src/gromacs/gmxpreprocess/topio.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "topio.h"
  40
  41 #include <cassert>
  42 #include <cctype>
  43 #include <cerrno>
  44 #include <cmath>
  45 #include <cstdio>
  46 #include <cstdlib>
  47 #include <cstring>
  48
  49 #include <algorithm>
  50
  51 #include <unordered_set>
  52 #include <sys/types.h>
  53
  54 #include "gromacs/fileio/gmxfio.h"
  55 #include "gromacs/fileio/warninp.h"
  56 #include "gromacs/gmxpreprocess/gmxcpp.h"
  57 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_atomtype.h"
  58 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_bond_atomtype.h"
  59 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_nextnb.h"
  60 #include "gromacs/gmxpreprocess/grompp-impl.h"
  61 #include "gromacs/gmxpreprocess/readir.h"
  62 #include "gromacs/gmxpreprocess/topdirs.h"
  63 #include "gromacs/gmxpreprocess/toppush.h"
  64 #include "gromacs/gmxpreprocess/topshake.h"
  65 #include "gromacs/gmxpreprocess/toputil.h"
  66 #include "gromacs/gmxpreprocess/vsite_parm.h"
  67 #include "gromacs/math/units.h"
  68 #include "gromacs/math/utilities.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  70 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  71 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  72 #include "gromacs/topology/block.h"
  73 #include "gromacs/topology/exclusionblocks.h"
  74 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  75 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  76 #include "gromacs/topology/topology.h"
  77 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  78 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  79 #include "gromacs/utility/futil.h"
  80 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  81 #include "gromacs/utility/pleasecite.h"
  82 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  83
  84 #define OPENDIR     '[' /* starting sign for directive */
  85 #define CLOSEDIR    ']' /* ending sign for directive   */
  86
  87 static void gen_pairs(t_params *nbs, t_params *pairs, real fudge, int comb)
  88 {
  89     int     i, j, ntp, nrfp, nrfpA, nrfpB, nnn;
  90     real    scaling;
  91     ntp       = nbs->nr;
  92     nnn       = static_cast<int>(std::sqrt(static_cast<double>(ntp)));
  93     GMX_ASSERT(nnn * nnn == ntp, "Number of pairs of generated non-bonded parameters should be a perfect square");
  94     nrfp      = NRFP(F_LJ);
  95     nrfpA     = interaction_function[F_LJ14].nrfpA;
  96     nrfpB     = interaction_function[F_LJ14].nrfpB;
  97     pairs->nr = ntp;
  98
  99     if ((nrfp  != nrfpA) || (nrfpA != nrfpB))
 100     {
 101         gmx_incons("Number of force parameters in gen_pairs wrong");
 102     }
 103
 104     fprintf(stderr, "Generating 1-4 interactions: fudge = %g\n", fudge);
 105     snew(pairs->param, pairs->nr);
 106     for (i = 0; (i < ntp); i++)
 107     {
 108         /* Copy param.a */
 109         pairs->param[i].a[0] = i / nnn;
 110         pairs->param[i].a[1] = i % nnn;
 111         /* Copy normal and FEP parameters and multiply by fudge factor */
 112
 113
 114
 115         for (j = 0; (j < nrfp); j++)
 116         {
 117             /* If we are using sigma/epsilon values, only the epsilon values
 118              * should be scaled, but not sigma.
 119              * The sigma values have even indices 0,2, etc.
 120              */
 121             if ((comb == eCOMB_ARITHMETIC || comb == eCOMB_GEOM_SIG_EPS) && (j%2 == 0))
 122             {
 123                 scaling = 1.0;
 124             }
 125             else
 126             {
 127                 scaling = fudge;
 128             }
 129
 130             pairs->param[i].c[j]      = scaling*nbs->param[i].c[j];
 131             /* NOTE: this should be clear to the compiler, but some gcc 5.2 versions
 132              *  issue false positive warnings for the pairs->param.c[] indexing below.
 133              */
 134             assert(2*nrfp <= MAXFORCEPARAM);
 135             pairs->param[i].c[nrfp+j] = scaling*nbs->param[i].c[j];
 136         }
 137     }
 138 }
 139
 140 double check_mol(const gmx_mtop_t *mtop, warninp *wi)
 141 {
 142     char     buf[256];
 143     int      i, ri, pt;
 144     double   q;
 145     real     m, mB;
 146
 147     /* Check mass and charge */
 148     q = 0.0;
 149
 150     for (const gmx_molblock_t &molb : mtop->molblock)
 151     {
 152         const t_atoms *atoms = &mtop->moltype[molb.type].atoms;
 153         for (i = 0; (i < atoms->nr); i++)
 154         {
 155             q += molb.nmol*atoms->atom[i].q;
 156             m  = atoms->atom[i].m;
 157             mB = atoms->atom[i].mB;
 158             pt = atoms->atom[i].ptype;
 159             /* If the particle is an atom or a nucleus it must have a mass,
 160              * else, if it is a shell, a vsite or a bondshell it can have mass zero
 161              */
 162             if (((m <= 0.0) || (mB <= 0.0)) && ((pt == eptAtom) || (pt == eptNucleus)))
 163             {
 164                 ri = atoms->atom[i].resind;
 165                 sprintf(buf, "atom %s (Res %s-%d) has mass %g (state A) / %g (state B)\n",
 166                         *(atoms->atomname[i]),
 167                         *(atoms->resinfo[ri].name),
 168                         atoms->resinfo[ri].nr,
 169                         m, mB);
 170                 warning_error(wi, buf);
 171             }
 172             else
 173             if (((m != 0) || (mB != 0)) && (pt == eptVSite))
 174             {
 175                 ri = atoms->atom[i].resind;
 176                 sprintf(buf, "virtual site %s (Res %s-%d) has non-zero mass %g (state A) / %g (state B)\n"
 177                         "     Check your topology.\n",
 178                         *(atoms->atomname[i]),
 179                         *(atoms->resinfo[ri].name),
 180                         atoms->resinfo[ri].nr,
 181                         m, mB);
 182                 warning_error(wi, buf);
 183                 /* The following statements make LINCS break! */
 184                 /* atoms->atom[i].m=0; */
 185             }
 186         }
 187     }
 188     return q;
 189 }
 190
 191 /*! \brief Returns the rounded charge of a molecule, when close to integer, otherwise returns the original charge.
 192  *
 193  * The results of this routine are only used for checking and for
 194  * printing warning messages. Thus we can assume that charges of molecules
 195  * should be integer. If the user wanted non-integer molecular charge,
 196  * an undesired warning is printed and the user should use grompp -maxwarn 1.
 197  *
 198  * \param qMol     The total, unrounded, charge of the molecule
 199  * \param sumAbsQ  The sum of absolute values of the charges, used for determining the tolerance for the rounding.
 200  */
 201 static double roundedMoleculeCharge(double qMol, double sumAbsQ)
 202 {
 203     /* We use a tolerance of 1e-6 for inaccuracies beyond the 6th decimal
 204      * of the charges for ascii float truncation in the topology files.
