ginac/archive.cpp

   1 /** @file archive.cpp
   2  *
   3  *  Archiving of GiNaC expressions. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2000 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
   7  *
   8  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  *  the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  *  (at your option) any later version.
  12  *
  13  *  This program is distributed in the hope that it will be useful,
  14  *  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  *  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  *  GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  19  *  along with this program; if not, write to the Free Software
  20  *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  21  */
  22
  23 #include <iostream>
  24 #include <stdexcept>
  25
  26 #include "archive.h"
  27 #include "registrar.h"
  28 #include "ex.h"
  29 #include "config.h"
  30 #include "utils.h"
  31
  32 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
  33 namespace GiNaC {
  34 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
  35
  36
  37 /** Archive an expression.
  38  *  @param ex  the expression to be archived
  39  *  @param name  name under which the expression is stored */
  40 void archive::archive_ex(const ex &e, const char *name)
  41 {
  42         // Create root node (which recursively archives the whole expression tree)
  43         // and add it to the archive
  44         archive_node_id id = add_node(archive_node(*this, e));
  45
  46         // Add root node ID to list of archived expressions
  47         archived_ex ae = archived_ex(atomize(name), id);
  48         exprs.push_back(ae);
  49 }
  50
  51
  52 /** Add archive_node to archive if the corresponding expression is
  53  *  not already archived.
  54  *  @return ID of archived node */
  55 archive_node_id archive::add_node(const archive_node &n)
  56 {
  57         // Search for node in nodes vector
  58         vector<archive_node>::const_iterator i = nodes.begin(), iend = nodes.end();
  59         archive_node_id id = 0;
  60         while (i != iend) {
  61                 if (i->has_same_ex_as(n))
  62                         return id;
  63                 i++; id++;
  64         }
  65
  66         // Not found, add archive_node to nodes vector
  67         nodes.push_back(n);
  68         return id;
  69 }
  70
  71
  72 /** Retrieve archive_node by ID. */
  73 archive_node &archive::get_node(archive_node_id id)
  74 {
  75         if (id >= nodes.size())
  76                 throw (std::range_error("archive::get_node(): archive node ID out of range"));
  77
  78         return nodes[id];
  79 }
  80
  81
  82 /** Retrieve expression from archive by name.
  83  *  @param sym_lst  list of pre-defined symbols */
  84 ex archive::unarchive_ex(const lst &sym_lst, const char *name) const
  85 {
  86         // Find root node
  87         string name_string = name;
  88         archive_atom id = atomize(name_string);
  89         vector<archived_ex>::const_iterator i = exprs.begin(), iend = exprs.end();
  90         while (i != iend) {
  91                 if (i->name == id)
  92                         goto found;
  93                 i++;
  94         }
  95         throw (std::logic_error("expression with name '" + name_string + "' not found in archive"));
  96
  97 found:
  98         // Recursively unarchive all nodes, starting at the root node
  99         return nodes[i->root].unarchive(sym_lst);
 100 }
 101
 102 /** Retrieve expression from archive by index.
 103  *  @param sym_lst  list of pre-defined symbols */
 104 ex archive::unarchive_ex(const lst &sym_lst, unsigned int index) const
 105 {
 106         if (index >= exprs.size())
 107                 throw (std::range_error("index of archived expression out of range"));
 108
 109         // Recursively unarchive all nodes, starting at the root node
 110         return nodes[exprs[index].root].unarchive(sym_lst);
 111 }
 112
 113 /** Retrieve expression and its name from archive by index.
