Replace direct uses of gmx::File with streams
[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / selection / parsetree.cpp
1 /*
2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
3  *
4  * Copyright (c) 2009,2010,2011,2012,2013,2014,2015, 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 /*! \internal \file
36  * \brief
37  * Implements functions in parsetree.h.
38  *
39  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
40  * \ingroup module_selection
41  */
42 /*! \internal
43  * \page page_module_selection_parser Selection parsing
44  *
45  * The selection parser is implemented in the following files:
46  *  - scanner.l:
47  *    Tokenizer implemented using Flex, splits the input into tokens
48  *    (scanner.c and scanner_flex.h are generated from this file).
49  *  - scanner.h, scanner_internal.h, scanner_internal.cpp:
50  *    Helper functions for scanner.l and for interfacing between
51  *    scanner.l and parser.y. Functions in scanner_internal.h are only
52  *    used from scanner.l, while scanner.h is used from the parser.
53  *  - symrec.h, symrec.cpp:
54  *    Functions used by the tokenizer to handle the symbol table, i.e.,
55  *    the recognized keywords. Some basic keywords are hardcoded into
56  *    scanner.l, but all method and variable references go through the
57  *    symbol table, as do position evaluation keywords.
58  *  - parser.y:
59  *    Semantic rules for parsing the grammar
60  *    (parser.cpp and parser.h are generated from this file by Bison).
61  *  - parsetree.h, parsetree.cpp:
62  *    Functions called from actions in parser.y to construct the
63  *    evaluation elements corresponding to different grammar elements.
64  *  - params.c:
65  *    Defines a function that processes the parameters of selection
66  *    methods and initializes the children of the method element.
67  *  - selectioncollection.h, selectioncollection.cpp:
68  *    These files define the high-level public interface to the parser
69  *    through SelectionCollection::parseFromStdin(),
70  *    SelectionCollection::parseFromFile() and
71  *    SelectionCollection::parseFromString().
72  *
73  * The basic control flow in the parser is as follows: when a parser function
74  * in SelectionCollection gets called, it performs some
75  * initialization, and then calls the _gmx_sel_yyparse() function generated
76  * by Bison. This function then calls _gmx_sel_yylex() to repeatedly read
77  * tokens from the input (more complex tasks related to token recognition
78  * and bookkeeping are done by functions in scanner_internal.cpp) and uses the
79  * grammar rules to decide what to do with them. Whenever a grammar rule
80  * matches, a corresponding function in parsetree.cpp is called to construct
81  * either a temporary representation for the object or a
82  * gmx::SelectionTreeElement object
83  * (some simple rules are handled internally in parser.y).
84  * When a complete selection has been parsed, the functions in parsetree.cpp
85  * also take care of updating the ::gmx_ana_selcollection_t structure
86  * appropriately.
87  *
88  * The rest of this page describes the resulting gmx::SelectionTreeElement
89  * object tree.
90  * Before the selections can be evaluated, this tree needs to be passed to
91  * the selection compiler, which is described on a separate page:
92  * \ref page_module_selection_compiler
93  *
94  *
95  * \section selparser_tree Element tree constructed by the parser
96  *
97  * The parser initializes the following fields in all selection elements:
98  * gmx::SelectionTreeElement::name, gmx::SelectionTreeElement::type,
99  * gmx::SelectionTreeElement::v\c .type,
100  * gmx::SelectionTreeElement::flags, gmx::SelectionTreeElement::child, and
101  * gmx::SelectionTreeElement::next.
102  * Some other fields are also initialized for particular element types as
103  * discussed below.
104  * Fields that are not initialized are set to zero, NULL, or other similar
105  * value.
106  *
107  *
108  * \subsection selparser_tree_root Root elements
109  *
110  * The parser creates a \ref SEL_ROOT selection element for each variable
111  * assignment and each selection. However, there are two exceptions that do
112  * not result in a \ref SEL_ROOT element (in these cases, only the symbol
113  * table is modified):
114  *  - Variable assignments that assign a variable to another variable.
115  *  - Variable assignments that assign a non-group constant.
116  *  .
117  * The \ref SEL_ROOT elements are linked together in a chain in the same order
118  * as in the input.
119  *
120  * The children of the \ref SEL_ROOT elements can be used to distinguish
121  * the two types of root elements from each other:
122  *  - For variable assignments, the first and only child is always
123  *    a \ref SEL_SUBEXPR element.
124  *  - For selections, the first child is a \ref SEL_EXPRESSION or a
125  *    \ref SEL_MODIFIER element that evaluates the final positions (if the
126  *    selection defines a constant position, the child is a \ref SEL_CONST).
127  *    The rest of the children are \ref SEL_MODIFIER elements with
128  *    \ref NO_VALUE, in the order given by the user.
129  *  .
130  * The name of the selection/variable is stored in
131  * gmx::SelectionTreeElement::cgrp\c .name.
132  * It is set to either the name provided by the user or the selection string
133  * for selections not explicitly named by the user.
134  * \ref SEL_ROOT or \ref SEL_SUBEXPR elements do not appear anywhere else.
135  *
136  *
137  * \subsection selparser_tree_const Constant elements
138  *
139  * \ref SEL_CONST elements are created for every constant that is required
140  * for later evaluation.
141  * Currently, \ref SEL_CONST elements can be present for
142  *  - selections that consist of a constant position,
143  *  - \ref GROUP_VALUE method parameters if provided using external index
144  *    groups,
145  *  .
146  * For group-valued elements, the value is stored in
147  * gmx::SelectionTreeElement::cgrp; other types of values are stored in
148  * gmx::SelectionTreeElement::v.
