src/gromacs/selection/selectioncollection.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2010,2011,2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   5  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   6  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
   7  * 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 gmx::SelectionCollection.
  38  *
  39  * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  40  * \ingroup module_selection
  41  */
  42 #include "selectioncollection.h"
  43
  44 #include <cstdio>
  45
  46 #include <boost/shared_ptr.hpp>
  47
  48 #include "gromacs/legacyheaders/oenv.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/smalloc.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/xvgr.h"
  51
  52 #include "gromacs/options/basicoptions.h"
  53 #include "gromacs/options/options.h"
  54 #include "gromacs/selection/selection.h"
  55 #include "gromacs/utility/exceptions.h"
  56 #include "gromacs/utility/file.h"
  57 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  58 #include "gromacs/utility/messagestringcollector.h"
  59 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  60
  61 #include "compiler.h"
  62 #include "mempool.h"
  63 #include "parser.h"
  64 #include "poscalc.h"
  65 #include "scanner.h"
  66 #include "selection.h"
  67 #include "selectioncollection-impl.h"
  68 #include "selelem.h"
  69 #include "selhelp.h"
  70 #include "selmethod.h"
  71 #include "symrec.h"
  72
  73 namespace gmx
  74 {
  75
  76 /********************************************************************
  77  * SelectionCollection::Impl
  78  */
  79
  80 SelectionCollection::Impl::Impl()
  81     : debugLevel_(0), bExternalGroupsSet_(false), grps_(NULL)
  82 {
  83     sc_.nvars     = 0;
  84     sc_.varstrs   = NULL;
  85     sc_.top       = NULL;
  86     gmx_ana_index_clear(&sc_.gall);
  87     sc_.mempool   = NULL;
  88     sc_.symtab.reset(new SelectionParserSymbolTable);
  89     gmx_ana_selmethod_register_defaults(sc_.symtab.get());
  90 }
  91
  92
  93 SelectionCollection::Impl::~Impl()
  94 {
  95     clearSymbolTable();
  96     // The tree must be freed before the SelectionData objects, since the
  97     // tree may hold references to the position data in SelectionData.
  98     sc_.root.reset();
  99     sc_.sel.clear();
 100     for (int i = 0; i < sc_.nvars; ++i)
 101     {
 102         sfree(sc_.varstrs[i]);
 103     }
 104     sfree(sc_.varstrs);
 105     gmx_ana_index_deinit(&sc_.gall);
 106     if (sc_.mempool)
 107     {
 108         _gmx_sel_mempool_destroy(sc_.mempool);
 109     }
 110 }
 111
 112
 113 void
 114 SelectionCollection::Impl::clearSymbolTable()
 115 {
 116     sc_.symtab.reset();
 117 }
 118
 119
 120 namespace
 121 {
 122
 123 /*! \brief
 124  * Reads a single selection line from stdin.
 125  *
 126  * \param[in]  infile        File to read from (typically File::standardInput()).
 127  * \param[in]  bInteractive  Whether to print interactive prompts.
 128  * \param[out] line          The read line in stored here.
 129  * \returns true if something was read, false if at end of input.
 130  *
 131  * Handles line continuation, reading also the continuing line(s) in one call.
 132  */
 133 bool promptLine(File *infile, bool bInteractive, std::string *line)
 134 {
 135     if (bInteractive)
 136     {
 137         fprintf(stderr, "> ");
 138     }
 139     if (!infile->readLine(line))
 140     {
 141         return false;
 142     }
 143     while (endsWith(*line, "\\\n"))
 144     {
 145         line->resize(line->length() - 2);
 146         if (bInteractive)
 147         {
 148             fprintf(stderr, "... ");
 149         }
 150         std::string buffer;
 151         // Return value ignored, buffer remains empty and works correctly
 152         // if there is nothing to read.
 153         infile->readLine(&buffer);
 154         line->append(buffer);
 155     }
 156     if (endsWith(*line, "\n"))
 157     {
 158         line->resize(line->length() - 1);
 159     }
 160     else if (bInteractive)
 161     {
 162         fprintf(stderr, "\n");
 163     }
 164     return true;
 165 }
 166
 167 /*! \brief
 168  * Helper function for tokenizing the input and pushing them to the parser.
 169  *
 170  * \param     scanner       Tokenizer data structure.
 171  * \param     parserState   Parser data structure.
 172  * \param[in] bInteractive  Whether to operate in interactive mode.
 173  *
 174  * Repeatedly reads tokens using \p scanner and pushes them to the parser with
 175  * \p parserState until there is no more input, or until enough input is given
 176  * (only in interactive mode).