 205      * Although the summation here uses double precision, the charges
 206      * are read and stored in single precision when real=float. This can
 207      * lead to rounding errors of half the least significant bit.
 208      * Note that, unfortunately, we can not assume addition of random
 209      * rounding errors. It is not entirely unlikely that many charges
 210      * have a near half-bit rounding error with the same sign.
 211      */
 212     double tolAbs = 1e-6;
 213     double tol    = std::max(tolAbs, 0.5*GMX_REAL_EPS*sumAbsQ);
 214     double qRound = std::round(qMol);
 215     if (std::abs(qMol - qRound) <= tol)
 216     {
 217         return qRound;
 218     }
 219     else
 220     {
 221         return qMol;
 222     }
 223 }
 224
 225 static void sum_q(const t_atoms *atoms, int numMols,
 226                   double *qTotA, double *qTotB)
 227 {
 228     /* sum charge */
 229     double qmolA    = 0;
 230     double qmolB    = 0;
 231     double sumAbsQA = 0;
 232     double sumAbsQB = 0;
 233     for (int i = 0; i < atoms->nr; i++)
 234     {
 235         qmolA    += atoms->atom[i].q;
 236         qmolB    += atoms->atom[i].qB;
 237         sumAbsQA += std::abs(atoms->atom[i].q);
 238         sumAbsQB += std::abs(atoms->atom[i].qB);
 239     }
 240
 241     *qTotA += numMols*roundedMoleculeCharge(qmolA, sumAbsQA);
 242     *qTotB += numMols*roundedMoleculeCharge(qmolB, sumAbsQB);
 243 }
 244
 245 static void get_nbparm(char *nb_str, char *comb_str, int *nb, int *comb,
 246                        warninp *wi)
 247 {
 248     int  i;
 249     char warn_buf[STRLEN];
 250
 251     *nb   = -1;
 252     for (i = 1; (i < eNBF_NR); i++)
 253     {
 254         if (gmx_strcasecmp(nb_str, enbf_names[i]) == 0)
 255         {
 256             *nb = i;
 257         }
 258     }
 259     if (*nb == -1)
 260     {
 261         *nb = strtol(nb_str, nullptr, 10);
 262     }
 263     if ((*nb < 1) || (*nb >= eNBF_NR))
 264     {
 265         sprintf(warn_buf, "Invalid nonbond function selector '%s' using %s",
 266                 nb_str, enbf_names[1]);
 267         warning_error(wi, warn_buf);
 268         *nb = 1;
 269     }
 270     *comb = -1;
 271     for (i = 1; (i < eCOMB_NR); i++)
 272     {
 273         if (gmx_strcasecmp(comb_str, ecomb_names[i]) == 0)
 274         {
 275             *comb = i;
 276         }
 277     }
 278     if (*comb == -1)
 279     {
 280         *comb = strtol(comb_str, nullptr, 10);
 281     }
 282     if ((*comb < 1) || (*comb >= eCOMB_NR))
 283     {
 284         sprintf(warn_buf, "Invalid combination rule selector '%s' using %s",
 285                 comb_str, ecomb_names[1]);
 286         warning_error(wi, warn_buf);
 287         *comb = 1;
 288     }
 289 }
 290
 291 static char ** cpp_opts(const char *define, const char *include,
 292                         warninp *wi)
 293 {
 294     int         n, len;
 295     int         ncppopts = 0;
 296     const char *cppadds[2];
 297     char      **cppopts   = nullptr;
 298     const char *option[2] = { "-D", "-I" };
 299     const char *nopt[2]   = { "define", "include" };
 300     const char *ptr;
 301     const char *rptr;
 302     char       *buf;
 303     char        warn_buf[STRLEN];
 304
 305     cppadds[0] = define;
 306     cppadds[1] = include;
 307     for (n = 0; (n < 2); n++)
 308     {
 309         if (cppadds[n])
 310         {
 311             ptr = cppadds[n];
 312             while (*ptr != '\0')
 313             {
 314                 while ((*ptr != '\0') && isspace(*ptr))
 315                 {
 316                     ptr++;
 317                 }
 318                 rptr = ptr;
 319                 while ((*rptr != '\0') && !isspace(*rptr))
 320                 {
 321                     rptr++;
 322                 }
 323                 len = (rptr - ptr);
 324                 if (len > 2)
 325                 {
 326                     snew(buf, (len+1));
 327                     strncpy(buf, ptr, len);
 328                     if (strstr(ptr, option[n]) != ptr)
 329                     {
 330                         set_warning_line(wi, "mdp file", -1);
 331                         sprintf(warn_buf, "Malformed %s option %s", nopt[n], buf);
 332                         warning(wi, warn_buf);
 333                     }
 334                     else
 335                     {
 336                         srenew(cppopts, ++ncppopts);
 337                         cppopts[ncppopts-1] = gmx_strdup(buf);
 338                     }
 339                     sfree(buf);
 340                     ptr = rptr;
 341                 }
 342             }
 343         }
 344     }
 345     srenew(cppopts, ++ncppopts);
 346     cppopts[ncppopts-1] = nullptr;
 347
 348     return cppopts;
 349 }
 350
 351
 352 static void make_atoms_sys(const std::vector<gmx_molblock_t> &molblock,
 353                            const t_molinfo                   *molinfo,
 354                            t_atoms                           *atoms)
 355 {
 356     atoms->nr   = 0;
 357     atoms->atom = nullptr;
 358
 359     for (const gmx_molblock_t &molb : molblock)
 360     {
 361         const t_atoms &mol_atoms = molinfo[molb.type].atoms;
 362
 363         srenew(atoms->atom, atoms->nr + molb.nmol*mol_atoms.nr);
 364
 365         for (int m = 0; m < molb.nmol; m++)
 366         {
 367             for (int a = 0; a < mol_atoms.nr; a++)
 368             {
 369                 atoms->atom[atoms->nr++] = mol_atoms.atom[a];
 370             }
 371         }
 372     }
 373 }
 374
 375
 376 static char **read_topol(const char *infile, const char *outfile,
 377                          const char *define, const char *include,
 378                          t_symtab    *symtab,
 379                          gpp_atomtype *atype,
 380                          int         *nrmols,
 381                          t_molinfo   **molinfo,
 382                          t_molinfo   **intermolecular_interactions,
 383                          t_params    plist[],
 384                          int         *combination_rule,
 385                          double      *reppow,
 386                          t_gromppopts *opts,
 387                          real        *fudgeQQ,
 388                          std::vector<gmx_molblock_t> *molblock,
 389                          bool       *ffParametrizedWithHBondConstraints,
 390                          bool        bFEP,
 391                          bool        bZero,
 392                          bool        usingFullRangeElectrostatics,
 393                          warninp    *wi)
 394 {
 395     FILE                 *out;
 396     int                   i, sl, nb_funct;
 397     char                 *pline = nullptr, **title = nullptr;
 398     char                  line[STRLEN], errbuf[256], comb_str[256], nb_str[256];
 399     char                  genpairs[32];
 400     char                 *dirstr, *dummy2;
 401     int                   nrcopies, nmol, nscan, ncombs, ncopy;
 402     double                fLJ, fQQ, fPOW;
 403     t_molinfo            *mi0   = nullptr;
 404     DirStack             *DS;
 405     Directive             d, newd;
 406     t_nbparam           **nbparam, **pair;
 407     gmx::ExclusionBlocks *exclusionBlocks;
 408     real                  fudgeLJ = -1;    /* Multiplication factor to generate 1-4 from LJ */
 409     bool                  bReadDefaults, bReadMolType, bGenPairs, bWarn_copy_A_B;
 410     double                qt = 0, qBt = 0; /* total charge */
 411     gpp_bond_atomtype    *batype;
 412     int                   lastcg = -1;
 413     int                   dcatt  = -1, nmol_couple;
 414     /* File handling variables */
 415     int                   status;
 416     bool                  done;
 417     gmx_cpp_t             handle;
 418     char                 *tmp_line = nullptr;
 419     char                  warn_buf[STRLEN];
 420     const char           *floating_point_arithmetic_tip =
 421         "Total charge should normally be an integer. See\n"
 422         "http://www.gromacs.org/Documentation/Floating_Point_Arithmetic\n"
 423         "for discussion on how close it should be to an integer.\n";
 424     /* We need to open the output file before opening the input file,
 425      * because cpp_open_file can change the current working directory.
