ginac/basic.cpp

   1 /** @file basic.cpp
   2  *
   3  *  Implementation of GiNaC's ABC. */
   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 <typeinfo>
  25 #include <stdexcept>
  26
  27 #include "basic.h"
  28 #include "ex.h"
  29 #include "numeric.h"
  30 #include "power.h"
  31 #include "symbol.h"
  32 #include "lst.h"
  33 #include "ncmul.h"
  34 #include "archive.h"
  35 #include "utils.h"
  36 #include "debugmsg.h"
  37
  38 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
  39 namespace GiNaC {
  40 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
  41
  42 GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS(basic, void)
  43
  44 //////////
  45 // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
  46 //////////
  47
  48 // public
  49
  50 #ifndef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
  51 basic::basic() : flags(0), refcount(0), tinfo_key(TINFO_BASIC)
  52 {
  53     debugmsg("basic default constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
  54     // nothing to do
  55 }
  56
  57 basic::~basic()
  58 {
  59     debugmsg("basic destructor", LOGLEVEL_DESTRUCT);
  60     destroy(0);
  61     GINAC_ASSERT((!(flags & status_flags::dynallocated))||(refcount==0));
  62 }
  63
  64 basic::basic(const basic & other) : flags(0), refcount(0), tinfo_key(TINFO_BASIC)
  65 {
  66     debugmsg("basic copy constructor", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
  67     copy(other);
  68 }
  69 #endif
  70
  71 const basic & basic::operator=(const basic & other)
  72 {
  73     debugmsg("basic operator=", LOGLEVEL_ASSIGNMENT);
  74     if (this != &other) {
  75         destroy(1);
  76         copy(other);
  77     }
  78     return *this;
  79 }
  80
  81 // protected
  82
  83 // none (all inlined)
  84
  85 //////////
  86 // other constructors
  87 //////////
  88
  89 #ifndef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
  90 basic::basic(unsigned ti) : flags(0), refcount(0), tinfo_key(ti)
  91 {
  92     debugmsg("basic constructor with tinfo_key", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
  93     // nothing to do
  94 }
  95 #endif
  96
  97 //////////
  98 // archiving
  99 //////////
 100
 101 /** Construct object from archive_node. */
 102 basic::basic(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : flags(0), refcount(0)
 103 {
 104     debugmsg("basic constructor from archive_node", LOGLEVEL_CONSTRUCT);
 105
 106     // Reconstruct tinfo_key from class name
 107     string class_name;
 108     if (n.find_string("class", class_name))
 109         tinfo_key = find_tinfo_key(class_name);
 110     else
 111         throw (std::runtime_error("archive node contains no class name"));
 112 }
 113
 114 /** Unarchive the object. */
 115 ex basic::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)
 116 {
 117     return (new basic(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
 118 }
 119
 120 /** Archive the object. */
 121 void basic::archive(archive_node &n) const
 122 {
 123     n.add_string("class", class_name());
 124 }
 125
 126 //////////
 127 // functions overriding virtual functions from bases classes
 128 //////////
 129
 130 // none
 131
 132 //////////
 133 // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 134 //////////
 135
 136 // public
 137
 138 /** Output to stream formatted to be useful as ginsh input. */
 139 void basic::print(ostream & os, unsigned upper_precedence) const
 140 {
 141     debugmsg("basic print",LOGLEVEL_PRINT);
 142     os << "[basic object]";
 143 }
 144
 145 /** Output to stream in ugly raw format, so brave developers can have a look
 146  * at the underlying structure. */
 147 void basic::printraw(ostream & os) const
 148 {
 149     debugmsg("basic printraw",LOGLEVEL_PRINT);
 150     os << "[basic object]";
 151 }
 152
 153 /** Output to stream formatted in tree- (indented-) form, so developers can
 154  *  have a look at the underlying structure. */
 155 void basic::printtree(ostream & os, unsigned indent) const
 156 {
 157     debugmsg("basic printtree",LOGLEVEL_PRINT);
 158     os << string(indent,' ') << "type=" << typeid(*this).name()
 159        << ", hash=" << hashvalue << " (0x" << hex << hashvalue << dec << ")"
 160        << ", flags=" << flags
 161        << ", nops=" << nops() << endl;
 162     for (unsigned i=0; i<nops(); ++i) {
 163         op(i).printtree(os,indent+delta_indent);
 164     }
 165 }
 166
 167 /** Output to stream formatted as C-source.