 177  */
 178 int runParserLoop(yyscan_t scanner, _gmx_sel_yypstate *parserState,
 179                   bool bInteractive)
 180 {
 181     int status    = YYPUSH_MORE;
 182     int prevToken = 0;
 183     do
 184     {
 185         YYSTYPE value;
 186         int     token = _gmx_sel_yylex(&value, scanner);
 187         if (bInteractive)
 188         {
 189             if (token == 0)
 190             {
 191                 break;
 192             }
 193             // Empty commands cause the interactive parser to print out
 194             // status information. This avoids producing those unnecessarily,
 195             // e.g., from "resname RA;;".
 196             if (prevToken == CMD_SEP && token == CMD_SEP)
 197             {
 198                 continue;
 199             }
 200             prevToken = token;
 201         }
 202         status = _gmx_sel_yypush_parse(parserState, token, &value, scanner);
 203     }
 204     while (status == YYPUSH_MORE);
 205     _gmx_sel_lexer_rethrow_exception_if_occurred(scanner);
 206     return status;
 207 }
 208
 209 /*! \brief
 210  * Helper function that runs the parser once the tokenizer has been
 211  * initialized.
 212  *
 213  * \param[in,out] scanner Scanner data structure.
 214  * \param[in]     bStdIn  Whether to use a line-based reading
 215  *      algorithm designed for interactive input.
 216  * \param[in]     maxnr   Maximum number of selections to parse
 217  *      (if -1, parse as many as provided by the user).
 218  * \returns       Vector of parsed selections.
 219  * \throws        std::bad_alloc if out of memory.
 220  * \throws        InvalidInputError if there is a parsing error.
 221  *
 222  * Used internally to implement parseFromStdin(), parseFromFile() and
 223  * parseFromString().
 224  */
 225 SelectionList runParser(yyscan_t scanner, bool bStdIn, int maxnr)
 226 {
 227     boost::shared_ptr<void>  scannerGuard(scanner, &_gmx_sel_free_lexer);
 228     gmx_ana_selcollection_t *sc = _gmx_sel_lexer_selcollection(scanner);
 229
 230     MessageStringCollector   errors;
 231     _gmx_sel_set_lexer_error_reporter(scanner, &errors);
 232
 233     int  oldCount = sc->sel.size();
 234     bool bOk      = false;
 235     {
 236         boost::shared_ptr<_gmx_sel_yypstate> parserState(
 237                 _gmx_sel_yypstate_new(), &_gmx_sel_yypstate_delete);
 238         if (bStdIn)
 239         {
 240             File       &stdinFile(File::standardInput());
 241             bool        bInteractive = _gmx_sel_is_lexer_interactive(scanner);
 242             std::string line;
 243             int         status;
 244             while (promptLine(&stdinFile, bInteractive, &line))
 245             {
 246                 line.append("\n");
 247                 _gmx_sel_set_lex_input_str(scanner, line.c_str());
 248                 status = runParserLoop(scanner, parserState.get(), true);
 249                 if (status != YYPUSH_MORE)
 250                 {
 251                     // TODO: Check if there is more input, and issue an
 252                     // error/warning if some input was ignored.
 253                     goto early_termination;
 254                 }
 255                 if (!errors.isEmpty() && bInteractive)
 256                 {
 257                     fprintf(stderr, "%s", errors.toString().c_str());
 258                     errors.clear();
 259                 }
 260             }
 261             status = _gmx_sel_yypush_parse(parserState.get(), 0, NULL,
 262                                            scanner);
 263             _gmx_sel_lexer_rethrow_exception_if_occurred(scanner);
 264 early_termination:
 265             bOk = (status == 0);
 266         }
 267         else
 268         {
 269             int status = runParserLoop(scanner, parserState.get(), false);
 270             bOk = (status == 0);
 271         }
 272     }
 273     scannerGuard.reset();
 274     int nr = sc->sel.size() - oldCount;
 275     if (maxnr > 0 && nr != maxnr)
 276     {
 277         bOk = false;
 278         errors.append("Too few selections provided");
 279     }
 280
 281     // TODO: Remove added selections from the collection if parsing failed?
 282     if (!bOk || !errors.isEmpty())
 283     {
 284         GMX_ASSERT(!bOk && !errors.isEmpty(), "Inconsistent error reporting");
 285         GMX_THROW(InvalidInputError(errors.toString()));
 286     }
 287
 288     SelectionList                     result;
 289     SelectionDataList::const_iterator i;
 290     result.reserve(nr);
 291     for (i = sc->sel.begin() + oldCount; i != sc->sel.end(); ++i)
 292     {
 293         result.push_back(Selection(i->get()));
 294     }
 295     return result;
 296 }
 297
 298 }   // namespace
 299
 300
 301 void SelectionCollection::Impl::resolveExternalGroups(
 302         const SelectionTreeElementPointer &root,
 303         MessageStringCollector            *errors)
 304 {
 305
 306     if (root->type == SEL_GROUPREF)
 307     {
 308         bool bOk = true;
 309         if (grps_ == NULL)
 310         {
 311             // TODO: Improve error messages
 312             errors->append("Unknown group referenced in a selection");
 313             bOk = false;
 314         }
 315         else if (root->u.gref.name != NULL)
 316         {
 317             char *name = root->u.gref.name;
 318             if (!gmx_ana_indexgrps_find(&root->u.cgrp, grps_, name))
 319             {
 320                 // TODO: Improve error messages
 321                 errors->append("Unknown group referenced in a selection");
 322                 bOk = false;
 323             }
 324             else
 325             {
 326                 sfree(name);
 327             }
 328         }
 329         else
 330         {
 331             if (!gmx_ana_indexgrps_extract(&root->u.cgrp, grps_,
 332                                            root->u.gref.id))
 333             {
 334                 // TODO: Improve error messages
 335                 errors->append("Unknown group referenced in a selection");
 336                 bOk = false;
 337             }
 338         }
 339         if (bOk)
 340         {
 341             root->type = SEL_CONST;
 342             root->setName(root->u.cgrp.name);
 343         }
 344     }
 345
 346     SelectionTreeElementPointer child = root->child;
 347     while (child)
 348     {
 349         resolveExternalGroups(child, errors);
 350         child = child->next;
 351     }
 352 }
 353
 354
 355 /********************************************************************
 356  * SelectionCollection
 357  */
 358
 359 SelectionCollection::SelectionCollection()
 360     : impl_(new Impl)
 361 {
 362 }
 363
 364
 365 SelectionCollection::~SelectionCollection()
 366 {
 367 }
 368
 369
 370 void
 371 SelectionCollection::initOptions(Options *options)
 372 {
 373     const char * const debug_levels[]
 374         = { "no", "basic", "compile", "eval", "full" };
 375
 376     bool bAllowNonAtomOutput = false;
 377     SelectionDataList::const_iterator iter;
 378     for (iter = impl_->sc_.sel.begin(); iter != impl_->sc_.sel.end(); ++iter)
 379     {
 380         const internal::SelectionData &sel = **iter;
 381         if (!sel.hasFlag(efSelection_OnlyAtoms))
 382         {
 383             bAllowNonAtomOutput = true;
 384         }
 385     }
 386
 387     const char *const *postypes = PositionCalculationCollection::typeEnumValues;
 388     options->addOption(StringOption("selrpos")
 389                            .enumValueFromNullTerminatedArray(postypes)
 390                            .store(&impl_->rpost_).defaultValue(postypes[0])
 391                            .description("Selection reference positions"));
 392     if (bAllowNonAtomOutput)
 393     {
 394         options->addOption(StringOption("seltype")
 395                                .enumValueFromNullTerminatedArray(postypes)
 396                                .store(&impl_->spost_).defaultValue(postypes[0])
 397                                .description("Default selection output positions"));
 398     }
 399     else
 400     {
 401         impl_->spost_ = postypes[0];
 402     }
 403     GMX_RELEASE_ASSERT(impl_->debugLevel_ >= 0 && impl_->debugLevel_ <= 4,
 404                        "Debug level out of range");
 405     options->addOption(StringOption("seldebug").hidden(impl_->debugLevel_ == 0)
 406                            .enumValue(debug_levels)
 407                            .defaultValue(debug_levels[impl_->debugLevel_])
 408                            .storeEnumIndex(&impl_->debugLevel_)
 409                            .description("Print out selection trees for debugging"));
 410 }
 411
 412
 413 void
 414 SelectionCollection::setReferencePosType(const char *type)
 415 {
 416     GMX_RELEASE_ASSERT(type != NULL, "Cannot assign NULL position type");
 417     // Check that the type is valid, throw if it is not.
 418     e_poscalc_t  dummytype;
 419     int          dummyflags;
 420     PositionCalculationCollection::typeFromEnum(type, &dummytype, &dummyflags);
 421     impl_->rpost_ = type;
 422 }
 423
 424
 425 void
 426 SelectionCollection::setOutputPosType(const char *type)
 427 {
 428     GMX_RELEASE_ASSERT(type != NULL, "Cannot assign NULL position type");
 429     // Check that the type is valid, throw if it is not.