 426      */
 427     if (outfile)
 428     {
 429         out = gmx_fio_fopen(outfile, "w");
 430     }
 431     else
 432     {
 433         out = nullptr;
 434     }
 435
 436     /* open input file */
 437     auto cpp_opts_return = cpp_opts(define, include, wi);
 438     status = cpp_open_file(infile, &handle, cpp_opts_return);
 439     if (status != 0)
 440     {
 441         gmx_fatal(FARGS, "%s", cpp_error(&handle, status));
 442     }
 443
 444     /* some local variables */
 445     DS_Init(&DS);                           /* directive stack  */
 446     nmol            = 0;                    /* no molecules yet...      */
 447     d               = Directive::d_invalid; /* first thing should be a directive */
 448     nbparam         = nullptr;              /* The temporary non-bonded matrix */
 449     pair            = nullptr;              /* The temporary pair interaction matrix */
 450     exclusionBlocks = nullptr;              /* the extra exclusions */
 451     nb_funct        = F_LJ;
 452
 453     *reppow  = 12.0;      /* Default value for repulsion power     */
 454
 455     *intermolecular_interactions = nullptr;
 456
 457     /* Init the number of CMAP torsion angles  and grid spacing */
 458     plist[F_CMAP].grid_spacing = 0;
 459     plist[F_CMAP].nc           = 0;
 460
 461     bWarn_copy_A_B = bFEP;
 462
 463     batype = init_bond_atomtype();
 464     /* parse the actual file */
 465     bReadDefaults = FALSE;
 466     bGenPairs     = FALSE;
 467     bReadMolType  = FALSE;
 468     nmol_couple   = 0;
 469
 470     do
 471     {
 472         status = cpp_read_line(&handle, STRLEN, line);
 473         done   = (status == eCPP_EOF);
 474         if (!done)
 475         {
 476             if (status != eCPP_OK)
 477             {
 478                 gmx_fatal(FARGS, "%s", cpp_error(&handle, status));
 479             }
 480             else if (out)
 481             {
 482                 fprintf(out, "%s\n", line);
 483             }
 484
 485             set_warning_line(wi, cpp_cur_file(&handle), cpp_cur_linenr(&handle));
 486
 487             pline = gmx_strdup(line);
 488
 489             /* Strip trailing '\' from pline, if it exists */
 490             sl = strlen(pline);
 491             if ((sl > 0) && (pline[sl-1] == CONTINUE))
 492             {
 493                 pline[sl-1] = ' ';
 494             }
 495
 496             /* build one long line from several fragments - necessary for CMAP */
 497             while (continuing(line))
 498             {
 499                 status = cpp_read_line(&handle, STRLEN, line);
 500                 set_warning_line(wi, cpp_cur_file(&handle), cpp_cur_linenr(&handle));
 501
 502                 /* Since we depend on the '\' being present to continue to read, we copy line
 503                  * to a tmp string, strip the '\' from that string, and cat it to pline
 504                  */
 505                 tmp_line = gmx_strdup(line);
 506
 507                 sl = strlen(tmp_line);
 508                 if ((sl > 0) && (tmp_line[sl-1] == CONTINUE))
 509                 {
 510                     tmp_line[sl-1] = ' ';
 511                 }
 512
 513                 done = (status == eCPP_EOF);
 514                 if (!done)
 515                 {
 516                     if (status != eCPP_OK)
 517                     {
 518                         gmx_fatal(FARGS, "%s", cpp_error(&handle, status));
 519                     }
 520                     else if (out)
 521                     {
 522                         fprintf(out, "%s\n", line);
 523                     }
 524                 }
 525
 526                 srenew(pline, strlen(pline)+strlen(tmp_line)+1);
 527                 strcat(pline, tmp_line);
 528                 sfree(tmp_line);
 529             }
 530
 531             /* skip trailing and leading spaces and comment text */
 532             strip_comment (pline);
 533             trim (pline);
 534
 535             /* if there is something left... */
 536             if (static_cast<int>(strlen(pline)) > 0)
 537             {
 538                 if (pline[0] == OPENDIR)
 539                 {
 540                     /* A directive on this line: copy the directive
 541                      * without the brackets into dirstr, then
 542                      * skip spaces and tabs on either side of directive
 543                      */
 544                     dirstr = gmx_strdup((pline+1));
 545                     if ((dummy2 = strchr (dirstr, CLOSEDIR)) != nullptr)
 546                     {
 547                         (*dummy2) = 0;
 548                     }
 549                     trim (dirstr);
 550
 551                     if ((newd = str2dir(dirstr)) == Directive::d_invalid)
 552                     {
 553                         sprintf(errbuf, "Invalid directive %s", dirstr);
 554                         warning_error(wi, errbuf);
 555                     }
 556                     else
 557                     {
 558                         /* Directive found */
 559                         if (DS_Check_Order (DS, newd))
 560                         {
 561                             DS_Push (&DS, newd);
 562                             d = newd;
 563                         }
 564                         else
 565                         {
 566                             /* we should print here which directives should have
 567                                been present, and which actually are */
 568                             gmx_fatal(FARGS, "%s\nInvalid order for directive %s",
 569                                       cpp_error(&handle, eCPP_SYNTAX), dir2str(newd));
 570                             /* d = Directive::d_invalid; */
 571                         }
 572
 573                         if (d == Directive::d_intermolecular_interactions)
 574                         {
 575                             if (*intermolecular_interactions == nullptr)
 576                             {
 577                                 /* We (mis)use the moleculetype processing
 578                                  * to process the intermolecular interactions
 579                                  * by making a "molecule" of the size of the system.
