src/gromacs/mdtypes/iforceprovider.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2016,2017,2018,2019,2021, 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 /*! \libinternal \file
  36  * \brief
  37  * Declares gmx::IForceProvider and ForceProviders.
  38  *
  39  * See \ref page_mdmodules for an overview of this and associated interfaces.
  40  *
  41  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  42  * \author Carsten Kutzner <ckutzne@gwdg.de>
  43  * \inlibraryapi
  44  * \ingroup module_mdtypes
  45  */
  46 #ifndef GMX_MDTYPES_IFORCEPROVIDER_H
  47 #define GMX_MDTYPES_IFORCEPROVIDER_H
  48
  49 #include <memory>
  50
  51 #include "gromacs/math/vec.h"
  52 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  53 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  54
  55 struct gmx_enerdata_t;
  56 struct t_commrec;
  57 struct t_forcerec;
  58
  59 namespace gmx
  60 {
  61
  62 template<typename T>
  63 class ArrayRef;
  64 class ForceWithVirial;
  65
  66
  67 /*! \libinternal \brief
  68  * Helper struct that bundles data for passing it over to the force providers
  69  *
  70  * This is a short-lived container that bundles up all necessary input data for the
  71  * force providers. Its only purpose is to allow calling forceProviders->calculateForces()
  72  * with just two arguments, one being the container for the input data,
  73  * the other the container for the output data.
  74  *
  75  * Both ForceProviderInput as well as ForceProviderOutput only package existing
  76  * data structs together for handing it over to calculateForces(). Apart from the
  77  * POD entries they own nothing.
  78  */
  79 class ForceProviderInput
  80 {
  81 public:
  82     /*! \brief Constructor assembles all necessary force provider input data
  83      *
  84      * \param[in]  x        Atomic positions.
  85      * \param[in]  homenr   Number of atoms on the domain.
  86      * \param[in]  chargeA  Atomic charges for atoms on the domain.
  87      * \param[in]  massT    Atomic masses for atoms on the domain.
  88      * \param[in]  time     The current time in the simulation.
  89      * \param[in]  box      The simulation box.
  90      * \param[in]  cr       Communication record structure.
  91      */
  92     ForceProviderInput(ArrayRef<const RVec> x,
  93                        int                  homenr,
  94                        ArrayRef<const real> chargeA,
  95                        ArrayRef<const real> massT,
  96                        double               time,
  97                        const matrix         box,
  98                        const t_commrec&     cr) :
  99         x_(x),
 100         homenr_(homenr),
 101         chargeA_(chargeA),
 102         massT_(massT),
 103         t_(time),
 104         cr_(cr)
 105     {
 106         copy_mat(box, box_);
 107     }
 108
 109     ArrayRef<const RVec> x_; //!< The atomic positions
 110     int                  homenr_;
 111     ArrayRef<const real> chargeA_;
 112     ArrayRef<const real> massT_;
 113     double               t_; //!< The current time in the simulation
 114     matrix               box_ = { { 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0 }, { 0, 0, 0 } }; //!< The simulation box
 115     const t_commrec&     cr_; //!< Communication record structure
 116 };
 117
 118 /*! \brief Take pointer, check if valid, return reference
 119  */
 120 template<class T>
 121 T& makeRefFromPointer(T* ptr)
 122 {
 123     GMX_ASSERT(ptr != nullptr, "got null pointer");
 124     return *ptr;
 125 }
 126
 127 /*! \libinternal \brief
 128  * Helper struct bundling the output data of a force provider
 129  *
 130  * Same as for the ForceProviderInput class, but these variables can be written as well.
 131  */
 132 class ForceProviderOutput
 133 {
 134 public:
 135     /*! \brief Constructor assembles all necessary force provider output data
 136      *
 137      * \param[in,out]  forceWithVirial  Container for force and virial
 138      * \param[in,out]  enerd            Structure containing energy data
 139      */
 140     ForceProviderOutput(ForceWithVirial* forceWithVirial, gmx_enerdata_t* enerd) :
 141         forceWithVirial_(makeRefFromPointer(forceWithVirial)),
 142         enerd_(makeRefFromPointer(enerd))
 143     {
 144     }
 145
 146     ForceWithVirial& forceWithVirial_; //!< Container for force and virial
 147     gmx_enerdata_t&  enerd_;           //!< Structure containing energy data
 148 };
 149
 150
 151 /*! \libinternal \brief
 152  * Interface for a component that provides forces during MD.
 153  *
 154  * Modules implementing IMDModule generally implement this internally, and use
 155  * IMDModule::initForceProviders() to register their implementation in
 156  * ForceProviders.
 157  *
 158  * The interface most likely requires additional generalization for use in
 159  * other modules than the current electric field implementation.
 160  *
 161  * The forces that are produced by force providers are not taken into account
 162  * in the calculation of the virial. When applicable, the provider should
 163  * compute its own virial contribution.
 164  *
 165  * \inlibraryapi
 166  * \ingroup module_mdtypes
 167  */
 168 class IForceProvider
 169 {
 170 public:
 171     /*! \brief
 172      * Computes forces.
 173      *
 174      * \param[in]    forceProviderInput    struct that collects input data for the force providers
 175      * \param[in,out] forceProviderOutput   struct that collects output data of the force providers
 176      */
 177     virtual void calculateForces(const ForceProviderInput& forceProviderInput,
 178                                  ForceProviderOutput*      forceProviderOutput) = 0;
 179
 180 protected:
 181     ~IForceProvider() {}
 182 };
 183
 184 /*! \libinternal \brief
 185  * Evaluates forces from a collection of gmx::IForceProvider.
 186  *
 187  * \inlibraryapi
 188  * \ingroup module_mdtypes
 189  */
 190 class ForceProviders
 191 {
 192 public:
 193     ForceProviders();
 194     ~ForceProviders();
 195
 196     /*! \brief
 197      * Adds a provider.
 198      */
 199     void addForceProvider(gmx::IForceProvider* provider);
 200
 201     //! Whether there are modules added.
 202     bool hasForceProvider() const;
 203
 204     //! Computes forces.
 205     void calculateForces(const gmx::ForceProviderInput& forceProviderInput,
 206                          gmx::ForceProviderOutput*      forceProviderOutput) const;
 207
 208 private:
 209     class Impl;
 210
 211     std::unique_ptr<Impl> impl_;
 212 };
 213
 214 } // namespace gmx
 215
 216 #endif