 430     e_poscalc_t  dummytype;
 431     int          dummyflags;
 432     PositionCalculationCollection::typeFromEnum(type, &dummytype, &dummyflags);
 433     impl_->spost_ = type;
 434 }
 435
 436
 437 void
 438 SelectionCollection::setDebugLevel(int debugLevel)
 439 {
 440     impl_->debugLevel_ = debugLevel;
 441 }
 442
 443
 444 void
 445 SelectionCollection::setTopology(t_topology *top, int natoms)
 446 {
 447     GMX_RELEASE_ASSERT(natoms > 0 || top != NULL,
 448                        "The number of atoms must be given if there is no topology");
 449     // Get the number of atoms from the topology if it is not given.
 450     if (natoms <= 0)
 451     {
 452         natoms = top->atoms.nr;
 453     }
 454     gmx_ana_selcollection_t *sc = &impl_->sc_;
 455     // Do this first, as it allocates memory, while the others don't throw.
 456     gmx_ana_index_init_simple(&sc->gall, natoms, NULL);
 457     sc->pcc.setTopology(top);
 458     sc->top = top;
 459 }
 460
 461
 462 void
 463 SelectionCollection::setIndexGroups(gmx_ana_indexgrps_t *grps)
 464 {
 465     GMX_RELEASE_ASSERT(grps == NULL || !impl_->bExternalGroupsSet_,
 466                        "Can only set external groups once or clear them afterwards");
 467     impl_->grps_               = grps;
 468     impl_->bExternalGroupsSet_ = true;
 469
 470     MessageStringCollector      errors;
 471     SelectionTreeElementPointer root = impl_->sc_.root;
 472     while (root)
 473     {
 474         impl_->resolveExternalGroups(root, &errors);
 475         root = root->next;
 476     }
 477     if (!errors.isEmpty())
 478     {
 479         GMX_THROW(InvalidInputError(errors.toString()));
 480     }
 481 }
 482
 483
 484 bool
 485 SelectionCollection::requiresTopology() const
 486 {
 487     e_poscalc_t  type;
 488     int          flags;
 489
 490     if (!impl_->rpost_.empty())
 491     {
 492         flags = 0;
 493         // Should not throw, because has been checked earlier.
 494         PositionCalculationCollection::typeFromEnum(impl_->rpost_.c_str(),
 495                                                     &type, &flags);
 496         if (type != POS_ATOM)
 497         {
 498             return true;
 499         }
 500     }
 501     if (!impl_->spost_.empty())
 502     {
 503         flags = 0;
 504         // Should not throw, because has been checked earlier.
 505         PositionCalculationCollection::typeFromEnum(impl_->spost_.c_str(),
 506                                                     &type, &flags);
 507         if (type != POS_ATOM)
 508         {
 509             return true;
 510         }
 511     }
 512
 513     SelectionTreeElementPointer sel = impl_->sc_.root;
 514     while (sel)
 515     {
 516         if (_gmx_selelem_requires_top(*sel))
 517         {
 518             return true;
 519         }
 520         sel = sel->next;
 521     }
 522     return false;
 523 }
 524
 525
 526 SelectionList
 527 SelectionCollection::parseFromStdin(int nr, bool bInteractive)
 528 {
 529     yyscan_t scanner;
 530
 531     _gmx_sel_init_lexer(&scanner, &impl_->sc_, bInteractive, nr,
 532                         impl_->bExternalGroupsSet_,
 533                         impl_->grps_);
 534     return runParser(scanner, true, nr);
 535 }
 536
 537
 538 SelectionList
 539 SelectionCollection::parseFromFile(const std::string &filename)
 540 {
 541
 542     try
 543     {
 544         yyscan_t scanner;
 545         File     file(filename, "r");
 546         // TODO: Exception-safe way of using the lexer.