 580                                  */
 581                                 snew(*intermolecular_interactions, 1);
 582                                 init_molinfo(*intermolecular_interactions);
 583                                 mi0 = *intermolecular_interactions;
 584                                 make_atoms_sys(*molblock, *molinfo,
 585                                                &mi0->atoms);
 586                             }
 587                         }
 588                     }
 589                     sfree(dirstr);
 590                 }
 591                 else if (d != Directive::d_invalid)
 592                 {
 593                     /* Not a directive, just a plain string
 594                      * use a gigantic switch to decode,
 595                      * if there is a valid directive!
 596                      */
 597                     switch (d)
 598                     {
 599                         case Directive::d_defaults:
 600                             if (bReadDefaults)
 601                             {
 602                                 gmx_fatal(FARGS, "%s\nFound a second defaults directive.\n",
 603                                           cpp_error(&handle, eCPP_SYNTAX));
 604                             }
 605                             bReadDefaults = TRUE;
 606                             nscan         = sscanf(pline, "%s%s%s%lf%lf%lf",
 607                                                    nb_str, comb_str, genpairs, &fLJ, &fQQ, &fPOW);
 608                             if (nscan < 2)
 609                             {
 610                                 too_few(wi);
 611                             }
 612                             else
 613                             {
 614                                 bGenPairs = FALSE;
 615                                 fudgeLJ   = 1.0;
 616                                 *fudgeQQ  = 1.0;
 617
 618                                 get_nbparm(nb_str, comb_str, &nb_funct, combination_rule, wi);
 619                                 if (nscan >= 3)
 620                                 {
 621                                     bGenPairs = (gmx_strncasecmp(genpairs, "Y", 1) == 0);
 622                                     if (nb_funct != eNBF_LJ && bGenPairs)
 623                                     {
 624                                         gmx_fatal(FARGS, "Generating pair parameters is only supported with LJ non-bonded interactions");
 625                                     }
 626                                 }
 627                                 if (nscan >= 4)
 628                                 {
 629                                     fudgeLJ   = fLJ;
 630                                 }
 631                                 if (nscan >= 5)
 632                                 {
 633                                     *fudgeQQ  = fQQ;
 634                                 }
 635                                 if (nscan >= 6)
 636                                 {
 637                                     *reppow   = fPOW;
 638                                 }
 639                             }
 640                             nb_funct = ifunc_index(Directive::d_nonbond_params, nb_funct);
 641
 642                             break;
 643                         case Directive::d_atomtypes:
 644                             push_at(symtab, atype, batype, pline, nb_funct,
 645                                     &nbparam, bGenPairs ? &pair : nullptr, wi);
 646                             break;
 647
 648                         case Directive::d_bondtypes:
 649                             push_bt(d, plist, 2, nullptr, batype, pline, wi);
 650                             break;
 651                         case Directive::d_constrainttypes:
 652                             push_bt(d, plist, 2, nullptr, batype, pline, wi);
 653                             break;
 654                         case Directive::d_pairtypes:
 655                             if (bGenPairs)
 656                             {
 657                                 push_nbt(d, pair, atype, pline, F_LJ14, wi);
 658                             }
 659                             else
 660                             {
 661                                 push_bt(d, plist, 2, atype, nullptr, pline, wi);
 662                             }
 663                             break;
 664                         case Directive::d_angletypes:
 665                             push_bt(d, plist, 3, nullptr, batype, pline, wi);
 666                             break;
 667                         case Directive::d_dihedraltypes:
 668                             /* Special routine that can read both 2 and 4 atom dihedral definitions. */
 669                             push_dihedraltype(d, plist, batype, pline, wi);
 670                             break;
 671
 672                         case Directive::d_nonbond_params:
 673                             push_nbt(d, nbparam, atype, pline, nb_funct, wi);
 674                             break;
 675
 676                         case Directive::d_implicit_genborn_params:
 677                             // Skip this line, so old topologies with
 678                             // GB parameters can be read.
 679                             break;
 680
 681                         case Directive::d_implicit_surface_params:
 682                             // Skip this line, so that any topologies
 683                             // with surface parameters can be read
 684                             // (even though these were never formally
 685                             // supported).
 686                             break;
 687
 688                         case Directive::d_cmaptypes:
 689                             push_cmaptype(d, plist, 5, atype, batype, pline, wi);
 690                             break;
 691
 692                         case Directive::d_moleculetype:
 693                         {
 694                             if (!bReadMolType)
 695                             {
 696                                 int ntype;
 697                                 if (opts->couple_moltype != nullptr &&
 698                                     (opts->couple_lam0 == ecouplamNONE ||
 699                                      opts->couple_lam0 == ecouplamQ ||
 700                                      opts->couple_lam1 == ecouplamNONE ||
 701                                      opts->couple_lam1 == ecouplamQ))
 702                                 {
 703                                     dcatt = add_atomtype_decoupled(symtab, atype,
 704                                                                    &nbparam, bGenPairs ? &pair : nullptr);
 705                                 }
 706                                 ntype  = get_atomtype_ntypes(atype);
 707                                 ncombs = (ntype*(ntype+1))/2;
 708                                 generate_nbparams(*combination_rule, nb_funct, &(plist[nb_funct]), atype, wi);
 709                                 ncopy = copy_nbparams(nbparam, nb_funct, &(plist[nb_funct]),
 710                                                       ntype);
 711                                 fprintf(stderr, "Generated %d of the %d non-bonded parameter combinations\n", ncombs-ncopy, ncombs);
 712                                 free_nbparam(nbparam, ntype);
 713                                 if (bGenPairs)
 714                                 {
 715                                     gen_pairs(&(plist[nb_funct]), &(plist[F_LJ14]), fudgeLJ, *combination_rule);
 716                                     ncopy = copy_nbparams(pair, nb_funct, &(plist[F_LJ14]),
 717                                                           ntype);
 718                                     fprintf(stderr, "Generated %d of the %d 1-4 parameter combinations\n", ncombs-ncopy, ncombs);
 719                                     free_nbparam(pair, ntype);
 720                                 }
 721                                 /* Copy GBSA parameters to atomtype array? */
 722
 723                                 bReadMolType = TRUE;