149  * Constants that appear as parameters for selection methods are not present
150  * in the selection tree unless they have \ref GROUP_VALUE.
151  * \ref SEL_CONST elements have no children.
152  *
153  *
154  * \subsection selparser_tree_method Method evaluation elements
155  *
156  * \ref SEL_EXPRESSION and \ref SEL_MODIFIER elements are treated very
157  * similarly. The \c gmx_ana_selmethod_t structure corresponding to the
158  * evaluation method is in gmx::SelectionTreeElement::method, and the method
159  * data in gmx::SelectionTreeElement::mdata has been allocated using
160  * sel_datafunc().
161  * If a non-standard reference position type was set,
162  * gmx::SelectionTreeElement::pc has also been created, but only the type has
163  * been set.
164  * All children of these elements are of the type \ref SEL_SUBEXPRREF, and
165  * each describes a selection that needs to be evaluated to obtain a value
166  * for one parameter of the method.
167  * No children are present for parameters that were given a constant
168  * non-\ref GROUP_VALUE value.
169  * The children are sorted in the order in which the parameters appear in the
170  * \ref gmx_ana_selmethod_t structure.
171  *
172  * In addition to actual selection keywords, \ref SEL_EXPRESSION elements
173  * are used internally to implement numerical comparisons (e.g., "x < 5")
174  * and keyword matching (e.g., "resnr 1 to 3" or "name CA").
175  *
176  *
177  * \subsection selparser_tree_subexpr Subexpression elements
178  *
179  * \ref SEL_SUBEXPR elements only appear for variables, as described above.
180  * gmx::SelectionTreeElement::name points to the name of the variable (from the
181  * \ref SEL_ROOT element).
182  * The element always has exactly one child, which represents the value of
183  * the variable.
184  *
185  * \ref SEL_SUBEXPRREF elements are used for two purposes:
186  *  - Variable references that need to be evaluated (i.e., there is a
187  *    \ref SEL_SUBEXPR element for the variable) are represented using
188  *    \ref SEL_SUBEXPRREF elements.
189  *    In this case, gmx::SelectionTreeElement::param is NULL, and the first and
190  *    only child of the element is the \ref SEL_SUBEXPR element of the
191  *    variable.
192  *    Such references can appear anywhere where the variable value
193  *    (the child of the \ref SEL_SUBEXPR element) would be valid.
194  *  - Children of \ref SEL_EXPRESSION and \ref SEL_MODIFIER elements are
195  *    always of this type. For these elements, gmx::SelectionTreeElement::param
196  *    is initialized to point to the parameter that receives the value from
197  *    the expression.
198  *    Each such element has exactly one child, which can be of any type;
199  *    the \ref SEL_SUBEXPR element of a variable is used if the value comes
200  *    from a variable, otherwise the child type is not \ref SEL_SUBEXPR.
201  *
202  *
203  * \subsection selparser_tree_bool Boolean elements
204  *
205  * One \ref SEL_BOOLEAN element is created for each boolean keyword in the
206  * input, and the tree structure represents the evaluation order.
207  * The gmx::SelectionTreeElement::boolt type gives the type of the operation.
208  * Each element has exactly two children (one for \ref BOOL_NOT elements),
209  * which are in the order given in the input.
210  * The children always have \ref GROUP_VALUE, but different element types
211  * are possible.
212  *
213  *
214  * \subsection selparser_tree_arith Arithmetic elements
215  *
216  * One \ref SEL_ARITHMETIC element is created for each arithmetic operation in
217  * the input, and the tree structure represents the evaluation order.
218  * The gmx::SelectionTreeElement::optype type gives the name of the operation.
219  * Each element has exactly two children (one for unary negation elements),
220  * which are in the order given in the input.
221  */
222 #include "gmxpre.h"
223
224 #include "parsetree.h"
225
226 #include <stdarg.h>
227 #include <stdio.h>
228
229 #include <boost/exception_ptr.hpp>
230 #include <boost/shared_ptr.hpp>
231
232 #include "gromacs/selection/selection.h"
233 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
234 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
235 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
236 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
237
238 #include "keywords.h"
239 #include "poscalc.h"
240 #include "scanner.h"
241 #include "selectioncollection-impl.h"
242 #include "selelem.h"
243 #include "selmethod.h"
244 #include "symrec.h"
245
246 using gmx::SelectionLocation;
247 using gmx::SelectionParserValue;
248 using gmx::SelectionParserValueList;
249 using gmx::SelectionParserValueListPointer;
250 using gmx::SelectionParserParameter;
251 using gmx::SelectionParserParameterList;
252 using gmx::SelectionParserParameterListPointer;
253 using gmx::SelectionParserValue;
254 using gmx::SelectionTreeElement;
255 using gmx::SelectionTreeElementPointer;
256
257 namespace
258 {
259
260 /*! \brief
261  * Formats context string for errors.
262  *
263  * The returned string is used as the context for errors reported during
264  * parsing.
265  */
266 std::string
267 formatCurrentErrorContext(yyscan_t scanner)
268 {
269     return gmx::formatString(
270             "While parsing '%s'",
271             _gmx_sel_lexer_get_current_text(scanner).c_str());
272 }
273
274 } // namespace
275
276 bool
277 _gmx_selparser_handle_exception(yyscan_t scanner, std::exception *ex)
278 {
279     try
280     {
281         bool                   canContinue = false;
282         gmx::GromacsException *gromacsException
283             = dynamic_cast<gmx::GromacsException *>(ex);
284         if (gromacsException != NULL)
285         {
286             gromacsException->prependContext(formatCurrentErrorContext(scanner));
287             canContinue = (dynamic_cast<gmx::UserInputError *>(ex) != NULL);
288         }
289         _gmx_sel_lexer_set_exception(scanner, boost::current_exception());
290         return canContinue;
291     }
292     catch (const std::exception &)
293     {
294         _gmx_sel_lexer_set_exception(scanner, boost::current_exception());
295         return false;
296     }
297 }
298
299 bool
300 _gmx_selparser_handle_error(yyscan_t scanner)
301 {
302     std::string context(gmx::formatString("Invalid selection '%s'",
303                                           _gmx_sel_lexer_pselstr(scanner)));
304     // The only way to prepend context to the exception is to rethrow it.
