src/gromacs/topology/topology.h

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2011,2014,2015,2016,2018, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #ifndef GMX_TOPOLOGY_TOPOLOGY_H
  38 #define GMX_TOPOLOGY_TOPOLOGY_H
  39
  40 #include <cstdio>
  41
  42 #include <vector>
  43
  44 #include "gromacs/math/vectypes.h"
  45 #include "gromacs/topology/atoms.h"
  46 #include "gromacs/topology/block.h"
  47 #include "gromacs/topology/forcefieldparameters.h"
  48 #include "gromacs/topology/idef.h"
  49 #include "gromacs/topology/symtab.h"
  50 #include "gromacs/utility/unique_cptr.h"
  51
  52 enum
  53 {
  54     egcTC,    egcENER,   egcACC, egcFREEZE,
  55     egcUser1, egcUser2,  egcVCM, egcCompressedX,
  56     egcORFIT, egcQMMM,
  57     egcNR
  58 };
  59 /* Names corresponding to groups */
  60 extern const char *gtypes[egcNR+1];
  61
  62 /*! \brief Molecules type data: atoms, interactions and exclusions */
  63 struct gmx_moltype_t
  64 {
  65     gmx_moltype_t();
  66
  67     ~gmx_moltype_t();
  68
  69     /*! \brief Deleted copy assignment operator to avoid (not) freeing pointers */
  70     gmx_moltype_t &operator=(const gmx_moltype_t &) = delete;
  71
  72     /*! \brief Default copy constructor */
  73     gmx_moltype_t(const gmx_moltype_t &) = default;
  74
  75     char              **name;   /**< Name of the molecule type            */
  76     t_atoms             atoms;  /**< The atoms in this molecule           */
  77     InteractionLists    ilist;  /**< Interaction list with local indices  */
  78     t_block             cgs;    /**< The charge groups                    */
  79     t_blocka            excls;  /**< The exclusions                       */
  80 };
  81
  82 /*! \brief Block of molecules of the same type, used in gmx_mtop_t */
  83 struct gmx_molblock_t
  84 {
  85     int                    type = -1; /**< The molecule type index in mtop.moltype  */
  86     int                    nmol = 0;  /**< The number of molecules in this block    */
  87     std::vector<gmx::RVec> posres_xA; /**< Position restraint coordinates for top A */
  88     std::vector<gmx::RVec> posres_xB; /**< Position restraint coordinates for top B */
  89 };
  90
  91 /*! \brief Indices for a gmx_molblock_t, derived from other gmx_mtop_t contents */
  92 struct MoleculeBlockIndices
  93 {
  94     int     numAtomsPerMolecule; /**< Number of atoms in a molecule in the block */
  95     int     globalAtomStart;     /**< Global atom index of the first atom in the block */
  96     int     globalAtomEnd;       /**< Global atom index + 1 of the last atom in the block */
  97     int     globalResidueStart;  /**< Global residue index of the first residue in the block */
  98     int     residueNumberStart;  /**< Residue numbers start from this value if the number of residues per molecule is <= maxres_renum */
  99     int     moleculeIndexStart;  /**< Global molecule indexing starts from this value */
 100 };
 101
 102 typedef struct gmx_groups_t
 103 {
 104     t_grps            grps[egcNR];  /* Groups of things                     */
 105     int               ngrpname;     /* Number of groupnames                 */
 106     char           ***grpname;      /* Names of the groups                  */
 107     int               ngrpnr[egcNR];
 108     unsigned char    *grpnr[egcNR]; /* Group numbers or NULL                */
 109 } gmx_groups_t;
 110
 111 /*! \brief
 112  * Returns group number of an input group for a given atom.
 113  *
 114  * Returns the group \p type for \p atom in \p group, or 0 if the
 115  * entries for all atoms in the group are 0 and the pointer is thus null.
 116  *
 117  * \param[in] group Group to check.
 118  * \param[in] type  Type of group to check.
 119  * \param[in] atom  Atom to check if it has an entry.
 120  */
 121 int getGroupType (const gmx_groups_t *group, int type, int atom);
 122
 123 /* The global, complete system topology struct, based on molecule types.
 124  * This structure should contain no data that is O(natoms) in memory.
 125  *
 126  * TODO: Find a solution for ensuring that the derived data is in sync
 127  *       with the primary data, possibly by converting to a class.
 128  */
 129 struct gmx_mtop_t //NOLINT(clang-analyzer-optin.performance.Padding)
 130 {
 131     gmx_mtop_t();
 132
 133     ~gmx_mtop_t();
 134
 135     //! Name of the topology.
 136     char                            **name = nullptr;
 137     //! Force field parameters used.
 138     gmx_ffparams_t                    ffparams;
 139     //! Vector of different molecule types.
 140     std::vector<gmx_moltype_t>        moltype;
 141     //! Vector of different molecule blocks.