 724                             }
 725
 726                             push_molt(symtab, &nmol, molinfo, pline, wi);
 727                             srenew(exclusionBlocks, nmol);
 728                             exclusionBlocks[nmol-1].nr      = 0;
 729                             mi0                             = &((*molinfo)[nmol-1]);
 730                             mi0->atoms.haveMass             = TRUE;
 731                             mi0->atoms.haveCharge           = TRUE;
 732                             mi0->atoms.haveType             = TRUE;
 733                             mi0->atoms.haveBState           = TRUE;
 734                             mi0->atoms.havePdbInfo          = FALSE;
 735                             break;
 736                         }
 737                         case Directive::d_atoms:
 738                             push_atom(symtab, &(mi0->cgs), &(mi0->atoms), atype, pline, &lastcg, wi);
 739                             break;
 740
 741                         case Directive::d_pairs:
 742                             push_bond(d, plist, mi0->plist, &(mi0->atoms), atype, pline, FALSE,
 743                                       bGenPairs, *fudgeQQ, bZero, &bWarn_copy_A_B, wi);
 744                             break;
 745                         case Directive::d_pairs_nb:
 746                             push_bond(d, plist, mi0->plist, &(mi0->atoms), atype, pline, FALSE,
 747                                       FALSE, 1.0, bZero, &bWarn_copy_A_B, wi);
 748                             break;
 749
 750                         case Directive::d_vsites2:
 751                         case Directive::d_vsites3:
 752                         case Directive::d_vsites4:
 753                         case Directive::d_bonds:
 754                         case Directive::d_angles:
 755                         case Directive::d_constraints:
 756                         case Directive::d_settles:
 757                         case Directive::d_position_restraints:
 758                         case Directive::d_angle_restraints:
 759                         case Directive::d_angle_restraints_z:
 760                         case Directive::d_distance_restraints:
 761                         case Directive::d_orientation_restraints:
 762                         case Directive::d_dihedral_restraints:
 763                         case Directive::d_dihedrals:
 764                         case Directive::d_polarization:
 765                         case Directive::d_water_polarization:
 766                         case Directive::d_thole_polarization:
 767                             push_bond(d, plist, mi0->plist, &(mi0->atoms), atype, pline, TRUE,
 768                                       bGenPairs, *fudgeQQ, bZero, &bWarn_copy_A_B, wi);
 769                             break;
 770                         case Directive::d_cmap:
 771                             push_cmap(d, plist, mi0->plist, &(mi0->atoms), atype, pline, wi);
 772                             break;
 773
 774                         case Directive::d_vsitesn:
 775                             push_vsitesn(d, mi0->plist, &(mi0->atoms), pline, wi);
 776                             break;
 777                         case Directive::d_exclusions:
 778                             GMX_ASSERT(exclusionBlocks, "exclusionBlocks must always be allocated so exclusions can be processed");
 779                             if (!exclusionBlocks[nmol-1].nr)
 780                             {
 781                                 initExclusionBlocks(&(exclusionBlocks[nmol-1]), mi0->atoms.nr);
 782                             }
 783                             push_excl(pline, &(exclusionBlocks[nmol-1]), wi);
 784                             break;
 785                         case Directive::d_system:
 786                             trim(pline);
 787                             title = put_symtab(symtab, pline);
 788                             break;
 789                         case Directive::d_molecules:
 790                         {
 791                             int      whichmol;
 792                             bool     bCouple;
 793
 794                             push_mol(nmol, *molinfo, pline, &whichmol, &nrcopies, wi);
 795                             mi0 = &((*molinfo)[whichmol]);
 796                             molblock->resize(molblock->size() + 1);
 797                             molblock->back().type = whichmol;
 798                             molblock->back().nmol = nrcopies;
 799
 800                             bCouple = (opts->couple_moltype != nullptr &&
 801                                        (gmx_strcasecmp("system", opts->couple_moltype) == 0 ||
 802                                         strcmp(*(mi0->name), opts->couple_moltype) == 0));
 803                             if (bCouple)
 804                             {
 805                                 nmol_couple += nrcopies;
 806                             }
 807
 808                             if (mi0->atoms.nr == 0)
 809                             {
 810                                 gmx_fatal(FARGS, "Molecule type '%s' contains no atoms",
 811                                           *mi0->name);
 812                             }
 813                             fprintf(stderr,
 814                                     "Excluding %d bonded neighbours molecule type '%s'\n",
 815                                     mi0->nrexcl, *mi0->name);
 816                             sum_q(&mi0->atoms, nrcopies, &qt, &qBt);
 817                             if (!mi0->bProcessed)
 818                             {
 819                                 t_nextnb nnb;
 820                                 generate_excl(mi0->nrexcl,
 821                                               mi0->atoms.nr,
 822                                               mi0->plist,
 823                                               &nnb,
 824                                               &(mi0->excls));
 825                                 gmx::mergeExclusions(&(mi0->excls), &(exclusionBlocks[whichmol]));
 826                                 gmx::doneExclusionBlocks(&(exclusionBlocks[whichmol]));
 827                                 make_shake(mi0->plist, &mi0->atoms, opts->nshake);
 828
 829
 830
 831                                 done_nnb(&nnb);
 832
 833                                 if (bCouple)
 834                                 {
 835                                     convert_moltype_couple(mi0, dcatt, *fudgeQQ,
 836                                                            opts->couple_lam0, opts->couple_lam1,
 837                                                            opts->bCoupleIntra,
 838                                                            nb_funct, &(plist[nb_funct]), wi);
 839                                 }
 840                                 stupid_fill_block(&mi0->mols, mi0->atoms.nr, TRUE);
 841                                 mi0->bProcessed = TRUE;
 842                             }
 843                             break;
 844                         }
 845                         default:
 846                             fprintf (stderr, "case: %d\n", static_cast<int>(d));
 847                             gmx_incons("unknown directive");
 848                     }
 849                 }
 850             }
 851             sfree(pline);
 852             pline = nullptr;
 853         }
 854     }
 855     while (!done);
 856
 857     // Check that all strings defined with -D were used when processing topology
 858     std::string unusedDefineWarning = checkAndWarnForUnusedDefines(*handle);
 859     if (!unusedDefineWarning.empty())
 860     {
 861         warning(wi, unusedDefineWarning);
 862     }
 863
 864     sfree(cpp_opts_return);
 865
 866     if (out)
 867     {
 868         gmx_fio_fclose(out);
 869     }
 870
 871     /* List of GROMACS define names for force fields that have been
 872      * parametrized using constraints involving hydrogens only.
 873      *
 874      * We should avoid hardcoded names, but this is hopefully only
 875      * needed temparorily for discouraging use of constraints=all-bonds.