 114  *  @param sym_lst  list of pre-defined symbols */
 115 ex archive::unarchive_ex(const lst &sym_lst, string &name, unsigned int index) const
 116 {
 117         if (index >= exprs.size())
 118                 throw (std::range_error("index of archived expression out of range"));
 119
 120         // Return expression name
 121         name = unatomize(exprs[index].name);
 122
 123         // Recursively unarchive all nodes, starting at the root node
 124         return nodes[exprs[index].root].unarchive(sym_lst);
 125 }
 126
 127
 128 /** Return number of archived expressions. */
 129 unsigned int archive::num_expressions(void) const
 130 {
 131         return exprs.size();
 132 }
 133
 134
 135 /*
 136  *  Archive file format
 137  *
 138  *   - 4 bytes signature 'GARC'
 139  *   - unsigned version number
 140  *   - unsigned number of atoms
 141  *      - atom strings (each zero-terminated)
 142  *   - unsigned number of expressions
 143  *      - unsigned name atom
 144  *      - unsigned root node ID
 145  *   - unsigned number of nodes
 146  *      - unsigned number of properties
 147  *        - unsigned containing type (PTYPE_*) in its lower 3 bits and
 148  *          name atom in the upper bits
 149  *        - unsigned property value
 150  *
 151  *  Unsigned quantities are stored in a compressed format:
 152  *   - numbers in the range 0x00..0x7f are stored verbatim (1 byte)
 153  *   - numbers larger than 0x7f are stored in 7-bit packets (1 byte per
 154  *     packet), starting with the LSBs; all bytes except the last one have
 155  *     their upper bit set
 156  *
 157  *  Examples:
 158  *   0x00           =   0x00
 159  *    ..                 ..
 160  *   0x7f           =   0x7f
 161  *   0x80 0x01      =   0x80
 162  *    ..   ..            ..
 163  *   0xff 0x01      =   0xff
 164  *   0x80 0x02      =  0x100
 165  *    ..   ..            ..
 166  *   0xff 0x02      =  0x17f
 167  *   0x80 0x03      =  0x180
 168  *    ..   ..            ..
 169  *   0xff 0x7f      = 0x3fff
 170  *   0x80 0x80 0x01 = 0x4000
 171  *    ..   ..   ..       ..
 172  */
 173
 174 /** Write unsigned integer quantity to stream. */
 175 static void write_unsigned(ostream &os, unsigned int val)
 176 {
 177         while (val > 0x80) {
 178                 os.put((val & 0x7f) | 0x80);
 179                 val >>= 7;
 180         }
 181         os.put(val);
 182 }
 183
 184 /** Read unsigned integer quantity from stream. */
 185 static unsigned int read_unsigned(istream &is)
 186 {
 187         unsigned char b;
 188         unsigned int ret = 0;
 189         unsigned int shift = 0;
 190         do {
 191                 is.get(b);
 192                 ret |= (b & 0x7f) << shift;
 193                 shift += 7;
 194         } while (b & 0x80);
 195         return ret;
 196 }
 197
 198 /** Write archive_node to binary data stream. */
 199 ostream &operator<<(ostream &os, const archive_node &n)
 200 {
 201         // Write properties
 202         unsigned int num_props = n.props.size();
 203         write_unsigned(os, num_props);
 204         for (unsigned int i=0; i<num_props; i++) {
 205                 write_unsigned(os, n.props[i].type | (n.props[i].name << 3));
 206                 write_unsigned(os, n.props[i].value);
 207         }
 208     return os;
 209 }
 210
 211 /** Write archive to binary data stream. */
 212 ostream &operator<<(ostream &os, const archive &ar)
 213 {
 214         // Write header
 215         os.put('G');    // Signature
 216         os.put('A');
 217         os.put('R');
 218         os.put('C');
 219         write_unsigned(os, ARCHIVE_VERSION);
 220
 221         // Write atoms
 222         unsigned int num_atoms = ar.atoms.size();
 223         write_unsigned(os, num_atoms);
 224         for (unsigned int i=0; i<num_atoms; i++)
 225                 os << ar.atoms[i] << ends;
 226
 227         // Write expressions
 228         unsigned int num_exprs = ar.exprs.size();
 229         write_unsigned(os, num_exprs);
 230         for (unsigned int i=0; i<num_exprs; i++) {
 231                 write_unsigned(os, ar.exprs[i].name);
 232                 write_unsigned(os, ar.exprs[i].root);
 233         }
 234
 235         // Write nodes
 236         unsigned int num_nodes = ar.nodes.size();
 237         write_unsigned(os, num_nodes);
