src/gromacs/mdspan/layouts.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2018,2019, 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 /*
  36  * This file is a modified version of original work of Sandia Corporation.
  37  * In the spirit of the original code, this particular file can be distributed
  38  * on the terms of Sandia Corporation.
  39  */
  40 /*
  41  *                          Kokkos v. 2.0
  42  *               Copyright (2014) Sandia Corporation
  43  *
  44  * Under the terms of Contract DE-AC04-94AL85000 with Sandia Corporation,
  45  * the U.S. Government retains certain rights in this software.
  46  *
  47  * Kokkos is licensed under 3-clause BSD terms of use:
  48  *
  49  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  50  * modification, are permitted provided that the following conditions are
  51  * met:
  52  *
  53  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  54  * notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  55  *
  56  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  57  * notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  58  * documentation and/or other materials provided with the distribution.
  59  *
  60  * 3. Neither the name of the Corporation nor the names of the
  61  * contributors may be used to endorse or promote products derived from
  62  * this software without specific prior written permission.
  63  *
  64  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY SANDIA CORPORATION "AS IS" AND ANY
  65  * EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  66  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  67  * PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL SANDIA CORPORATION OR THE
  68  * CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  69  * EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  70  * PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  71  * PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  72  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  73  * NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  74  * SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  75  *
  76  * Questions? Contact Christian R. Trott (crtrott@sandia.gov)
  77  */
  78 /*! \libinternal \file
  79  * \brief Declares gmx::layout_right for mdspan.
  80  *
  81  * \author David Hollman <dshollm@sandia.gov>
  82  * \author Christian Blau <cblau@gwdg.de>
  83  * \ingroup mdspan
  84  */
  85 #ifndef MDSPAN_LAYOUTS_H
  86 #define MDSPAN_LAYOUTS_H
  87 #include <cstddef>
  88
  89 #include <type_traits>
  90
  91 namespace gmx
  92 {
  93
  94 /*! \libinternal \brief Right-aligned array layout indexer.
  95  * Carries the mapping class performing the translation from multidimensional
  96  * index to one-dimensional number.
  97  */
  98 class layout_right
  99 {
 100
 101 public:
 102     /*! \libinternal \brief Mapping from multidimensional indices within extents to 1D index.
 103      * \tparam Extents the extents of the multidimensional integers for the mapping.
 104      */
 105     template<class Extents>
 106     class mapping
 107     {
 108     private:
 109         //! The extents.
 110         Extents m_extents;
 111
 112     public:
 113         //! exposing the type of indices
 114         using index_type = ptrdiff_t;
 115         //! exposing the type of the extents
 116         using extents_type = Extents;
 117         //! Default constructor.
 118         constexpr mapping() noexcept = default;
 119         //! Default move constructor.
 120         constexpr mapping(mapping&&) noexcept = default;
 121         //! Default copy constructor.
 122         constexpr mapping(const mapping&) noexcept = default;
 123         //! Default move assignment
 124         mapping& operator=(mapping&&) noexcept = default;
 125         //! Default copy assignment
 126         mapping& operator=(const mapping&) noexcept = default;
 127         /*! \brief Construct mapping, setting extents
 128          * \param[in] ext the extents
 129          */
 130         constexpr mapping(const Extents& ext) noexcept : m_extents(ext) {}
 131         /*! \brief Return the extents.
 132          * \returns extents
 133          */
 134         constexpr const Extents& extents() const noexcept { return m_extents; }
 135
 136     private:
 137         /* \brief End recursion helper function for static offset calculation.
 138          * \param[in] sum The accumulated offset over all dimensions
 139          * \returns The offset.
 140          */
 141         static constexpr index_type offset(const size_t /*r*/, const ptrdiff_t sum) { return sum; }
 142
 143         /* \brief Statically calculate offset from index and extent.
 144          * For a multidimensional index (i0,i1,..,in), in a right memory
 145          * layout, 'i0' denotes the slowest moving dimension and
 146          * 'in' the fastest moving dimension.
 147          * The overall offset within extents N = (N0,..,Nn) is then
 148          * offest = i0 * N1 * .. * Nn + i1 * N2 * .. * Nn + in-1 * Nn + in
 149          *        = (((i0*N1+i1)*N2+i2)*N3+i3) ...
 150          * \param[in] r current rank
 151          * \param[in] sum current sum up to this rank
 152          * \param[in] i index
 153          * \oaram[in] indices The rest of the paramter pack.
 154          * \returns The offset.
 155          */
 156         template<class... Indices>
 157         inline constexpr index_type
 158         offset(const size_t r, ptrdiff_t sum, const index_type i, Indices... indices) const noexcept
 159         {
 160             return offset(r + 1, sum * m_extents.extent(r) + i, indices...);
 161         }
 162
 163     public:
 164         /*! \brief Return the size of the underlying one-dimensional
 165          * data structure, so that the mapping is always valid.
 166          *
 167          * \returns number of span elements
 168          */
 169         constexpr index_type required_span_size() const noexcept
 170         {
 171             index_type size = 1;
 172             for (size_t r = 0; r < m_extents.rank(); r++)
 173             {
 174                 size *= m_extents.extent(r);
 175             }
 176             return size;
 177         }
 178
 179         /*! \brief Map the multidimensional indices to 1D.
 180          * Requires number of indicies have the same dimensionality as the mapping.
 181          * \tparam Indices type of the indices to be mapped
 182          * \param[in] indices the indices to be mapped
 183          * \returns One-dimensional integer index.
 184          */
 185         template<class... Indices>
 186         std::enable_if_t<sizeof...(Indices) == Extents::rank(), index_type> constexpr
 187         operator()(Indices... indices) const noexcept
 188         {
 189             return offset(0, 0, indices...);
 190         }
 191
 192         //! Report that this mapping is always unique.
 193         static constexpr bool is_always_unique() noexcept { return true; }
 194         //! Report that this mapping is always contiguous.
 195         static constexpr bool is_always_contiguous() noexcept { return true; }
 196         //! Report that this mapping is always strided.
 197         static constexpr bool is_always_strided() noexcept { return true; }
 198
 199         //! Report that this mapping is unique.
 200         constexpr bool is_unique() const noexcept { return true; }
 201         //! Report that this mapping is contiguous.
 202         constexpr bool is_contiguous() const noexcept { return true; }
 203         //! Report that this mapping is strided.
 204         constexpr bool is_strided() const noexcept { return true; }
 205         /*!\brief Return the stride of dimension r.
 206          * \param[in] R rank of the stride to be queried.
 207          * \returns the stride along dimension r.
 208          */
 209         constexpr index_type stride(const size_t R) const noexcept
 210         {
 211             ptrdiff_t stride = 1;
 212             for (size_t r = m_extents.rank() - 1; r > R; r--)
 213             {
 214                 stride *= m_extents.extent(r);
 215             }
 216             return stride;
 217         }
 218
 219     }; // class mapping
 220
 221 }; // class layout_right
 222
 223 } // namespace gmx
 224 #endif /* end of include guard: MDSPAN_LAYOUTS_H */