305     try
306     {
307         _gmx_sel_lexer_rethrow_exception_if_occurred(scanner);
308     }
309     catch (gmx::UserInputError &ex)
310     {
311         ex.prependContext(context);
312         if (_gmx_sel_is_lexer_interactive(scanner))
313         {
314             gmx::formatExceptionMessageToFile(stderr, ex);
315             return true;
316         }
317         throw;
318     }
319     catch (gmx::GromacsException &ex)
320     {
321         ex.prependContext(context);
322         throw;
323     }
324     GMX_RELEASE_ASSERT(false, "All parsing errors should result in a captured exception");
325     return false; // Some compilers will not believe that the above never returns.
326 }
327
328 namespace gmx
329 {
330
331 /********************************************************************
332  * SelectionParserValue
333  */
334
335 SelectionParserValue::SelectionParserValue(
336         e_selvalue_t type, const SelectionLocation &location)
337     : type(type), location_(location)
338 {
339     memset(&u, 0, sizeof(u));
340 }
341
342 SelectionParserValue::SelectionParserValue(
343         const SelectionTreeElementPointer &expr)
344     : type(expr->v.type), expr(expr), location_(expr->location())
345 {
346     memset(&u, 0, sizeof(u));
347 }
348
349 /********************************************************************
350  * SelectionParserParameter
351  */
352
353 SelectionParserParameter::SelectionParserParameter(
354         const char                      *name,
355         SelectionParserValueListPointer  values,
356         const SelectionLocation         &location)
357     : name_(name != NULL ? name : ""), location_(location),
358       values_(values ? move(values)
359               : SelectionParserValueListPointer(new SelectionParserValueList))
360 {
361 }
362
363 } // namespace gmx
364
365 /*!
366  * \param[in,out] sel  Root of the selection element tree to initialize.
367  *
368  * Propagates the \ref SEL_DYNAMIC flag from the children of \p sel to \p sel
369  * (if any child of \p sel is dynamic, \p sel is also marked as such).
370  * The \ref SEL_DYNAMIC flag is also set for \ref SEL_EXPRESSION elements with
371  * a dynamic method.
372  * Also, sets one of the \ref SEL_SINGLEVAL, \ref SEL_ATOMVAL, or
373  * \ref SEL_VARNUMVAL flags, either based on the children or on the type of
374  * the selection method.
375  * If the types of the children conflict, an error is returned.
376  *
377  * The flags of the children of \p sel are also updated if not done earlier.
378  * The flags are initialized only once for any element; if \ref SEL_FLAGSSET
379  * is set for an element, the function returns immediately, and the recursive
380  * operation does not descend beyond such elements.
381  */
382 void
383 _gmx_selelem_update_flags(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel)
384 {
385     bool                bUseChildType = false;
386     bool                bOnlySingleChildren;
387
388     /* Return if the flags have already been set */
389     if (sel->flags & SEL_FLAGSSET)
390     {
391         return;
392     }
393     /* Set the flags based on the current element type */
394     switch (sel->type)
395     {
396         case SEL_CONST:
397         case SEL_GROUPREF:
398             sel->flags   |= SEL_SINGLEVAL;
399             bUseChildType = false;
400             break;
401
402         case SEL_EXPRESSION:
403             if (sel->u.expr.method->flags & SMETH_DYNAMIC)
404             {
405                 sel->flags |= SEL_DYNAMIC;
406             }
407             if (sel->u.expr.method->flags & SMETH_SINGLEVAL)
408             {
409                 sel->flags |= SEL_SINGLEVAL;
410             }
411             else if (sel->u.expr.method->flags & SMETH_VARNUMVAL)
412             {
413                 sel->flags |= SEL_VARNUMVAL;
414             }
415             else
416             {
417                 sel->flags |= SEL_ATOMVAL;
418             }
419             bUseChildType = false;
420             break;
421
422         case SEL_ARITHMETIC:
423             sel->flags   |= SEL_ATOMVAL;
424             bUseChildType = false;
425             break;
426
427         case SEL_MODIFIER:
428             if (sel->v.type != NO_VALUE)
429             {
430                 sel->flags |= SEL_VARNUMVAL;
431             }
432             bUseChildType = false;
433             break;
434
435         case SEL_ROOT:
436             bUseChildType = false;
437             break;
438
439         case SEL_BOOLEAN:
440         case SEL_SUBEXPR:
441         case SEL_SUBEXPRREF:
442             bUseChildType = true;
443             break;
444     }
445     /* Loop through children to propagate their flags upwards */
446     bOnlySingleChildren = true;
447     SelectionTreeElementPointer child = sel->child;
448     while (child)
449     {
450         /* Update the child */
451         _gmx_selelem_update_flags(child);
452         /* Propagate the dynamic and unsorted flags */
453         sel->flags |= (child->flags & (SEL_DYNAMIC | SEL_UNSORTED));
454         /* Propagate the type flag if necessary and check for problems */
455         if (bUseChildType)
456         {
457             if ((sel->flags & SEL_VALTYPEMASK)
458                 && !(sel->flags & child->flags & SEL_VALTYPEMASK))
459             {
460                 // TODO: Recollect when this is triggered, and whether the type
461                 // is appropriate.