 168  *
 169  *  @param os a stream for output
 170  *  @param type variable type (one of the csrc_types)
 171  *  @param upper_precedence operator precedence of caller
 172  *  @see ex::printcsrc */
 173 void basic::printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned upper_precedence) const
 174 {
 175     debugmsg("basic print csrc", LOGLEVEL_PRINT);
 176 }
 177
 178 /** Little wrapper arount print to be called within a debugger. */
 179 void basic::dbgprint(void) const
 180 {
 181     print(cerr);
 182     cerr << endl;
 183 }
 184
 185 /** Little wrapper arount printtree to be called within a debugger. */
 186 void basic::dbgprinttree(void) const
 187 {
 188     printtree(cerr,0);
 189 }
 190
 191 basic * basic::duplicate() const
 192 {
 193     debugmsg("basic duplicate",LOGLEVEL_DUPLICATE);
 194     return new basic(*this);
 195 }
 196
 197 /** Information about the object.
 198  *
 199  *  @see class info_flags */
 200 bool basic::info(unsigned inf) const
 201 {
 202     return false; // all possible properties are false for basic objects
 203 }
 204
 205 /** Number of operands/members. */
 206 unsigned basic::nops() const
 207 {
 208     // iterating from 0 to nops() on atomic objects should be an empty loop,
 209     // and accessing their elements is a range error.  Container objects should
 210     // override this.
 211     return 0;
 212 }
 213
 214 /** Return operand/member at position i. */
 215 ex basic::op(int i) const
 216 {
 217     return (const_cast<basic *>(this))->let_op(i);
 218 }
 219
 220 /** Return modifyable operand/member at position i. */
 221 ex & basic::let_op(int i)
 222 {
 223     throw(std::out_of_range("op() out of range"));
 224 }
 225
 226 ex basic::operator[](const ex & index) const
 227 {
 228     if (is_exactly_of_type(*index.bp,numeric))
 229         return op(static_cast<const numeric &>(*index.bp).to_int());
 230
 231     throw(std::invalid_argument("non-numeric indices not supported by this type"));
 232 }
 233
 234 ex basic::operator[](int i) const
 235 {
 236     return op(i);
 237 }
 238
 239 /** Search ocurrences.  An object  'has' an expression if it is the expression
 240  *  itself or one of the children 'has' it. */
 241 bool basic::has(const ex & other) const
 242 {
 243     GINAC_ASSERT(other.bp!=0);
 244     if (is_equal(*other.bp)) return true;
 245     if (nops()>0) {
 246         for (unsigned i=0; i<nops(); i++) {
 247             if (op(i).has(other)) return true;
 248         }
 249     }
 250     return false;
 251 }
 252
 253 /** Return degree of highest power in symbol s. */
 254 int basic::degree(const symbol & s) const
 255 {
 256     return 0;
 257 }
 258
 259 /** Return degree of lowest power in symbol s. */
 260 int basic::ldegree(const symbol & s) const
 261 {
 262     return 0;
 263 }
 264
 265 /** Return coefficient of degree n in symbol s. */
 266 ex basic::coeff(const symbol & s, int n) const
 267 {
 268     return n==0 ? *this : _ex0();
 269 }
 270
 271 /** Sort expression in terms of powers of some symbol.
 272  *  @param s symbol to sort in. */
 273 ex basic::collect(const symbol & s) const
 274 {
 275     ex x;
 276     int ldeg = this->ldegree(s);
 277     int deg = this->degree(s);
 278     for (int n=ldeg; n<=deg; n++) {
 279         x += this->coeff(s,n)*power(s,n);
 280     }
 281     return x;
 282 }
 283
 284 /* Perform automatic symbolic evaluations on expression. */
 285 ex basic::eval(int level) const
 286 {
 287     return this->hold();
 288 }
 289
 290 /** Evaluate object numerically. */
 291 ex basic::evalf(int level) const
 292 {
 293     return *this;
 294 }
 295
 296 /* Substitute a set of symbols. */
 297 ex basic::subs(const lst & ls, const lst & lr) const
 298 {
 299     return *this;
 300 }
 301
 302 /** Default interface of nth derivative ex::diff(s, n).  It should be called
 303  *  instead of ::derivative(s) for first derivatives and for nth derivatives it
 304  *  just recurses down.