 238         for (unsigned int i=0; i<num_nodes; i++)
 239                 os << ar.nodes[i];
 240     return os;
 241 }
 242
 243 /** Read archive_node from binary data stream. */
 244 istream &operator>>(istream &is, archive_node &n)
 245 {
 246         // Read properties
 247         unsigned int num_props = read_unsigned(is);
 248         n.props.resize(num_props);
 249         for (unsigned int i=0; i<num_props; i++) {
 250                 unsigned int name_type = read_unsigned(is);
 251                 n.props[i].type = (archive_node::property_type)(name_type & 7);
 252                 n.props[i].name = name_type >> 3;
 253                 n.props[i].value = read_unsigned(is);
 254         }
 255     return is;
 256 }
 257
 258 /** Read archive from binary data stream. */
 259 istream &operator>>(istream &is, archive &ar)
 260 {
 261         // Read header
 262         char c1, c2, c3, c4;
 263         is.get(c1); is.get(c2); is.get(c3); is.get(c4);
 264         if (c1 != 'G' || c2 != 'A' || c3 != 'R' || c4 != 'C')
 265                 throw (std::runtime_error("not a GiNaC archive (signature not found)"));
 266         unsigned int version = read_unsigned(is);
 267         if (version > ARCHIVE_VERSION || version < ARCHIVE_VERSION - ARCHIVE_AGE)
 268                 throw (std::runtime_error("archive version " + ToString(version) + " cannot be read by this GiNaC library (which supports versions " + ToString(ARCHIVE_VERSION-ARCHIVE_AGE) + " thru " + ToString(ARCHIVE_VERSION)));
 269
 270         // Read atoms
 271         unsigned int num_atoms = read_unsigned(is);
 272         ar.atoms.resize(num_atoms);
 273         for (unsigned int i=0; i<num_atoms; i++)
 274                 getline(is, ar.atoms[i], '\0');
 275
 276         // Read expressions
 277         unsigned int num_exprs = read_unsigned(is);
 278         ar.exprs.resize(num_exprs);
 279         for (unsigned int i=0; i<num_exprs; i++) {
 280                 archive_atom name = read_unsigned(is);
 281                 archive_node_id root = read_unsigned(is);
 282                 ar.exprs[i] = archive::archived_ex(name, root);
 283         }
 284
 285         // Read nodes
 286         unsigned int num_nodes = read_unsigned(is);
 287         ar.nodes.resize(num_nodes, ar);
 288         for (unsigned int i=0; i<num_nodes; i++)
 289                 is >> ar.nodes[i];
 290     return is;
 291 }
 292
 293
 294 /** Atomize a string (i.e. convert it into an ID number that uniquely
 295  *  represents the string). */
 296 archive_atom archive::atomize(const string &s) const
 297 {
 298         // Search for string in atoms vector
 299         vector<string>::const_iterator i = atoms.begin(), iend = atoms.end();
 300         archive_atom id = 0;
 301         while (i != iend) {
 302                 if (*i == s)
 303                         return id;
 304                 i++; id++;
 305         }
 306
 307         // Not found, add to atoms vector
 308         atoms.push_back(s);
 309         return id;
 310 }
 311
 312 /** Unatomize a string (i.e. convert the ID number back to the string). */
 313 const string &archive::unatomize(archive_atom id) const
 314 {
 315         if (id >= atoms.size())
 316                 throw (std::range_error("archive::unatomizee(): atom ID out of range"));
 317
 318         return atoms[id];
 319 }
 320
 321
 322 /** Copy constructor of archive_node. */
 323 archive_node::archive_node(const archive_node &other)
 324         : a(other.a), props(other.props), has_expression(other.has_expression), e(other.e)
 325 {
 326 }
 327
 328
 329 /** Assignment operator of archive_node. */
 330 const archive_node &archive_node::operator=(const archive_node &other)
 331 {
 332         if (this != &other) {
 333                 a = other.a;
 334                 props = other.props;
 335                 has_expression = other.has_expression;
 336                 e = other.e;
 337         }
 338         return *this;
 339 }
 340
 341
 342 /** Recursively construct archive node from expression. */
 343 archive_node::archive_node(archive &ar, const ex &expr)
 344         : a(ar), has_expression(true), e(expr)
 345 {
 346         expr.bp->archive(*this);
 347 }
 348
 349
 350 /** Check if the archive_node stores the same expression as another
 351  *  archive_node.