462                 GMX_THROW(gmx::InvalidInputError("Invalid combination of selection expressions"));
463             }
464             sel->flags |= (child->flags & SEL_VALTYPEMASK);
465         }
466         if (!(child->flags & SEL_SINGLEVAL))
467         {
468             bOnlySingleChildren = false;
469         }
470
471         child = child->next;
472     }
473     /* For arithmetic expressions consisting only of single values,
474      * the result is also a single value. */
475     if (sel->type == SEL_ARITHMETIC && bOnlySingleChildren)
476     {
477         sel->flags = (sel->flags & ~SEL_VALTYPEMASK) | SEL_SINGLEVAL;
478     }
479     /* For root elements, the type should be propagated here, after the
480      * children have been updated. */
481     if (sel->type == SEL_ROOT)
482     {
483         GMX_ASSERT(sel->child, "Root elements should always have a child");
484         sel->flags |= (sel->child->flags & SEL_VALTYPEMASK);
485     }
486     /* Mark that the flags are set */
487     sel->flags |= SEL_FLAGSSET;
488 }
489
490 /*!
491  * \param[in,out] sel    Selection element to initialize.
492  * \param[in]     scanner Scanner data structure.
493  *
494  * A deep copy of the parameters is made to allow several
495  * expressions with the same method to coexist peacefully.
496  * Calls sel_datafunc() if one is specified for the method.
497  */
498 void
499 _gmx_selelem_init_method_params(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
500                                 yyscan_t                                scanner)
501 {
502     int                 nparams;
503     gmx_ana_selparam_t *orgparam;
504     gmx_ana_selparam_t *param;
505     int                 i;
506     void               *mdata;
507
508     nparams   = sel->u.expr.method->nparams;
509     orgparam  = sel->u.expr.method->param;
510     snew(param, nparams);
511     memcpy(param, orgparam, nparams*sizeof(gmx_ana_selparam_t));
512     for (i = 0; i < nparams; ++i)
513     {
514         param[i].flags &= ~SPAR_SET;
515         _gmx_selvalue_setstore(&param[i].val, NULL);
516         if (param[i].flags & SPAR_VARNUM)
517         {
518             param[i].val.nr = -1;
519         }
520         /* Duplicate the enum value array if it is given statically */
521         if ((param[i].flags & SPAR_ENUMVAL) && orgparam[i].val.u.ptr != NULL)
522         {
523             int n;
524
525             /* Count the values */
526             n = 1;
527             while (orgparam[i].val.u.s[n] != NULL)
528             {
529                 ++n;
530             }
531             _gmx_selvalue_reserve(&param[i].val, n+1);
532             memcpy(param[i].val.u.s, orgparam[i].val.u.s,
533                    (n+1)*sizeof(param[i].val.u.s[0]));
534         }
535     }
536     mdata = NULL;
537     if (sel->u.expr.method->init_data)
538     {
539         mdata = sel->u.expr.method->init_data(nparams, param);
540     }
541     if (sel->u.expr.method->set_poscoll)
542     {
543         gmx_ana_selcollection_t *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
544
545         sel->u.expr.method->set_poscoll(&sc->pcc, mdata);
546     }
547     /* Store the values */
548     sel->u.expr.method->param = param;
549     sel->u.expr.mdata         = mdata;
550 }
551
552 /*!
553  * \param[in,out] sel    Selection element to initialize.
554  * \param[in]     method Selection method to set.
555  * \param[in]     scanner Scanner data structure.
556  *
557  * Makes a copy of \p method and stores it in \p sel->u.expr.method,
558  * and calls _gmx_selelem_init_method_params();
559  */
560 void
561 _gmx_selelem_set_method(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
562                         gmx_ana_selmethod_t                    *method,
563                         yyscan_t                                scanner)
564 {
565     _gmx_selelem_set_vtype(sel, method->type);
566     sel->setName(method->name);
567     snew(sel->u.expr.method, 1);
568     memcpy(sel->u.expr.method, method, sizeof(gmx_ana_selmethod_t));
569     _gmx_selelem_init_method_params(sel, scanner);
570 }
571
572 /*! \brief
573  * Initializes the reference position calculation for a \ref SEL_EXPRESSION
574  * element.
575  *
576  * \param[in,out] pcc    Position calculation collection to use.
577  * \param[in,out] sel    Selection element to initialize.
578  * \param[in]     rpost  Reference position type to use (NULL = default).
579  */
580 static void
581 set_refpos_type(gmx::PositionCalculationCollection *pcc,
582                 const SelectionTreeElementPointer  &sel,
583                 const char                         *rpost)
584 {
585     if (!rpost)
586     {
587         return;
588     }
589
590     if (sel->u.expr.method->pupdate)
591     {
592         /* By default, use whole residues/molecules. */
593         sel->u.expr.pc
594             = pcc->createCalculationFromEnum(rpost, POS_COMPLWHOLE);
595     }
596     else
597     {
598         std::string message
599             = gmx::formatString("Position modifiers ('%s') is not applicable for '%s'",
600                                 rpost, sel->u.expr.method->name);
601         GMX_THROW(gmx::InvalidInputError(message));
602     }
603 }
604
605 gmx::SelectionTreeElementPointer
606 _gmx_sel_init_arithmetic(const gmx::SelectionTreeElementPointer &left,
607                          const gmx::SelectionTreeElementPointer &right,
608                          char op, yyscan_t scanner)
609 {
610     SelectionTreeElementPointer sel(
611             new SelectionTreeElement(
612                     SEL_ARITHMETIC, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
613     sel->v.type        = REAL_VALUE;
614     switch (op)
615     {
616         case '+': sel->u.arith.type = ARITH_PLUS; break;
617         case '-': sel->u.arith.type = (right ? ARITH_MINUS : ARITH_NEG); break;
618         case '*': sel->u.arith.type = ARITH_MULT; break;
619         case '/': sel->u.arith.type = ARITH_DIV;  break;
620         case '^': sel->u.arith.type = ARITH_EXP;  break;
621     }
622     char               buf[2];
623     buf[0] = op;
624     buf[1] = 0;
625     sel->setName(buf);
626     sel->u.arith.opstr = gmx_strdup(buf);
627     sel->child         = left;
628     sel->child->next   = right;
629     return sel;
630 }
631
632 /*!
633  * \param[in]  left   Selection element for the left hand side.
634  * \param[in]  right  Selection element for the right hand side.
635  * \param[in]  cmpop  String representation of the comparison operator.
636  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
637  * \returns    The created selection element.
638  *
639  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
640  * comparison expressions.
641  */
642 SelectionTreeElementPointer
643 _gmx_sel_init_comparison(const gmx::SelectionTreeElementPointer &left,
644                          const gmx::SelectionTreeElementPointer &right,
645                          const char *cmpop, yyscan_t scanner)
646 {
647     SelectionTreeElementPointer  sel(
648             new SelectionTreeElement(
649                     SEL_EXPRESSION, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
650     _gmx_selelem_set_method(sel, &sm_compare, scanner);
651
652     SelectionParserParameterList params;
653     const char                  *name;
654     // Create the parameter for the left expression.
655     name  = left->v.type == INT_VALUE ? "int1" : "real1";
656     params.push_back(SelectionParserParameter::createFromExpression(name, left));
657     // Create the parameter for the right expression.
658     name  = right->v.type == INT_VALUE ? "int2" : "real2";
659     params.push_back(SelectionParserParameter::createFromExpression(name, right));
660     // Create the parameter for the operator.
661     // TODO: Consider whether a proper location is needed.
662     SelectionLocation location(SelectionLocation::createEmpty());
663     params.push_back(
664             SelectionParserParameter::create(
665                     "op", SelectionParserValue::createString(cmpop, location),
666                     location));
667     _gmx_sel_parse_params(params, sel->u.expr.method->nparams,
668                           sel->u.expr.method->param, sel, scanner);
669
670     return sel;
671 }
672
673 /*! \brief
674  * Implementation method for keyword expression creation.
675  *
676  * \param[in]  method Method to use.
677  * \param[in]  matchType String matching type (only used if \p method is
678  *      a string keyword and \p args is not empty.
679  * \param[in]  args   Pointer to the first argument.
680  * \param[in]  rpost  Reference position type to use (NULL = default).
681  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
682  * \returns    The created selection element.
683  *
684  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
685  * selection methods that do not take parameters.
686  */
687 static SelectionTreeElementPointer
688 init_keyword_internal(gmx_ana_selmethod_t *method,
689                       gmx::SelectionStringMatchType matchType,
690                       SelectionParserValueListPointer args,
691                       const char *rpost, yyscan_t scanner)
692 {
693     gmx_ana_selcollection_t     *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
694
695     if (method->nparams > 0)
696     {
697         // TODO: Would assert be better?
698         GMX_THROW(gmx::InternalError(
699                           "Keyword initialization called with non-keyword method"));
700     }
701
702     const SelectionLocation    &location = _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner);
703     // TODO: If there are arguments, the location would be better as just the
704     // location of the keyword itself.
705     SelectionTreeElementPointer root(new SelectionTreeElement(SEL_EXPRESSION, location));
706     SelectionTreeElementPointer child = root;
707     _gmx_selelem_set_method(child, method, scanner);
708
709     /* Initialize the evaluation of keyword matching if values are provided */
710     if (args)
711     {
712         gmx_ana_selmethod_t *kwmethod;
713         switch (method->type)
714         {
715             case INT_VALUE:  kwmethod = &sm_keyword_int;  break;
716             case REAL_VALUE: kwmethod = &sm_keyword_real; break;
717             case STR_VALUE:  kwmethod = &sm_keyword_str;  break;
718             default:
719                 GMX_THROW(gmx::InternalError(
720                                   "Unknown type for keyword selection"));
721         }
722         /* Initialize the selection element */
723         root.reset(new SelectionTreeElement(SEL_EXPRESSION, location));
724         _gmx_selelem_set_method(root, kwmethod, scanner);
725         if (method->type == STR_VALUE)
726         {
727             _gmx_selelem_set_kwstr_match_type(root, matchType);
728         }
729         SelectionParserParameterList params;
730         params.push_back(
731                 SelectionParserParameter::createFromExpression(NULL, child));
732         params.push_back(
733                 SelectionParserParameter::create(NULL, move(args), location));
734         _gmx_sel_parse_params(params, root->u.expr.method->nparams,
735                               root->u.expr.method->param, root, scanner);
736     }
737     set_refpos_type(&sc->pcc, child, rpost);
738
739     return root;
740 }
741
742 /*!
743  * \param[in]  method Method to use.
744  * \param[in]  args   Pointer to the first argument.
745  * \param[in]  rpost  Reference position type to use (NULL = default).
746  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
747  * \returns    The created selection element.
748  *
749  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
750  * selection methods that do not take parameters.
751  */
752 SelectionTreeElementPointer
753 _gmx_sel_init_keyword(gmx_ana_selmethod_t *method,
754                       gmx::SelectionParserValueListPointer args,
755                       const char *rpost, yyscan_t scanner)
756 {
757     return init_keyword_internal(method, gmx::eStringMatchType_Auto, move(args),
758                                  rpost, scanner);
759 }
760
761 /*!
762  * \param[in]  method    Method to use.
763  * \param[in]  matchType String matching type.
764  * \param[in]  args      Pointer to the first argument.
765  * \param[in]  rpost     Reference position type to use (NULL = default).
766  * \param[in]  scanner   Scanner data structure.
767  * \returns    The created selection element.
768  *
769  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
770  * keyword string matching.
771  */
772 SelectionTreeElementPointer
773 _gmx_sel_init_keyword_strmatch(gmx_ana_selmethod_t *method,
774                                gmx::SelectionStringMatchType matchType,
775                                gmx::SelectionParserValueListPointer args,
776                                const char *rpost, yyscan_t scanner)
777 {
778     GMX_RELEASE_ASSERT(method->type == STR_VALUE,
779                        "String keyword method called for a non-string-valued method");
780     GMX_RELEASE_ASSERT(args && !args->empty(),
781                        "String keyword matching method called without any values");
782     return init_keyword_internal(method, matchType, move(args), rpost, scanner);
783 }
784
785 /*!
786  * \param[in]  method Method to use for initialization.
787  * \param[in]  group  Selection in which the keyword should be evaluated.
788  * \param[in]  rpost  Reference position type to use (NULL = default).
789  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
790  * \returns    The created selection element.
791  *
792  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
793  * expressions like "z of ...".
794  */
795 SelectionTreeElementPointer
796 _gmx_sel_init_keyword_of(gmx_ana_selmethod_t                    *method,
797                          const gmx::SelectionTreeElementPointer &group,
798                          const char *rpost, yyscan_t scanner)
799 {
800     // TODO Provide an error if rpost is provided.
801     GMX_UNUSED_VALUE(rpost);
802     return _gmx_sel_init_keyword_evaluator(method, group, scanner);
803 }
804
805 /*!
806  * \param[in]  method Method to use for initialization.
807  * \param[in]  params Pointer to the first parameter.
808  * \param[in]  rpost  Reference position type to use (NULL = default).
809  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
810  * \returns    The created selection element.
811  *
812  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
813  * selection methods that take parameters.
814  *
815  * Part of the behavior of the \c same selection keyword is hardcoded into
816  * this function (or rather, into _gmx_selelem_custom_init_same()) to allow the
817  * use of any keyword in \c "same KEYWORD as" without requiring special
818  * handling somewhere else (or sacrificing the simple syntax).
819  */
820 SelectionTreeElementPointer
821 _gmx_sel_init_method(gmx_ana_selmethod_t                      *method,
822                      gmx::SelectionParserParameterListPointer  params,
823                      const char *rpost, yyscan_t scanner)
824 {
825     gmx_ana_selcollection_t     *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
826
827     _gmx_sel_finish_method(scanner);
828     /* The "same" keyword needs some custom massaging of the parameters. */
829     _gmx_selelem_custom_init_same(&method, params, scanner);
830     SelectionTreeElementPointer root(
831             new SelectionTreeElement(
832                     SEL_EXPRESSION, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
833     _gmx_selelem_set_method(root, method, scanner);
834     /* Process the parameters */
835     _gmx_sel_parse_params(*params, root->u.expr.method->nparams,
836                           root->u.expr.method->param, root, scanner);
837     set_refpos_type(&sc->pcc, root, rpost);
838
839     return root;
840 }
841
842 /*!
843  * \param[in]  method Modifier to use for initialization.
844  * \param[in]  params Pointer to the first parameter.
845  * \param[in]  sel    Selection element that the modifier should act on.
846  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
847  * \returns    The created selection element.
848  *
849  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
850  * selection modifiers.
851  */
852 SelectionTreeElementPointer
853 _gmx_sel_init_modifier(gmx_ana_selmethod_t                      *method,
854                        gmx::SelectionParserParameterListPointer  params,
855                        const gmx::SelectionTreeElementPointer   &sel,
856                        yyscan_t                                  scanner)
857 {
858     _gmx_sel_finish_method(scanner);
859     SelectionTreeElementPointer modifier(
860             new SelectionTreeElement(
861                     SEL_MODIFIER, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
862     _gmx_selelem_set_method(modifier, method, scanner);
863     SelectionTreeElementPointer root;
864     if (method->type == NO_VALUE)
865     {
866         SelectionTreeElementPointer child = sel;
867         while (child->next)
868         {
869             child = child->next;
870         }
871         child->next = modifier;
872         root        = sel;
873     }
874     else
875     {
876         params->push_front(
877                 SelectionParserParameter::createFromExpression(NULL, sel));
878         root = modifier;
879     }
880     /* Process the parameters */
881     _gmx_sel_parse_params(*params, modifier->u.expr.method->nparams,
882                           modifier->u.expr.method->param, modifier, scanner);
883
884     return root;
885 }
886
887 /*!
888  * \param[in]  expr    Input selection element for the position calculation.
889  * \param[in]  type    Reference position type or NULL for default.
890  * \param[in]  scanner Scanner data structure.
891  * \returns    The created selection element.
892  *
893  * This function handles the creation of a gmx::SelectionTreeElement object for
894  * evaluation of reference positions.
895  */
896 SelectionTreeElementPointer
897 _gmx_sel_init_position(const gmx::SelectionTreeElementPointer &expr,
898                        const char *type, yyscan_t scanner)
899 {
900     SelectionTreeElementPointer  root(
901             new SelectionTreeElement(
902                     SEL_EXPRESSION, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
903     _gmx_selelem_set_method(root, &sm_keyword_pos, scanner);
904     _gmx_selelem_set_kwpos_type(root.get(), type);
905     /* Create the parameters for the parameter parser. */
906     SelectionParserParameterList params;
907     params.push_back(SelectionParserParameter::createFromExpression(NULL, expr));
908     /* Parse the parameters. */
909     _gmx_sel_parse_params(params, root->u.expr.method->nparams,
910                           root->u.expr.method->param, root, scanner);
911
912     return root;
913 }
914
915 /*!
916  * \param[in] x,y,z   Coordinates for the position.
917  * \param[in] scanner Scanner data structure.
918  * \returns   The creates selection element.
919  */
920 SelectionTreeElementPointer
921 _gmx_sel_init_const_position(real x, real y, real z, yyscan_t scanner)
922 {
923     rvec                        pos;
924
925     SelectionTreeElementPointer sel(
926             new SelectionTreeElement(
927                     SEL_CONST, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
928     _gmx_selelem_set_vtype(sel, POS_VALUE);
929     _gmx_selvalue_reserve(&sel->v, 1);
930     pos[XX] = x;
931     pos[YY] = y;
932     pos[ZZ] = z;
933     gmx_ana_pos_init_const(sel->v.u.p, pos);
934     return sel;
935 }
936
937 /*!
938  * \param[in] name  Name of an index group to search for.
939  * \param[in] scanner Scanner data structure.
940  * \returns   The created selection element.
941  *
942  * See gmx_ana_indexgrps_find() for information on how \p name is matched
943  * against the index groups.
944  */
945 SelectionTreeElementPointer
946 _gmx_sel_init_group_by_name(const char *name, yyscan_t scanner)
947 {
948
949     SelectionTreeElementPointer sel(
950             new SelectionTreeElement(
951                     SEL_GROUPREF, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
952     _gmx_selelem_set_vtype(sel, GROUP_VALUE);
953     sel->setName(gmx::formatString("group \"%s\"", name));
954     sel->u.gref.name = gmx_strdup(name);
955     sel->u.gref.id   = -1;
956
957     if (_gmx_sel_lexer_has_groups_set(scanner))
958     {
959         gmx_ana_indexgrps_t     *grps = _gmx_sel_lexer_indexgrps(scanner);
960         gmx_ana_selcollection_t *sc   = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
961         sel->resolveIndexGroupReference(grps, sc->gall.isize);
962     }
963
964     return sel;
965 }
966
967 /*!
968  * \param[in] id    Zero-based index number of the group to extract.
969  * \param[in] scanner Scanner data structure.
970  * \returns   The created selection element.
971  */
972 SelectionTreeElementPointer
973 _gmx_sel_init_group_by_id(int id, yyscan_t scanner)
974 {
975     SelectionTreeElementPointer sel(
976             new SelectionTreeElement(
977                     SEL_GROUPREF, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
978     _gmx_selelem_set_vtype(sel, GROUP_VALUE);
979     sel->setName(gmx::formatString("group %d", id));
980     sel->u.gref.name = NULL;
981     sel->u.gref.id   = id;
982
983     if (_gmx_sel_lexer_has_groups_set(scanner))
984     {
985         gmx_ana_indexgrps_t     *grps = _gmx_sel_lexer_indexgrps(scanner);
986         gmx_ana_selcollection_t *sc   = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
987         sel->resolveIndexGroupReference(grps, sc->gall.isize);
988     }
989
990     return sel;
991 }
992
993 /*!
994  * \param[in,out] sel      Value of the variable.
995  * \param         scanner  Scanner data structure.
996  * \returns       The created selection element that references \p sel.
997  *
998  * The reference count of \p sel is updated, but no other modifications are
999  * made.
1000  */
1001 SelectionTreeElementPointer
1002 _gmx_sel_init_variable_ref(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
1003                            yyscan_t                                scanner)
1004 {
1005     SelectionTreeElementPointer ref;
1006
1007     if (sel->v.type == POS_VALUE && sel->type == SEL_CONST)
1008     {
1009         ref = sel;
1010     }
1011     else
1012     {
1013         ref.reset(new SelectionTreeElement(
1014                           SEL_SUBEXPRREF, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
1015         _gmx_selelem_set_vtype(ref, sel->v.type);
1016         ref->setName(sel->name());
1017         ref->child = sel;
1018     }
1019     return ref;
1020 }
1021
1022 /*!
1023  * \param[in]  name     Name for the selection
1024  *     (if NULL, a default name is constructed).
1025  * \param[in]  sel      The selection element that evaluates the selection.
1026  * \param      scanner  Scanner data structure.
1027  * \returns    The created root selection element.
1028  *
1029  * This function handles the creation of root (\ref SEL_ROOT)
1030  * gmx::SelectionTreeElement objects for selections.
1031  */
1032 SelectionTreeElementPointer
1033 _gmx_sel_init_selection(const char                             *name,
1034                         const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
1035                         yyscan_t                                scanner)
1036 {
1037     if (sel->v.type != POS_VALUE)
1038     {
1039         /* FIXME: Better handling of this error */
1040         GMX_THROW(gmx::InternalError(
1041                           "Each selection must evaluate to a position"));
1042     }
1043
1044     SelectionTreeElementPointer root(
1045             new SelectionTreeElement(
1046                     SEL_ROOT, _gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner)));
1047     root->child = sel;
1048     if (name)
1049     {
1050         root->setName(name);
1051     }
1052     /* Update the flags */
1053     _gmx_selelem_update_flags(root);
1054     gmx::ExceptionInitializer errors("Invalid index group reference(s)");
1055     root->checkUnsortedAtoms(true, &errors);
1056     if (errors.hasNestedExceptions())
1057     {
1058         GMX_THROW(gmx::InconsistentInputError(errors));
1059     }
1060
1061     root->fillNameIfMissing(_gmx_sel_lexer_pselstr(scanner));
1062
1063     /* Print out some information if the parser is interactive */
1064     if (_gmx_sel_is_lexer_interactive(scanner))
1065     {
1066         fprintf(stderr, "Selection '%s' parsed\n",
1067                 _gmx_sel_lexer_pselstr(scanner));
1068     }
1069
1070     return root;
1071 }
1072
1073
1074 /*!