 876      */
 877     const std::array<std::string, 3> ffDefines = {
 878         "_FF_AMBER",
 879         "_FF_CHARMM",
 880         "_FF_OPLSAA"
 881     };
 882     *ffParametrizedWithHBondConstraints = false;
 883     for (const std::string &ffDefine : ffDefines)
 884     {
 885         if (cpp_find_define(&handle, ffDefine))
 886         {
 887             *ffParametrizedWithHBondConstraints = true;
 888         }
 889     }
 890
 891     cpp_done(handle);
 892
 893     if (opts->couple_moltype)
 894     {
 895         if (nmol_couple == 0)
 896         {
 897             gmx_fatal(FARGS, "Did not find any molecules of type '%s' for coupling",
 898                       opts->couple_moltype);
 899         }
 900         fprintf(stderr, "Coupling %d copies of molecule type '%s'\n",
 901                 nmol_couple, opts->couple_moltype);
 902     }
 903
 904     /* this is not very clean, but fixes core dump on empty system name */
 905     if (!title)
 906     {
 907         title = put_symtab(symtab, "");
 908     }
 909
 910     if (fabs(qt) > 1e-4)
 911     {
 912         sprintf(warn_buf, "System has non-zero total charge: %.6f\n%s\n", qt, floating_point_arithmetic_tip);
 913         warning_note(wi, warn_buf);
 914     }
 915     if (fabs(qBt) > 1e-4 && !gmx_within_tol(qBt, qt, 1e-6))
 916     {
 917         sprintf(warn_buf, "State B has non-zero total charge: %.6f\n%s\n", qBt, floating_point_arithmetic_tip);
 918         warning_note(wi, warn_buf);
 919     }
 920     if (usingFullRangeElectrostatics && (fabs(qt) > 1e-4 || fabs(qBt) > 1e-4))
 921     {
 922         warning(wi, "You are using Ewald electrostatics in a system with net charge. This can lead to severe artifacts, such as ions moving into regions with low dielectric, due to the uniform background charge. We suggest to neutralize your system with counter ions, possibly in combination with a physiological salt concentration.");
 923         please_cite(stdout, "Hub2014a");
 924     }
 925
 926     DS_Done (&DS);
 927     for (i = 0; i < nmol; i++)
 928     {
 929         gmx::doneExclusionBlocks(&(exclusionBlocks[i]));
 930     }
 931     free(exclusionBlocks);
 932
 933     done_bond_atomtype(&batype);
 934
 935     if (*intermolecular_interactions != nullptr)
 936     {
 937         sfree(mi0->atoms.atom);
 938     }
 939
 940     *nrmols = nmol;
 941
 942     return title;
 943 }
 944
 945 char **do_top(bool                          bVerbose,
 946               const char                   *topfile,
 947               const char                   *topppfile,
 948               t_gromppopts                 *opts,
 949               bool                          bZero,
 950               t_symtab                     *symtab,
 951               t_params                      plist[],
 952               int                          *combination_rule,
 953               double                       *repulsion_power,
 954               real                         *fudgeQQ,
 955               gpp_atomtype                 *atype,
 956               int                          *nrmols,
 957               t_molinfo                   **molinfo,
 958               t_molinfo                   **intermolecular_interactions,
 959               const t_inputrec             *ir,
 960               std::vector<gmx_molblock_t>  *molblock,
 961               bool                         *ffParametrizedWithHBondConstraints,
 962               warninp                      *wi)
 963 {
 964     /* Tmpfile might contain a long path */
 965     const char *tmpfile;
 966     char      **title;
 967
 968     if (topppfile)
 969     {
 970         tmpfile = topppfile;
 971     }
 972     else
 973     {
 974         tmpfile = nullptr;
 975     }
 976
 977     if (bVerbose)
 978     {
 979         printf("processing topology...\n");
 980     }
 981     title = read_topol(topfile, tmpfile, opts->define, opts->include,
 982                        symtab, atype,
 983                        nrmols, molinfo, intermolecular_interactions,
 984                        plist, combination_rule, repulsion_power,
 985                        opts, fudgeQQ, molblock,
 986                        ffParametrizedWithHBondConstraints,
 987                        ir->efep != efepNO, bZero,
 988                        EEL_FULL(ir->coulombtype), wi);
 989
 990     if ((*combination_rule != eCOMB_GEOMETRIC) &&
 991         (ir->vdwtype == evdwUSER))
 992     {
 993         warning(wi, "Using sigma/epsilon based combination rules with"
 994                 " user supplied potential function may produce unwanted"
 995                 " results");
 996     }
 997
 998     return title;
 999 }
1000
1001 /*! \brief
1002  * Generate exclusion lists for QM/MM.
1003  *
1004  * This routine updates the exclusion lists for QM atoms in order to include all other QM
1005  * atoms of this molecule. Moreover, this routine replaces bonds between QM atoms with
1006  * CONNBOND and, when MiMiC is not used, removes bonded interactions between QM and link atoms.
1007  * Finally, in case if MiMiC QM/MM is used - charges of QM atoms are set to 0
1008  *
1009  * @param molt molecule type with QM atoms
1010  * @param grpnr group informatio
1011  * @param ir input record
1012  * @param qmmmMode QM/MM mode switch: original/MiMiC
1013  */
1014 static void generate_qmexcl_moltype(gmx_moltype_t *molt, const unsigned char *grpnr,
1015                                     t_inputrec *ir, GmxQmmmMode qmmmMode)
1016 {
1017     /* This routine expects molt->ilist to be of size F_NRE and ordered. */
1018
1019     /* generates the exclusions between the individual QM atoms, as
1020      * these interactions should be handled by the QM subroutines and
1021      * not by the gromacs routines
1022      */
1023     int       qm_max = 0, qm_nr = 0, link_nr = 0, link_max = 0;
1024     int      *qm_arr = nullptr, *link_arr = nullptr;
1025     bool     *bQMMM, *blink;
1026
1027     /* First we search and select the QM atoms in an qm_arr array that
1028      * we use to create the exclusions.
1029      *
1030      * we take the possibility into account that a user has defined more
1031      * than one QM group:
1032      *
1033      * for that we also need to do this an ugly work-about just in case
1034      * the QM group contains the entire system...
1035      */
1036
1037     /* we first search for all the QM atoms and put them in an array
1038      */
1039     for (int j = 0; j < ir->opts.ngQM; j++)
1040     {
1041         for (int i = 0; i < molt->atoms.nr; i++)
1042         {
1043             if (qm_nr >= qm_max)
1044             {
1045                 qm_max += 100;
1046                 srenew(qm_arr, qm_max);
1047             }
1048             if ((grpnr ? grpnr[i] : 0) == j)
1049             {
1050                 qm_arr[qm_nr++]        = i;
1051                 molt->atoms.atom[i].q  = 0.0;
1052                 molt->atoms.atom[i].qB = 0.0;
1053             }
1054         }
1055     }
1056     /* bQMMM[..] is an array containin TRUE/FALSE for atoms that are
1057      * QM/not QM. We first set all elements to false. Afterwards we use
1058      * the qm_arr to change the elements corresponding to the QM atoms
1059      * to TRUE.
1060      */
1061     snew(bQMMM, molt->atoms.nr);
1062     for (int i = 0; i < molt->atoms.nr; i++)
1063     {
1064         bQMMM[i] = FALSE;
1065     }
1066     for (int i = 0; i < qm_nr; i++)
1067     {
1068         bQMMM[qm_arr[i]] = TRUE;
1069     }
1070
1071     /* We remove all bonded interactions (i.e. bonds,
1072      * angles, dihedrals, 1-4's), involving the QM atoms. The way they
1073      * are removed is as follows: if the interaction invloves 2 atoms,
1074      * it is removed if both atoms are QMatoms. If it involves 3 atoms,
1075      * it is removed if at least two of the atoms are QM atoms, if the
1076      * interaction involves 4 atoms, it is removed if there are at least
1077      * 2 QM atoms.  Since this routine is called once before any forces
1078      * are computed, the top->idef.il[N].iatom[] array (see idef.h) can
1079      * be rewritten at this poitn without any problem. 25-9-2002 */
1080
1081     /* first check whether we already have CONNBONDS.
1082      * Note that if we don't, we don't add a param entry and set ftype=0,
1083      * which is ok, since CONNBONDS does not use parameters.
1084      */
1085     int ftype_connbond = 0;
1086     int ind_connbond   = 0;
1087     if (molt->ilist[F_CONNBONDS].size() != 0)
1088     {
1089         fprintf(stderr, "nr. of CONNBONDS present already: %d\n",
1090                 molt->ilist[F_CONNBONDS].size()/3);
1091         ftype_connbond = molt->ilist[F_CONNBONDS].iatoms[0];
1092         ind_connbond   = molt->ilist[F_CONNBONDS].size();
1093     }
1094     /* now we delete all bonded interactions, except the ones describing
1095      * a chemical bond. These are converted to CONNBONDS
1096      */
1097     for (int ftype = 0; ftype < F_NRE; ftype++)
1098     {
1099         if (!(interaction_function[ftype].flags & IF_BOND) ||
1100             ftype == F_CONNBONDS)
1101         {
1102             continue;
1103         }
1104         int nratoms = interaction_function[ftype].nratoms;
1105         int j       = 0;
1106         while (j < molt->ilist[ftype].size())
1107         {
1108             bool bexcl;
1109
1110             if (nratoms == 2)
1111             {
1112                 /* Remove an interaction between two atoms when both are
1113                  * in the QM region. Note that we don't have to worry about
1114                  * link atoms here, as they won't have 2-atom interactions.
1115                  */
1116                 int a1 = molt->ilist[ftype].iatoms[1 + j + 0];
1117                 int a2 = molt->ilist[ftype].iatoms[1 + j + 1];
1118                 bexcl  = (bQMMM[a1] && bQMMM[a2]);
1119                 /* A chemical bond between two QM atoms will be copied to
1120                  * the F_CONNBONDS list, for reasons mentioned above.
1121                  */
1122                 if (bexcl && IS_CHEMBOND(ftype))
1123                 {
1124                     InteractionList &ilist = molt->ilist[F_CONNBONDS];
1125                     ilist.iatoms.resize(ind_connbond + 3);
1126                     ilist.iatoms[ind_connbond++]  = ftype_connbond;
1127                     ilist.iatoms[ind_connbond++]  = a1;
1128                     ilist.iatoms[ind_connbond++]  = a2;
1129                 }
1130             }
1131             else
1132             {
1133                 /* MM interactions have to be excluded if they are included
1134                  * in the QM already. Because we use a link atom (H atom)
1135                  * when the QM/MM boundary runs through a chemical bond, this
1136                  * means that as long as one atom is MM, we still exclude,
1137                  * as the interaction is included in the QM via:
1138                  * QMatom1-QMatom2-QMatom-3-Linkatom.
1139                  */
1140                 int numQmAtoms = 0;
1141                 for (int jj = j + 1; jj < j + 1 + nratoms; jj++)
1142                 {
1143                     if (bQMMM[molt->ilist[ftype].iatoms[jj]])
1144                     {
1145                         numQmAtoms++;
1146                     }
1147                 }
1148
1149                 /* MiMiC treats link atoms as quantum atoms - therefore
1150                  * we do not need do additional exclusions here */
1151                 if (qmmmMode == GmxQmmmMode::GMX_QMMM_MIMIC)
1152                 {
1153                     bexcl = numQmAtoms == nratoms;
1154                 }
1155                 else
1156                 {
1157                     bexcl = (numQmAtoms >= nratoms - 1);
1158                 }
1159
1160                 if (bexcl && ftype == F_SETTLE)
1161                 {
1162                     gmx_fatal(FARGS, "Can not apply QM to molecules with SETTLE, replace the moleculetype using QM and SETTLE by one without SETTLE");
1163                 }
1164             }
1165             if (bexcl)
1166             {
1167                 /* since the interaction involves QM atoms, these should be
1168                  * removed from the MM ilist
1169                  */
1170                 InteractionList &ilist = molt->ilist[ftype];
1171                 for (int k = j; k < ilist.size() - (nratoms + 1); k++)
1172                 {
1173                     ilist.iatoms[k] = ilist.iatoms[k + (nratoms + 1)];
1174                 }
1175                 ilist.iatoms.resize(ilist.size() - (nratoms + 1));
1176             }
1177             else
1178             {
1179                 j += nratoms+1; /* the +1 is for the functype */
1180             }
1181         }
1182     }
1183     /* Now, we search for atoms bonded to a QM atom because we also want
1184      * to exclude their nonbonded interactions with the QM atoms. The
1185      * reason for this is that this interaction is accounted for in the
1186      * linkatoms interaction with the QMatoms and would be counted
1187      * twice.  */
1188
1189     if (qmmmMode != GmxQmmmMode::GMX_QMMM_MIMIC)
1190     {
1191         for (int i = 0; i < F_NRE; i++)
1192         {
1193             if (IS_CHEMBOND(i))
1194             {
1195                 int j = 0;
1196                 while (j < molt->ilist[i].size())
1197                 {
1198                     int a1 = molt->ilist[i].iatoms[j + 1];
1199                     int a2 = molt->ilist[i].iatoms[j + 2];
1200                     if ((bQMMM[a1] && !bQMMM[a2]) || (!bQMMM[a1] && bQMMM[a2]))
1201                     {
1202                         if (link_nr >= link_max)
1203                         {
1204                             link_max += 10;
1205                             srenew(link_arr, link_max);
1206                         }
1207                         if (bQMMM[a1])
1208                         {
1209                             link_arr[link_nr++] = a2;
1210                         }
1211                         else
1212                         {
1213                             link_arr[link_nr++] = a1;
1214                         }
1215                     }
1216                     j += 3;
1217                 }
1218             }
1219         }
1220     }
1221     snew(blink, molt->atoms.nr);
1222     for (int i = 0; i < molt->atoms.nr; i++)
1223     {
1224         blink[i] = FALSE;
1225     }
1226
1227     if (qmmmMode != GmxQmmmMode::GMX_QMMM_MIMIC)
1228     {
1229         for (int i = 0; i < link_nr; i++)
1230         {
1231             blink[link_arr[i]] = TRUE;
1232         }
1233     }
1234     /* creating the exclusion block for the QM atoms. Each QM atom has
1235      * as excluded elements all the other QMatoms (and itself).
1236      */
1237     t_blocka  qmexcl;
1238     qmexcl.nr  = molt->atoms.nr;
1239     qmexcl.nra = qm_nr*(qm_nr+link_nr)+link_nr*qm_nr;
1240     snew(qmexcl.index, qmexcl.nr+1);
1241     snew(qmexcl.a, qmexcl.nra);
1242     int j = 0;
1243     for (int i = 0; i < qmexcl.nr; i++)
1244     {
1245         qmexcl.index[i] = j;
1246         if (bQMMM[i])
1247         {
1248             for (int k = 0; k < qm_nr; k++)
1249             {
1250                 qmexcl.a[k+j] = qm_arr[k];
1251             }
1252             for (int k = 0; k < link_nr; k++)
1253             {
1254                 qmexcl.a[qm_nr+k+j] = link_arr[k];
1255             }
1256             j += (qm_nr+link_nr);
1257         }
1258         if (blink[i])
1259         {
1260             for (int k = 0; k < qm_nr; k++)
1261             {
1262                 qmexcl.a[k+j] = qm_arr[k];
1263             }
1264             j += qm_nr;
1265         }
1266     }
1267     qmexcl.index[qmexcl.nr] = j;
1268
1269     /* and merging with the exclusions already present in sys.
1270      */
1271
1272     gmx::ExclusionBlocks  qmexcl2;
1273     initExclusionBlocks(&qmexcl2, molt->atoms.nr);
1274     gmx::blockaToExclusionBlocks(&qmexcl, &qmexcl2);
1275     gmx::mergeExclusions(&(molt->excls), &qmexcl2);
1276     gmx::doneExclusionBlocks(&qmexcl2);
1277
1278     /* Finally, we also need to get rid of the pair interactions of the
1279      * classical atom bonded to the boundary QM atoms with the QMatoms,
1280      * as this interaction is already accounted for by the QM, so also
1281      * here we run the risk of double counting! We proceed in a similar
1282      * way as we did above for the other bonded interactions: */
1283     for (int i = F_LJ14; i < F_COUL14; i++)
1284     {
1285         int nratoms = interaction_function[i].nratoms;
1286         int j       = 0;
1287         while (j < molt->ilist[i].size())
1288         {
1289             int  a1    = molt->ilist[i].iatoms[j+1];
1290             int  a2    = molt->ilist[i].iatoms[j+2];
1291             bool bexcl = ((bQMMM[a1] && bQMMM[a2]) ||
1292                           (blink[a1] && bQMMM[a2]) ||
1293                           (bQMMM[a1] && blink[a2]));
1294             if (bexcl)
1295             {
1296                 /* since the interaction involves QM atoms, these should be
1297                  * removed from the MM ilist
1298                  */
1299                 InteractionList &ilist = molt->ilist[i];
1300                 for (int k = j; k < ilist.size() - (nratoms + 1); k++)
1301                 {
1302                     ilist.iatoms[k] = ilist.iatoms[k + (nratoms + 1)];
1303                 }
1304                 ilist.iatoms.resize(ilist.size() - (nratoms + 1));
1305             }
1306             else
1307             {
1308                 j += nratoms+1; /* the +1 is for the functype */
1309             }
1310         }
1311     }
1312
1313     free(qm_arr);
1314     free(bQMMM);
1315     free(link_arr);
1316     free(blink);
1317 } /* generate_qmexcl */
1318
1319 void generate_qmexcl(gmx_mtop_t *sys, t_inputrec *ir, warninp *wi, GmxQmmmMode qmmmMode)
1320 {
1321     /* This routine expects molt->molt[m].ilist to be of size F_NRE and ordered.
1322      */
1323
1324     unsigned char   *grpnr;
1325     int              mol, nat_mol, nr_mol_with_qm_atoms = 0;
1326     gmx_molblock_t  *molb;
1327     bool             bQMMM;
1328     int              index_offset = 0;
1329     int              qm_nr        = 0;
1330
1331     grpnr = sys->groups.grpnr[egcQMMM];
1332
1333     for (size_t mb = 0; mb < sys->molblock.size(); mb++)
1334     {
1335         molb    = &sys->molblock[mb];
1336         nat_mol = sys->moltype[molb->type].atoms.nr;
1337         for (mol = 0; mol < molb->nmol; mol++)
1338         {
1339             bQMMM = FALSE;
1340             for (int i = 0; i < nat_mol; i++)
1341             {
1342                 if ((grpnr ? grpnr[i] : 0) < (ir->opts.ngQM))
1343                 {
1344                     bQMMM                    = TRUE;
1345                     qm_nr++;
1346                 }
1347             }
1348
1349             if (bQMMM)
1350             {
1351                 nr_mol_with_qm_atoms++;
1352                 if (molb->nmol > 1)
1353                 {
1354                     /* We need to split this molblock */
1355                     if (mol > 0)
1356                     {
1357                         /* Split the molblock at this molecule */
1358                         auto pos = sys->molblock.begin() + mb + 1;
1359                         sys->molblock.insert(pos, sys->molblock[mb]);
1360                         sys->molblock[mb  ].nmol  = mol;
1361                         sys->molblock[mb+1].nmol -= mol;
1362                         mb++;
1363                         molb = &sys->molblock[mb];
1364                     }
1365                     if (molb->nmol > 1)
1366                     {
1367                         /* Split the molblock after this molecule */
1368                         auto pos = sys->molblock.begin() + mb + 1;
1369                         sys->molblock.insert(pos, sys->molblock[mb]);
1370                         molb = &sys->molblock[mb];
1371                         sys->molblock[mb  ].nmol  = 1;
1372                         sys->molblock[mb+1].nmol -= 1;
1373                     }
1374
1375                     /* Create a copy of a moltype for a molecule
1376                      * containing QM atoms and append it in the end of the list
1377                      */
1378                     std::vector<gmx_moltype_t> temp(sys->moltype.size());
1379                     for (size_t i = 0; i < sys->moltype.size(); ++i)
1380                     {
1381                         copy_moltype(&sys->moltype[i], &temp[i]);
1382                     }
1383                     sys->moltype.resize(sys->moltype.size() + 1);
1384                     for (size_t i = 0; i < temp.size(); ++i)
1385                     {
1386                         copy_moltype(&temp[i], &sys->moltype[i]);
1387                     }
1388                     copy_moltype(&sys->moltype[molb->type], &sys->moltype.back());
1389                     /* Copy the exclusions to a new array, since this is the only
1390                      * thing that needs to be modified for QMMM.
1391                      */
1392                     copy_blocka(&sys->moltype[molb->type].excls,
1393                                 &sys->moltype.back().excls);
1394                     /* Set the molecule type for the QMMM molblock */
1395                     molb->type = sys->moltype.size() - 1;
1396                 }
1397                 generate_qmexcl_moltype(&sys->moltype[molb->type], grpnr, ir, qmmmMode);
1398             }
1399             if (grpnr)
1400             {
1401                 grpnr += nat_mol;
1402             }
1403             index_offset += nat_mol;
1404         }
1405     }
1406     if (qmmmMode == GmxQmmmMode::GMX_QMMM_ORIGINAL &&
1407         nr_mol_with_qm_atoms > 1)
1408     {
1409         /* generate a warning is there are QM atoms in different
1410          * topologies. In this case it is not possible at this stage to
1411          * mutualy exclude the non-bonded interactions via the
1412          * exclusions (AFAIK). Instead, the user is advised to use the
1413          * energy group exclusions in the mdp file
1414          */
1415         warning_note(wi,
1416                      "\nThe QM subsystem is divided over multiple topologies. "
1417                      "The mutual non-bonded interactions cannot be excluded. "
1418                      "There are two ways to achieve this:\n\n"
1419                      "1) merge the topologies, such that the atoms of the QM "
1420                      "subsystem are all present in one single topology file. "
1421                      "In this case this warning will dissappear\n\n"
1422                      "2) exclude the non-bonded interactions explicitly via the "
1423                      "energygrp-excl option in the mdp file. if this is the case "
1424                      "this warning may be ignored"
1425                      "\n\n");
1426     }
1427 }