 547         _gmx_sel_init_lexer(&scanner, &impl_->sc_, false, -1,
 548                             impl_->bExternalGroupsSet_,
 549                             impl_->grps_);
 550         _gmx_sel_set_lex_input_file(scanner, file.handle());
 551         return runParser(scanner, false, -1);
 552     }
 553     catch (GromacsException &ex)
 554     {
 555         ex.prependContext(formatString(
 556                                   "Error in parsing selections from file '%s'",
 557                                   filename.c_str()));
 558         throw;
 559     }
 560 }
 561
 562
 563 SelectionList
 564 SelectionCollection::parseFromString(const std::string &str)
 565 {
 566     yyscan_t scanner;
 567
 568     _gmx_sel_init_lexer(&scanner, &impl_->sc_, false, -1,
 569                         impl_->bExternalGroupsSet_,
 570                         impl_->grps_);
 571     _gmx_sel_set_lex_input_str(scanner, str.c_str());
 572     return runParser(scanner, false, -1);
 573 }
 574
 575
 576 void
 577 SelectionCollection::compile()
 578 {
 579     if (impl_->sc_.top == NULL && requiresTopology())
 580     {
 581         GMX_THROW(InconsistentInputError("Selection requires topology information, but none provided"));
 582     }
 583     if (!impl_->bExternalGroupsSet_)
 584     {
 585         setIndexGroups(NULL);
 586     }
 587     if (impl_->debugLevel_ >= 1)
 588     {
 589         printTree(stderr, false);
 590     }
 591
 592     SelectionCompiler compiler;
 593     compiler.compile(this);
 594
 595     if (impl_->debugLevel_ >= 1)
 596     {
 597         std::fprintf(stderr, "\n");
 598         printTree(stderr, false);
 599         std::fprintf(stderr, "\n");
 600         impl_->sc_.pcc.printTree(stderr);
 601         std::fprintf(stderr, "\n");
 602     }
 603     impl_->sc_.pcc.initEvaluation();
 604     if (impl_->debugLevel_ >= 1)
 605     {
 606         impl_->sc_.pcc.printTree(stderr);
 607         std::fprintf(stderr, "\n");
 608     }
 609
 610     // TODO: It would be nicer to associate the name of the selection option
 611     // (if available) to the error message.
 612     SelectionDataList::const_iterator iter;
 613     for (iter = impl_->sc_.sel.begin(); iter != impl_->sc_.sel.end(); ++iter)
 614     {
 615         const internal::SelectionData &sel = **iter;
 616         if (sel.hasFlag(efSelection_OnlyAtoms))
 617         {
 618             if (sel.type() != INDEX_ATOM)
 619             {
 620                 std::string message = formatString(
 621                             "Selection '%s' does not evaluate to individual atoms. "
 622                             "This is not allowed in this context.",
 623                             sel.selectionText());
 624                 GMX_THROW(InvalidInputError(message));
 625             }
 626         }
 627         if (sel.hasFlag(efSelection_DisallowEmpty))
 628         {
 629             if (sel.posCount() == 0)
 630             {
 631                 std::string message = formatString(
 632                             "Selection '%s' never matches any atoms.",
 633                             sel.selectionText());
 634                 GMX_THROW(InvalidInputError(message));
 635             }
 636         }
 637     }
 638 }
 639
 640
 641 void
 642 SelectionCollection::evaluate(t_trxframe *fr, t_pbc *pbc)
 643 {
 644     impl_->sc_.pcc.initFrame();
 645
 646     SelectionEvaluator evaluator;
 647     evaluator.evaluate(this, fr, pbc);
 648
 649     if (impl_->debugLevel_ >= 3)
 650     {
 651         std::fprintf(stderr, "\n");
 652         printTree(stderr, true);
 653     }
 654 }
 655
 656
 657 void
 658 SelectionCollection::evaluateFinal(int nframes)
 659 {
 660     SelectionEvaluator evaluator;
 661     evaluator.evaluateFinal(this, nframes);
 662 }
 663
 664
 665 void
 666 SelectionCollection::printTree(FILE *fp, bool bValues) const
 667 {
 668     SelectionTreeElementPointer sel = impl_->sc_.root;
 669     while (sel)
 670     {
 671         _gmx_selelem_print_tree(fp, *sel, bValues, 0);
 672         sel = sel->next;
 673     }
 674 }
 675
 676
 677 void
 678 SelectionCollection::printXvgrInfo(FILE *out, output_env_t oenv) const
 679 {
 680     if (output_env_get_xvg_format(oenv) != exvgNONE)
 681     {
 682         const gmx_ana_selcollection_t &sc = impl_->sc_;
 683         std::fprintf(out, "# Selections:\n");
 684         for (int i = 0; i < sc.nvars; ++i)
 685         {
 686             std::fprintf(out, "#   %s\n", sc.varstrs[i]);
 687         }
 688         for (size_t i = 0; i < sc.sel.size(); ++i)
 689         {
 690             std::fprintf(out, "#   %s\n", sc.sel[i]->selectionText());
 691         }
 692         std::fprintf(out, "#\n");
 693     }
 694 }
 695
 696 // static
 697 HelpTopicPointer
 698 SelectionCollection::createDefaultHelpTopic()
 699 {
 700     return createSelectionHelpTopic();
 701 }
 702
 703 } // namespace gmx