1075  * \param[in]  name     Name of the variable.
1076  * \param[in]  expr     The selection element that evaluates the variable.
1077  * \param      scanner  Scanner data structure.
1078  * \returns    The created root selection element.
1079  *
1080  * This function handles the creation of root gmx::SelectionTreeElement objects
1081  * for variable assignments. A \ref SEL_ROOT element and a \ref SEL_SUBEXPR
1082  * element are both created.
1083  */
1084 SelectionTreeElementPointer
1085 _gmx_sel_assign_variable(const char                             *name,
1086                          const gmx::SelectionTreeElementPointer &expr,
1087                          yyscan_t                                scanner)
1088 {
1089     gmx_ana_selcollection_t     *sc      = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
1090     const char                  *pselstr = _gmx_sel_lexer_pselstr(scanner);
1091     SelectionTreeElementPointer  root;
1092
1093     _gmx_selelem_update_flags(expr);
1094     /* Check if this is a constant non-group value */
1095     if (expr->type == SEL_CONST && expr->v.type != GROUP_VALUE)
1096     {
1097         /* If so, just assign the constant value to the variable */
1098         sc->symtab->addVariable(name, expr);
1099     }
1100     /* Check if we are assigning a variable to another variable */
1101     else if (expr->type == SEL_SUBEXPRREF)
1102     {
1103         /* If so, make a simple alias */
1104         sc->symtab->addVariable(name, expr->child);
1105     }
1106     else
1107     {
1108         SelectionLocation location(_gmx_sel_lexer_get_current_location(scanner));
1109         /* Create the root element */
1110         root.reset(new SelectionTreeElement(SEL_ROOT, location));
1111         root->setName(name);
1112         /* Create the subexpression element */
1113         root->child.reset(new SelectionTreeElement(SEL_SUBEXPR, location));
1114         root->child->setName(name);
1115         _gmx_selelem_set_vtype(root->child, expr->v.type);
1116         root->child->child  = expr;
1117         /* Update flags */
1118         _gmx_selelem_update_flags(root);
1119         gmx::ExceptionInitializer errors("Invalid index group reference(s)");
1120         root->checkUnsortedAtoms(true, &errors);
1121         if (errors.hasNestedExceptions())
1122         {
1123             GMX_THROW(gmx::InconsistentInputError(errors));
1124         }
1125         /* Add the variable to the symbol table */
1126         sc->symtab->addVariable(name, root->child);
1127     }
1128     srenew(sc->varstrs, sc->nvars + 1);
1129     sc->varstrs[sc->nvars] = gmx_strdup(pselstr);
1130     ++sc->nvars;
1131     if (_gmx_sel_is_lexer_interactive(scanner))
1132     {
1133         fprintf(stderr, "Variable '%s' parsed\n", pselstr);
1134     }
1135     return root;
1136 }
1137
1138 /*!
1139  * \param         sel   Selection to append (can be NULL, in which
1140  *   case nothing is done).
1141  * \param         last  Last selection, or NULL if not present or not known.
1142  * \param         scanner  Scanner data structure.
1143  * \returns       The last selection after the append.
1144  *
1145  * Appends \p sel after the last root element, and returns either \p sel
1146  * (if it was non-NULL) or the last element (if \p sel was NULL).
1147  */
1148 SelectionTreeElementPointer
1149 _gmx_sel_append_selection(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
1150                           gmx::SelectionTreeElementPointer        last,
1151                           yyscan_t                                scanner)
1152 {
1153     gmx_ana_selcollection_t *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
1154
1155     /* Append sel after last, or the last element of sc if last is NULL */
1156     if (last)
1157     {
1158         last->next = sel;
1159     }
1160     else
1161     {
1162         if (sc->root)
1163         {
1164             last = sc->root;
1165             while (last->next)
1166             {
1167                 last = last->next;
1168             }
1169             last->next = sel;
1170         }
1171         else
1172         {
1173             sc->root = sel;
1174         }
1175     }
1176     /* Initialize a selection object if necessary */
1177     if (sel)
1178     {
1179         last = sel;
1180         /* Add the new selection to the collection if it is not a variable. */
1181         if (sel->child->type != SEL_SUBEXPR)
1182         {
1183             gmx::SelectionDataPointer selPtr(
1184                     new gmx::internal::SelectionData(
1185                             sel.get(), _gmx_sel_lexer_pselstr(scanner)));
1186             sc->sel.push_back(gmx::move(selPtr));
1187         }
1188     }
1189     /* Clear the selection string now that we've saved it */
1190     _gmx_sel_lexer_clear_pselstr(scanner);
1191     return last;
1192 }
1193
1194 /*!
1195  * \param[in] scanner Scanner data structure.
1196  * \returns   true if the parser should finish, false if parsing should
1197  *   continue.
1198  *
1199  * This function is called always after _gmx_sel_append_selection() to
1200  * check whether a sufficient number of selections has already been provided.
1201  * This is used to terminate interactive parsers when the correct number of
1202  * selections has been provided.
1203  */
1204 bool
1205 _gmx_sel_parser_should_finish(yyscan_t scanner)
1206 {
1207     gmx_ana_selcollection_t *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
1208     return (int)sc->sel.size() == _gmx_sel_lexer_exp_selcount(scanner);
1209 }