 352  *  @return "true" if expressions are the same */
 353 bool archive_node::has_same_ex_as(const archive_node &other) const
 354 {
 355         if (!has_expression || !other.has_expression)
 356                 return false;
 357         return e.bp == other.e.bp;
 358 }
 359
 360
 361 /** Add property of type "bool" to node. */
 362 void archive_node::add_bool(const string &name, bool value)
 363 {
 364         props.push_back(property(a.atomize(name), PTYPE_BOOL, value));
 365 }
 366
 367 /** Add property of type "unsigned int" to node. */
 368 void archive_node::add_unsigned(const string &name, unsigned int value)
 369 {
 370         props.push_back(property(a.atomize(name), PTYPE_UNSIGNED, value));
 371 }
 372
 373 /** Add property of type "string" to node. */
 374 void archive_node::add_string(const string &name, const string &value)
 375 {
 376         props.push_back(property(a.atomize(name), PTYPE_STRING, a.atomize(value)));
 377 }
 378
 379 /** Add property of type "ex" to node. */
 380 void archive_node::add_ex(const string &name, const ex &value)
 381 {
 382         // Recursively create an archive_node and add its ID to the properties of this node
 383         archive_node_id id = a.add_node(archive_node(a, value));
 384         props.push_back(property(a.atomize(name), PTYPE_NODE, id));
 385 }
 386
 387
 388 /** Retrieve property of type "bool" from node.
 389  *  @return "true" if property was found, "false" otherwise */
 390 bool archive_node::find_bool(const string &name, bool &ret) const
 391 {
 392         archive_atom name_atom = a.atomize(name);
 393         vector<property>::const_iterator i = props.begin(), iend = props.end();
 394         while (i != iend) {
 395                 if (i->type == PTYPE_BOOL && i->name == name_atom) {
 396                         ret = i->value;
 397                         return true;
 398                 }
 399                 i++;
 400         }
 401         return false;
 402 }
 403
 404 /** Retrieve property of type "unsigned" from node.
 405  *  @return "true" if property was found, "false" otherwise */
 406 bool archive_node::find_unsigned(const string &name, unsigned int &ret) const
 407 {
 408         archive_atom name_atom = a.atomize(name);
 409         vector<property>::const_iterator i = props.begin(), iend = props.end();
 410         while (i != iend) {
 411                 if (i->type == PTYPE_UNSIGNED && i->name == name_atom) {
 412                         ret = i->value;
 413                         return true;
 414                 }
 415                 i++;
 416         }
 417         return false;
 418 }
 419
 420 /** Retrieve property of type "string" from node.
 421  *  @return "true" if property was found, "false" otherwise */
 422 bool archive_node::find_string(const string &name, string &ret) const
 423 {
 424         archive_atom name_atom = a.atomize(name);
 425         vector<property>::const_iterator i = props.begin(), iend = props.end();
 426         while (i != iend) {
 427                 if (i->type == PTYPE_STRING && i->name == name_atom) {
 428                         ret = a.unatomize(i->value);
 429                         return true;
 430                 }
 431                 i++;
 432         }
 433         return false;
 434 }
 435
 436 /** Retrieve property of type "ex" from node.
 437  *  @return "true" if property was found, "false" otherwise */
 438 bool archive_node::find_ex(const string &name, ex &ret, const lst &sym_lst, unsigned int index) const
 439 {
 440         archive_atom name_atom = a.atomize(name);
 441         vector<property>::const_iterator i = props.begin(), iend = props.end();
 442         unsigned int found_index = 0;
 443         while (i != iend) {
 444                 if (i->type == PTYPE_NODE && i->name == name_atom) {
 445                         if (found_index == index)
 446                                 goto found;
 447                         found_index++;
 448                 }
 449                 i++;
 450         }
 451         return false;
 452
 453 found:
 454         ret = a.get_node(i->value).unarchive(sym_lst);
 455         return true;
 456 }
 457
 458
 459 /** Convert archive node to GiNaC expression. */
 460 ex archive_node::unarchive(const lst &sym_lst) const
 461 {
 462         // Already unarchived? Then return cached unarchived expression.
