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[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / selection / selelem.h
index a06d296881256a62804f0b97dd7221279178eb81..ddc429850f7f3e8d7d2a89a33a72afad46d54e37 100644 (file)
@@ -1,36 +1,40 @@
 /*
+ * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
  *
- *                This source code is part of
+ * Copyright (c) 2009,2010,2011,2012,2013,2014, by the GROMACS development team, led by
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+ * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
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- *                 G   R   O   M   A   C   S
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+ * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
+ * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
+ * official version at http://www.gromacs.org.
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  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
- * the papers on the package - you can find them in the top README file.
- *
- * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
+ * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  */
 /*! \internal \file
  * \brief
- * Declares ::t_selelem and related things.
+ * Declares gmx::SelectionTreeElement and related things.
  *
  * The selection element trees constructed by the parser and the compiler
  * are described on the respective pages:
  * This is an implementation header: there should be no need to use it outside
  * this directory.
  *
- * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@cbr.su.se>
+ * \author Teemu Murtola <teemu.murtola@gmail.com>
  * \ingroup module_selection
  */
-#ifndef SELECTION_ELEMENT_H
-#define SELECTION_ELEMENT_H
+#ifndef GMX_SELECTION_SELELEM_H
+#define GMX_SELECTION_SELELEM_H
+
+#include <string>
 
-#include <types/simple.h>
+#include <boost/shared_ptr.hpp>
 
 #include "gromacs/selection/indexutil.h"
-#include "gromacs/selection/selvalue.h"
+#include "gromacs/utility/common.h"
+#include "gromacs/utility/real.h"
+
+#include "selvalue.h"
 
 struct gmx_ana_poscalc_t;
 struct gmx_ana_selparam_t;
@@ -56,14 +65,23 @@ struct gmx_ana_selmethod_t;
 
 struct gmx_sel_evaluate_t;
 struct gmx_sel_mempool_t;
-struct t_selelem;
+
+struct t_compiler_data;
+
+namespace gmx
+{
+class SelectionTreeElement;
+
+//! Smart pointer type for selection tree element pointers.
+typedef boost::shared_ptr<SelectionTreeElement> SelectionTreeElementPointer;
+} // namespace gmx
 
 /********************************************************************/
 /*! \name Enumerations for expression types
  ********************************************************************/
-/*@{*/
+//!\{
 
-/** Defines the type of a \c t_selelem object. */
+/** Defines the type of a gmx::SelectionTreeElement object. */
 typedef enum
 {
     /** Constant-valued expression. */
@@ -86,7 +104,7 @@ typedef enum
     SEL_MODIFIER
 } e_selelem_t;
 
-/** Defines the boolean operation of \c t_selelem objects with type \ref SEL_BOOLEAN. */
+/** Defines the boolean operation of gmx::SelectionTreeElement objects with type \ref SEL_BOOLEAN. */
 typedef enum
 {
     BOOL_NOT,           /**< Not */
@@ -95,35 +113,35 @@ typedef enum
     BOOL_XOR            /**< Xor (not implemented). */
 } e_boolean_t;
 
-/** Defines the arithmetic operation of \c t_selelem objects with type \ref SEL_ARITHMETIC. */
+/** Defines the arithmetic operation of gmx::SelectionTreeElement objects with type \ref SEL_ARITHMETIC. */
 typedef enum
 {
-    ARITH_PLUS,         /**< + */
-    ARITH_MINUS,        /**< - */
-    ARITH_NEG,          /**< Unary - */
-    ARITH_MULT,         /**< * */
-    ARITH_DIV,          /**< / */
-    ARITH_EXP           /**< ^ (to power) */
+    ARITH_PLUS,         /**< Addition (`+`) */
+    ARITH_MINUS,        /**< Subtraction (`-`) */
+    ARITH_NEG,          /**< Unary `-` */
+    ARITH_MULT,         /**< Multiplication (`*`) */
+    ARITH_DIV,          /**< Division (`/`) */
+    ARITH_EXP           /**< Power (`^`) */
 } e_arithmetic_t;
 
-/** Returns a string representation of the type of a \c t_selelem. */
+/** Returns a string representation of the type of a gmx::SelectionTreeElement. */
 extern const char *
-_gmx_selelem_type_str(struct t_selelem *sel);
-/** Returns a string representation of the boolean type of a \ref SEL_BOOLEAN \c t_selelem. */
+_gmx_selelem_type_str(const gmx::SelectionTreeElement &sel);
+/** Returns a string representation of the boolean type of a \ref SEL_BOOLEAN gmx::SelectionTreeElement. */
 extern const char *
-_gmx_selelem_boolean_type_str(struct t_selelem *sel);
+_gmx_selelem_boolean_type_str(const gmx::SelectionTreeElement &sel);
 /** Returns a string representation of the type of a \c gmx_ana_selvalue_t. */
 extern const char *
-_gmx_sel_value_type_str(gmx_ana_selvalue_t *val);
+_gmx_sel_value_type_str(const gmx_ana_selvalue_t *val);
 
-/*@}*/
+//!\}
 
 
 /********************************************************************/
 /*! \name Selection expression flags
  * \anchor selelem_flags
  ********************************************************************/
-/*@{*/
+//!\{
 /*! \brief
  * Selection value flags are set.
  *
@@ -149,6 +167,10 @@ _gmx_sel_value_type_str(gmx_ana_selvalue_t *val);
  * The element (or one of its children) is dynamic.
  */
 #define SEL_DYNAMIC     16
+/*! \brief
+ * The element may contain atom indices in an unsorted order.
+ */
+#define SEL_UNSORTED    32
 /*! \brief
  * Mask that covers the flags that describe the number of values.
  */
@@ -209,176 +231,266 @@ _gmx_sel_value_type_str(gmx_ana_selvalue_t *val);
  * This flag is also used for \ref SEL_SUBEXPRREF elements.
  */
 #define SEL_OUTINIT     (1<<13)
-/*@}*/
+//!\}
 
 
-/********************************************************************/
-/*! \name Selection expression data structures and functions
- ********************************************************************/
-/*@{*/
+namespace gmx
+{
 
-struct t_selelem;
+class ExceptionInitializer;
 
 /*! \brief
- * Function pointer for evaluating a \c t_selelem.
+ * Function pointer for evaluating a gmx::SelectionTreeElement.
  */
-typedef void (*sel_evalfunc)(struct gmx_sel_evaluate_t *data,
-                             struct t_selelem *sel, gmx_ana_index_t *g);
+typedef void (*sel_evalfunc)(struct gmx_sel_evaluate_t         *data,
+                             const SelectionTreeElementPointer &sel,
+                             gmx_ana_index_t                   *g);
 
 /*! \internal \brief
  * Represents an element of a selection expression.
  */
-typedef struct t_selelem
+class SelectionTreeElement
 {
-    /*! \brief Name of the element.
-     *
-     * This field is only used for informative purposes.
-     * It is always either NULL or a pointer to a string.
-     * Memory is never allocated for it directly.
-     */
-    const char                         *name;
-    /** Type of the element. */
-    e_selelem_t                         type;
-    /*! \brief
-     * Value storage of the element.
-     *
-     * This field contains the evaluated value of the element, as well as
-     * the output value type.
-     */
-    gmx_ana_selvalue_t                  v;
-    /*! \brief
-     * Evaluation function for the element.
-     *
-     * Can be either NULL (if the expression is a constant and does not require
-     * evaluation) or point to one of the functions defined in evaluate.h.
-     */
-    sel_evalfunc                        evaluate;
-    /*! \brief
-     * Information flags about the element.
-     *
-     * Allowed flags are listed here:
-     * \ref selelem_flags "flags for \c t_selelem".
-     */
-    int                                 flags;
-    /** Data required by the evaluation function. */
-    union {
-        /*! \brief Index group data for several element types.
+    public:
+        /*! \brief
+         * Allocates memory and performs common initialization.
+         *
+         * \param[in] type Type of selection element to create.
+         *
+         * \a type is set to \p type,
+         * \a v::type is set to \ref GROUP_VALUE for boolean and comparison
+         * expressions and \ref NO_VALUE for others, and
+         * \ref SEL_ALLOCVAL is set for non-root elements (\ref SEL_ALLOCDATA
+         * is also set for \ref SEL_BOOLEAN elements).
+         * All the pointers are set to NULL.
+         */
+        explicit SelectionTreeElement(e_selelem_t type);
+        ~SelectionTreeElement();
+
+        //! Frees the memory allocated for the \a v union.
+        void freeValues();
+        //! Frees the memory allocated for the \a u union.
+        void freeExpressionData();
+        /* In compiler.cpp */
+        /*! \brief
+         * Frees the memory allocated for the selection compiler.
+         *
+         * This function only frees the data for the given selection, not its
+         * children.  It is safe to call the function when compiler data has
+         * not been allocated or has already been freed; in such a case,
+         * nothing is done.
+         */
+        void freeCompilerData();
+
+        /*! \brief
+         * Reserves memory for value from a memory pool.
+         *
+         * \param[in]     count Number of values to reserve memory for.
+         *
+         * Reserves memory for the values of this element from the \a mempool
+         * memory pool.
+         * If no memory pool is set, nothing is done.
+         */
+        void mempoolReserve(int count);
+        /*! \brief
+         * Releases memory pool used for value.
+         *
+         * Releases the memory allocated for the values of this element from the
+         * \a mempool memory pool.
+         * If no memory pool is set, nothing is done.
+         */
+        void mempoolRelease();
+
+        //! Returns the name of the element.
+        const std::string &name() const { return name_; }
+        /*! \brief
+         * Sets the name of the element.
+         *
+         * \param[in] name  Name to set (can be NULL).
+         * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
+         */
+        void setName(const char *name) { name_ = (name != NULL ? name : ""); }
+        //! \copydoc setName(const char *)
+        void setName(const std::string &name) { name_ = name; }
+        /*! \brief
+         * Sets the name of a root element if it is missing.
+         *
+         * \param[in] selectionText  Full selection text to use as a fallback.
+         * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
+         *
+         * If index groups have not yet been set and the selection is a result
+         * of a group reference, the name may still be empty after this call.
          *
-         *  - \ref SEL_CONST : if the value type is \ref GROUP_VALUE,
-         *    this field holds the unprocessed group value.
-         *  - \ref SEL_ROOT : holds the group value for which the
-         *    selection subtree should be evaluated.
-         *  - \ref SEL_SUBEXPR : holds the group for which the subexpression
-         *    has been evaluated.
+         * Strong exception safety guarantee.
          */
-        gmx_ana_index_t                 cgrp;
-        /** Data for \ref SEL_EXPRESSION and \ref SEL_MODIFIER elements. */
-        struct {
-            /** Pointer the the method used in this expression. */
-            struct gmx_ana_selmethod_t *method;
-            /** Pointer to the data allocated by the method's \p init_data (see sel_datafunc()). */
-            void                       *mdata;
-            /** Pointer to the position data passed to the method. */
-            struct gmx_ana_pos_t       *pos;
-            /** Pointer to the evaluation data for \p pos. */
-            struct gmx_ana_poscalc_t   *pc;
-        }                               expr;
-        /** Operation type for \ref SEL_BOOLEAN elements. */
-        e_boolean_t                     boolt;
-        /** Operation type for \ref SEL_ARITHMETIC elements. */
-        struct {
-            /** Operation type. */
-            e_arithmetic_t              type;
-            /** String representation. */
-            char                       *opstr;
-        }                               arith;
-        /** Associated selection parameter for \ref SEL_SUBEXPRREF elements. */
-        struct gmx_ana_selparam_t      *param;
-        /** The string/number used to reference the group. */
-        struct {
-            /** Name of the referenced external group. */
-            char                       *name;
-            /** If \a name is NULL, the index number of the referenced group. */
-            int                         id;
-        }                               gref;
-    }                                   u;
-    /** Memory pool to use for values, or NULL if standard memory handling. */
-    struct gmx_sel_mempool_t           *mempool;
-    /** Internal data for the selection compiler. */
-    struct t_compiler_data             *cdata;
-    
-    /*! \brief The first child element.
-     *
-     * Other children can be accessed through the \p next field of \p child.
-     */
-    struct t_selelem                    *child;
-    /** The next sibling element. */
-    struct t_selelem                    *next;
-    /*! \brief Number of references to this element.
-     *
-     * Should be larger than one only for \ref SEL_SUBEXPR elements.
-     */
-    int                                  refcount;
-} t_selelem;
+        void fillNameIfMissing(const char *selectionText);
+
+        /*! \brief
+         * Checks that this element and its children do not contain unsupported
+         * elements with unsorted atoms.
+         *
+         * \param[in] bUnsortedAllowed Whether this element's parents allow it
+         *     to have unsorted atoms.
+         * \param     errors           Object for reporting any error messages.
+         * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
+         *
+         * Errors are reported as nested exceptions in \p errors.
+         */
+        void checkUnsortedAtoms(bool                  bUnsortedAllowed,
+                                ExceptionInitializer *errors) const;
+        /*! \brief
+         * Resolves an unresolved reference to an index group.
+         *
+         * \param[in] grps   Index groups to use to resolve the reference.
+         * \param[in] natoms Maximum number of atoms the selections can evaluate to
+         *     (zero if the topology/atom count is not set yet).
+         * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
+         * \throws    InconsistentInputError if the reference cannot be
+         *     resolved.
+         */
+        void resolveIndexGroupReference(gmx_ana_indexgrps_t *grps, int natoms);
+        /*! \brief
+         * Checks that an index group has valid atom indices.
+         *
+         * \param[in] natoms Maximum number of atoms the selections can evaluate to.
+         * \throws    std::bad_alloc if out of memory.
+         * \throws    InconsistentInputError if there are invalid atom indices.
+         */
+        void checkIndexGroup(int natoms);
+
+        //! Type of the element.
+        e_selelem_t                         type;
+        /*! \brief
+         * Value storage of the element.
+         *
+         * This field contains the evaluated value of the element, as well as
+         * the output value type.
+         */
+        gmx_ana_selvalue_t                  v;
+        /*! \brief
+         * Evaluation function for the element.
+         *
+         * Can be either NULL (if the expression is a constant and does not
+         * require evaluation) or point to one of the functions defined in
+         * evaluate.h.
+         */
+        sel_evalfunc                        evaluate;
+        /*! \brief
+         * Information flags about the element.
+         *
+         * Allowed flags are listed here:
+         * \ref selelem_flags "flags for gmx::SelectionTreeElement".
+         */
+        int                                 flags;
+        //! Data required by the evaluation function.
+        union {
+            /*! \brief Index group data for several element types.
+             *
+             *  - \ref SEL_CONST : if the value type is \ref GROUP_VALUE,
+             *    this field holds the unprocessed group value.
+             *  - \ref SEL_ROOT : holds the group value for which the
+             *    selection subtree should be evaluated.
+             *  - \ref SEL_SUBEXPR : holds the group for which the subexpression
+             *    has been evaluated.
+             */
+            gmx_ana_index_t                 cgrp;
+            //! Data for \ref SEL_EXPRESSION and \ref SEL_MODIFIER elements.
+            struct {
+                //! Pointer the the method used in this expression.
+                struct gmx_ana_selmethod_t *method;
+                //! Pointer to the data allocated by the method's \p init_data (see sel_datafunc()).
+                void                       *mdata;
+                //! Pointer to the position data passed to the method.
+                struct gmx_ana_pos_t       *pos;
+                //! Pointer to the evaluation data for \p pos.
+                struct gmx_ana_poscalc_t   *pc;
+            }                               expr;
+            //! Operation type for \ref SEL_BOOLEAN elements.
+            e_boolean_t                     boolt;
+            //! Operation type for \ref SEL_ARITHMETIC elements.
+            struct {
+                //! Operation type.
+                e_arithmetic_t              type;
+                //! String representation.
+                char                       *opstr;
+            }                               arith;
+            //! Associated selection parameter for \ref SEL_SUBEXPRREF elements.
+            struct gmx_ana_selparam_t      *param;
+            //! The string/number used to reference the group.
+            struct {
+                //! Name of the referenced external group.
+                char                       *name;
+                //! If \a name is NULL, the index number of the referenced group.
+                int                         id;
+            }                               gref;
+        }                                   u;
+        //! Memory pool to use for values, or NULL if standard memory handling.
+        struct gmx_sel_mempool_t           *mempool;
+        //! Internal data for the selection compiler.
+        t_compiler_data                    *cdata;
+
+        /*! \brief The first child element.
+         *
+         * Other children can be accessed through the \p next field of \p child.
+         */
+        SelectionTreeElementPointer         child;
+        //! The next sibling element.
+        SelectionTreeElementPointer         next;
+
+    private:
+        /*! \brief
+         * Name of the element.
+         *
+         * This field is only used for informative purposes.
+         */
+        std::string                         name_;
+
+        GMX_DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(SelectionTreeElement);
+};
+
+} // namespace gmx
+
+/********************************************************************/
+/*! \name Selection expression functions
+ */
+//!\{
 
 /* In evaluate.c */
 /** Writes out a human-readable name for an evaluation function. */
-extern void
-_gmx_sel_print_evalfunc_name(FILE *fp, sel_evalfunc evalfunc);
-
-/** Allocates memory and performs some common initialization for a \c t_selelem. */
-extern t_selelem *
-_gmx_selelem_create(e_selelem_t type);
-/** Sets the value type of a \c t_selelem. */
-extern int
-_gmx_selelem_set_vtype(t_selelem *sel, e_selvalue_t vtype);
-/** Reserves memory for value of a \c t_selelem from a memory pool. */
-extern void
-_gmx_selelem_mempool_reserve(t_selelem *sel, int count);
-/** Releases memory pool used for value of a \c t_selelem. */
-extern void
-_gmx_selelem_mempool_release(t_selelem *sel);
-/** Frees the memory allocated for a \c t_selelem structure and all its children. */
-extern void
-_gmx_selelem_free(t_selelem *sel);
-/** Frees the memory allocated for a \c t_selelem structure, all its children, and also all structures referenced through t_selelem::next fields. */
-extern void
-_gmx_selelem_free_chain(t_selelem *first);
-
-/** Frees the memory allocated for the \c t_selelem::d union. */
-extern void
-_gmx_selelem_free_values(t_selelem *sel);
+void
+_gmx_sel_print_evalfunc_name(FILE *fp, gmx::sel_evalfunc evalfunc);
+
+/** Sets the value type of a gmx::SelectionTreeElement. */
+void
+_gmx_selelem_set_vtype(const gmx::SelectionTreeElementPointer &sel,
+                       e_selvalue_t                            vtype);
+
 /** Frees the memory allocated for a selection method. */
-extern void
+void
 _gmx_selelem_free_method(struct gmx_ana_selmethod_t *method, void *mdata);
-/** Frees the memory allocated for the \c t_selelem::u field. */
-extern void
-_gmx_selelem_free_exprdata(t_selelem *sel);
-/* In compiler.c */
-/** Frees the memory allocated for the selection compiler. */
-extern void
-_gmx_selelem_free_compiler_data(t_selelem *sel);
 
 /** Prints a human-readable version of a selection element subtree. */
-extern void
-_gmx_selelem_print_tree(FILE *fp, t_selelem *root, bool bValues, int level);
-/* In compile.c */
+void
+_gmx_selelem_print_tree(FILE *fp, const gmx::SelectionTreeElement &sel,
+                        bool bValues, int level);
+/* In compiler.c */
 /** Prints a human-readable version of the internal compiler data structure. */
-extern void
-_gmx_selelem_print_compiler_info(FILE *fp, t_selelem *sel, int level);
+void
+_gmx_selelem_print_compiler_info(FILE *fp, const gmx::SelectionTreeElement &sel,
+                                 int level);
 
 /** Returns true if the selection element subtree requires topology information for evaluation. */
-extern bool
-_gmx_selelem_requires_top(t_selelem *root);
+bool
+_gmx_selelem_requires_top(const gmx::SelectionTreeElement &root);
 
 /* In sm_insolidangle.c */
 /** Returns true if the covered fraction of the selection can be calculated. */
-extern bool
-_gmx_selelem_can_estimate_cover(t_selelem *sel);
+bool
+_gmx_selelem_can_estimate_cover(const gmx::SelectionTreeElement &sel);
 /** Returns the covered fraction of the selection for the current frame. */
-extern real
-_gmx_selelem_estimate_coverfrac(t_selelem *sel);
+real
+_gmx_selelem_estimate_coverfrac(const gmx::SelectionTreeElement &sel);
 
-/*@}*/
+//!\}
 
 #endif