 142     std::vector<gmx_molblock_t>       molblock;
 143     //! Are there intermolecular interactions?
 144     bool                              bIntermolecularInteractions = false;
 145     /* \brief
 146      * List of intermolecular interactions using system wide
 147      * atom indices, either NULL or size F_NRE
 148      */
 149     std::unique_ptr<InteractionLists> intermolecular_ilist = nullptr;
 150     //! Number of global atoms.
 151     int                               natoms = 0;
 152     //! Parameter for residue numbering.
 153     int                               maxres_renum = 0;
 154     //! The maximum residue number in moltype
 155     int                               maxresnr = -1;
 156     //! Atomtype properties
 157     t_atomtypes                       atomtypes;
 158     //! Groups of atoms for different purposes
 159     gmx_groups_t                      groups;
 160     //! The symbol table
 161     t_symtab                          symtab;
 162     //! Tells whether we have valid molecule indices
 163     bool                              haveMoleculeIndices = false;
 164     /*! \brief List of global atom indices of atoms between which
 165      * non-bonded interactions must be excluded.
 166      */
 167     std::vector<int>                  intermolecularExclusionGroup;
 168
 169     /* Derived data  below */
 170     //! Indices for each molblock entry for fast lookup of atom properties
 171     std::vector<MoleculeBlockIndices> moleculeBlockIndices;
 172 };
 173
 174 /* The mdrun node-local topology struct, completely written out */
 175 typedef struct gmx_localtop_t
 176 {
 177     t_idef        idef;         /* The interaction function definition  */
 178     t_atomtypes   atomtypes;    /* Atomtype properties                  */
 179     t_block       cgs;          /* The charge groups                    */
 180     t_blocka      excls;        /* The exclusions                       */
 181 } gmx_localtop_t;
 182
 183 /* The old topology struct, completely written out, used in analysis tools */
 184 typedef struct t_topology
 185 {
 186     char          **name;                        /* Name of the topology                 */
 187     t_idef          idef;                        /* The interaction function definition  */
 188     t_atoms         atoms;                       /* The atoms                            */
 189     t_atomtypes     atomtypes;                   /* Atomtype properties                  */
 190     t_block         cgs;                         /* The charge groups                    */
 191     t_block         mols;                        /* The molecules                        */
 192     gmx_bool        bIntermolecularInteractions; /* Inter.mol. int. ?   */
 193     t_blocka        excls;                       /* The exclusions                       */
 194     t_symtab        symtab;                      /* The symbol table                     */
 195 } t_topology;
 196
 197 void init_top(t_topology *top);
 198 void done_gmx_groups_t(gmx_groups_t *g);
 199 void done_top(t_topology *top);
 200 // Frees both t_topology and gmx_mtop_t when the former has been created from
 201 // the latter.
 202 void done_top_mtop(t_topology *top, gmx_mtop_t *mtop);
 203 /*! \brief
 204  * Properly initialize local topology.
 205  *
 206  * \param[in] top Pointer to topology to initialize.
 207  */
 208 void init_localtop(gmx_localtop_t *top);
 209 /*! \brief
 210  * Properly clear up local topology,
 211  *
 212  * \param[in] top Pointer to topology to clear up.
 213  */
 214 void done_localtop(gmx_localtop_t *top);
 215 void done_and_sfree_localtop(gmx_localtop_t *top);
 216
 217 bool gmx_mtop_has_masses(const gmx_mtop_t *mtop);
 218 bool gmx_mtop_has_charges(const gmx_mtop_t *mtop);
 219 bool gmx_mtop_has_perturbed_charges(const gmx_mtop_t &mtop);
 220 bool gmx_mtop_has_atomtypes(const gmx_mtop_t *mtop);
 221 bool gmx_mtop_has_pdbinfo(const gmx_mtop_t *mtop);
 222
 223 void pr_mtop(FILE *fp, int indent, const char *title, const gmx_mtop_t *mtop,
 224              gmx_bool bShowNumbers, gmx_bool bShowParameters);
 225 void pr_top(FILE *fp, int indent, const char *title, const t_topology *top,
 226             gmx_bool bShowNumbers, gmx_bool bShowParameters);
 227
 228 void cmp_top(FILE *fp, const t_topology *t1, const t_topology *t2, real ftol, real abstol);
 229 void cmp_groups(FILE *fp, const gmx_groups_t *g0, const gmx_groups_t *g1,
 230                 int natoms0, int natoms1);
 231
 232 //! Deleter for gmx_localtop_t, needed until it has a proper destructor.
 233 using ExpandedTopologyPtr = gmx::unique_cptr<gmx_localtop_t, done_and_sfree_localtop>;
 234
 235 void copy_moltype(const gmx_moltype_t *src, gmx_moltype_t *dst);
 236
 237 #endif