 463         if (has_expression)
 464                 return e;
 465
 466         // Find instantiation function for class specified in node
 467         string class_name;
 468         if (!find_string("class", class_name))
 469                 throw (std::runtime_error("archive node contains no class name"));
 470         unarch_func f = find_unarch_func(class_name);
 471
 472         // Call instantiation function
 473         e = f(*this, sym_lst);
 474         has_expression = true;
 475         return e;
 476 }
 477
 478
 479 /** Assignment operator of property. */
 480 const archive_node::property &archive_node::property::operator=(const property &other)
 481 {
 482         if (this != &other) {
 483                 type = other.type;
 484                 name = other.name;
 485                 value = other.value;
 486         }
 487         return *this;
 488 }
 489
 490
 491 /** Clear all archived expressions. */
 492 void archive::clear(void)
 493 {
 494         atoms.clear();
 495         exprs.clear();
 496         nodes.clear();
 497 }
 498
 499
 500 /** Delete cached unarchived expressions in all archive_nodes (mainly for debugging). */
 501 void archive::forget(void)
 502 {
 503         vector<archive_node>::iterator i = nodes.begin(), iend = nodes.end();
 504         while (i != iend) {
 505                 i->forget();
 506                 i++;
 507         }
 508 }
 509
 510 /** Delete cached unarchived expressions from node (for debugging). */
 511 void archive_node::forget(void)
 512 {
 513         has_expression = false;
 514         e = 0;
 515 }
 516
 517
 518 /** Print archive to stream in ugly raw format (for debugging). */
 519 void archive::printraw(ostream &os) const
 520 {
 521         // Dump atoms
 522         os << "Atoms:\n";
 523         {
 524                 vector<string>::const_iterator i = atoms.begin(), iend = atoms.end();
 525                 archive_atom id = 0;
 526                 while (i != iend) {
 527                         os << " " << id << " " << *i << endl;
 528                         i++; id++;
 529                 }
 530         }
 531         os << endl;
 532
 533         // Dump expressions
 534         os << "Expressions:\n";
 535         {
 536                 vector<archived_ex>::const_iterator i = exprs.begin(), iend = exprs.end();
 537                 unsigned int index = 0;
 538                 while (i != iend) {
 539                         os << " " << index << " \"" << unatomize(i->name) << "\" root node " << i->root << endl;
 540                         i++; index++;
 541                 }
 542         }
 543         os << endl;
 544
 545         // Dump nodes
 546         os << "Nodes:\n";
 547         {
 548                 vector<archive_node>::const_iterator i = nodes.begin(), iend = nodes.end();
 549                 archive_node_id id = 0;
 550                 while (i != iend) {
 551                         os << " " << id << " ";
 552                         i->printraw(os);
 553                         i++; id++;
 554                 }
 555         }
 556 }
 557
 558 /** Output archive_node to stream in ugly raw format (for debugging). */
 559 void archive_node::printraw(ostream &os) const
 560 {
 561         // Dump cached unarchived expression
 562         if (has_expression)
 563                 os << "(basic * " << e.bp << " = " << e << ")\n";
 564         else
 565                 os << "\n";
 566
 567         // Dump properties
 568         vector<property>::const_iterator i = props.begin(), iend = props.end();
 569         while (i != iend) {
 570                 os << "  ";
 571                 switch (i->type) {
 572                         case PTYPE_BOOL: os << "bool"; break;
 573                         case PTYPE_UNSIGNED: os << "unsigned"; break;
 574                         case PTYPE_STRING: os << "string"; break;
 575                         case PTYPE_NODE: os << "node"; break;
 576                         default: os << "<unknown>"; break;
 577                 }
 578                 os << " \"" << a.unatomize(i->name) << "\" " << i->value << endl;
 579                 i++;
 580         }
 581 }
 582
 583 /** Create a dummy archive.  The intention is to fill archive_node's default ctor,
 584  *  which is currently a Cint-requirement. */
 585 archive* archive_node::dummy_ar_creator(void)
 586 {
 587     static archive* some_ar = new archive;
 588     return some_ar;
 589 }
 590
 591
 592 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 593 } // namespace GiNaC
 594 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC