each set of points for which the modules need to be notified.
 212  * Each point set starts empty (after startFrame() or finishPointSet()), and
 213  * values can be set using setPoint()/setPoints().
 214  * A single point set can contain values only for a single data set, which must
 215  * be selected with selectDataSet() before setting any values.
 216  * finishPointSet() must also be called for the last point set just before
 217  * finishFrame().
 218  *
 219  * This class works like a pointer type: copying and assignment is lightweight,
 220  * and all copies work interchangeably, accessing the same internal handle.
 221  * However, normally you should only keep one copy of a handle, i.e., treat
 222  * this type as movable.
 223  * Several handles created from the same AnalysisData object can exist
 224  * concurrently, but must currently operate on separate frames.
 225  *
 226  * \inpublicapi
 227  * \ingroup module_analysisdata
 228  */
 229 class AnalysisDataHandle
 230 {
 231     public:
 232         /*! \brief
 233          * Constructs an invalid data handle.
 234          *
 235          * This constructor is provided for convenience in cases where it is
 236          * easiest to declare an AnalysisDataHandle without immediately
 237          * assigning a value to it.  Any attempt to call methods without first
 238          * assigning a value from AnalysisData::startData() to the handle
 239          * causes an assert.
 240          *
 241          * Does not throw.
 242          */
 243         AnalysisDataHandle();
 244
 245         //! Returns whether this data handle is valid.
 246         bool isValid() const { return impl_ != NULL; }
 247
 248         /*! \brief
 249          * Start data for a new frame.
 250          *
 251          * \param[in] index  Zero-based index for the frame to start.
 252          * \param[in] x      x value for the frame.
 253          * \param[in] dx     Error in x for the frame if applicable.
 254          *
 255          * \throws    unspecified  Any exception thrown by attached data
 256          *      modules in AnalysisDataModuleInterface::frameStarted().
 257          *
 258          * Each \p index value 0, 1, ..., N (where N is the total number of
 259          * frames) should be started exactly once by exactly one handle of an
 260          * AnalysisData object.  The frames may be started out of order, but
 261          * currently the implementation places some limitations on how far
 262          * the index can be in the future (as counted from the first frame that
 263          * is not finished).
 264          */
 265         void startFrame(int index, real x, real dx = 0.0);
 266         /*! \brief
 267          * Selects a data set for subsequent setPoint()/setPoints() calls.
 268          *
 269          * \param[in] index  Zero-based data set index.
 270          *
 271          * After startFrame(), the first data set is always selected.
 272          * The set value is remembered until the end of the current frame, also
 273          * across finishPointSet() calls.
 274          *
 275          * Does not throw.
 276          */
 277         void selectDataSet(int index);
 278         /*! \brief
 279          * Set a value for a single column for the current frame.
 280          *
 281          * \param[in] column  Zero-based column index.
 282          * \param[in] value   Value to set for the column.
 283          * \param[in] bPresent Present flag to set for the column.
 284          *
 285          * If called multiple times for a column (within one point set for
 286          * multipoint data), old values are overwritten.
 287          *
 288          * Does not throw.
 289          */
 290         void setPoint(int column, real value, bool bPresent = true);
 291         /*! \brief
 292          * Set a value and its error estimate for a single column for the
 293          * current frame.
 294          *
 295          * \param[in] column  Zero-based column index.
 296          * \param[in] value   Value to set for the column.
 297          * \param[in] error   Error estimate to set for the column.
 298          * \param[in] bPresent Present flag to set for the column.
 299          *
 300          * If called multiple times for a column (within one point set for
 301          * multipoint data), old values are overwritten.
 302          *
 303          * Does not throw.
 304          */
 305         void setPoint(int column, real value, real error, bool bPresent = true);
 306         /*! \brief
 307          * Set values for consecutive columns for the current frame.
 308          *
 309          * \param[in] firstColumn  Zero-based column index.
 310          * \param[in] count        Number of columns to set.
 311          * \param[in] values       Value array of \p column items.
 312          *
 313          * Equivalent to calling setPoint(firstColumn + i, values[i]) for
 314          * i from 0 to count.
 315          *
 316          * Does not throw.
 317          */
 318         void setPoints(int firstColumn, int count, const real *values);
 319         /*! \brief
 320          * Finish data for the current point set.
 321          *
 322          * \throws    APIError if any attached data module is not compatible.
 323          * \throws    unspecified  Any exception thrown by attached data
 324          *      modules in AnalysisDataModuleInterface::pointsAdded().
 325          *
 326          * Must be called after each point set for multipoint data, including
 327          * the last (i.e., no values must be set between the last call to this
 328          * method and AnalysisDataStorage::finishFrame()).
 329          * Must not be called for non-multipoint data.
 330          */
 331         void finishPointSet();
 332         /*! \brief
 333          * Finish data for the current frame.
 334          *
 335          * \throws    APIError if any attached data module is not compatible.
 336          * \throws    unspecified  Any exception thrown by attached data
 337          *      modules in frame notification methods.
 338          */
 339         void finishFrame();
 340         //! Calls AnalysisData::finishData() for this handle.
 341         void finishData();
 342
 343     private:
 344         /*! \brief
 345          * Creates a new data handle associated with \p data.
 346          *
 347          * \param  impl Data to associate the handle with.
 348          *
 349          * The constructor is private because data handles should only be
 350          * constructed through AnalysisData::startData().
 351          *
 352          * Does not throw.
 353          */
 354         explicit AnalysisDataHandle(internal::AnalysisDataHandleImpl *impl);
 355
 356         /*! \brief
 357          * Pointer to the internal implementation class.
 358          *
 359          * The memory for this object is managed by the AnalysisData object,
 360          * and AnalysisDataHandle simply provides a public interface for
 361          * accessing the implementation.
 362          */
 363         internal::AnalysisDataHandleImpl *impl_;
 364
 365         /*! \brief
 366          * Needed to access the non-public implementation.
 367          */
 368         friend class AnalysisData;
 369 };
 370
 371 } // namespace gmx
 372
 373 #endif