 305  *
 306  *  @param s symbol to differentiate in
 307  *  @param nth order of differentiation
 308  *  @see ex::diff */
 309 ex basic::diff(const symbol & s, unsigned nth) const
 310 {
 311     // trivial: zeroth derivative
 312     if (!nth)
 313         return ex(*this);
 314
 315     // evaluate unevaluated *this before differentiating
 316     if (!(flags & status_flags::evaluated))
 317         return ex(*this).diff(s, nth);
 318
 319     ex ndiff = derivative(s);
 320     while (!ndiff.is_zero() &&    // stop differentiating zeros
 321            nth>1) {
 322         ndiff = ndiff.diff(s);
 323         --nth;
 324     }
 325     return ndiff;
 326 }
 327
 328 exvector basic::get_indices(void) const
 329 {
 330     return exvector(); // return an empty exvector
 331 }
 332
 333 ex basic::simplify_ncmul(const exvector & v) const
 334 {
 335     return simplified_ncmul(v);
 336 }
 337
 338 // protected
 339
 340 /** Default implementation of ex::diff(). It simply throws an error message.
 341  *
 342  *  @exception logic_error (differentiation not supported by this type)
 343  *  @see ex::diff */
 344 ex basic::derivative(const symbol & s) const
 345 {
 346     throw(std::logic_error("differentiation not supported by this type"));
 347 }
 348
 349 /** Returns order relation between two objects of same type.  Needs to be
 350  *  implemented by each class. */
 351 int basic::compare_same_type(const basic & other) const
 352 {
 353     return compare_pointers(this, &other);
 354 }
 355
 356 /** Returns true if two objects of same type are equal.  Normally needs
 357  *  not be reimplemented as long as it wasn't overwritten by some parent
 358  *  class, since it just calls complare_same_type(). */
 359 bool basic::is_equal_same_type(const basic & other) const
 360 {
 361     return compare_same_type(other)==0;
 362 }
 363
 364 unsigned basic::return_type(void) const
 365 {
 366     return return_types::commutative;
 367 }
 368
 369 unsigned basic::return_type_tinfo(void) const
 370 {
 371     return tinfo();
 372 }
 373
 374 unsigned basic::calchash(void) const
 375 {
 376     unsigned v=golden_ratio_hash(tinfo());
 377     for (unsigned i=0; i<nops(); i++) {
 378         v=rotate_left_31(v);
 379         v ^= (const_cast<basic *>(this))->op(i).gethash();
 380     }
 381
 382     v = v & 0x7FFFFFFFU;
 383
 384     // store calculated hash value only if object is already evaluated
 385     if (flags & status_flags::evaluated) {
 386         setflag(status_flags::hash_calculated);
 387         hashvalue=v;
 388     }
 389
 390     return v;
 391 }
 392
 393 /** Expand expression, i.e. multiply it out and return the result as a new
 394  *  expression. */
 395 ex basic::expand(unsigned options) const
 396 {
 397     return this->setflag(status_flags::expanded);
 398 }
 399
 400
 401 //////////
 402 // non-virtual functions in this class
 403 //////////
 404
 405 // public
 406
 407 /** Substitute symbols in expression and return the result as a new expression.
 408  *  There are two valid types of replacement arguments: 1) a relational like
 409  *  symbol==ex and 2) a list of relationals lst(symbol1==ex1,symbol2==ex2,...),
 410  *  which is converted to subs(lst(symbol1,symbol2,...),lst(ex1,ex2,...)).
 411  *  In addition, an object of class idx can be used instead of a symbol. */
 412 ex basic::subs(const ex & e) const
 413 {
 414     if (e.info(info_flags::relation_equal)) {
 415         return subs(lst(e));
 416     }
 417     if (!e.info(info_flags::list)) {
 418         throw(std::invalid_argument("basic::subs(ex): argument must be a list"));
 419     }
 420     lst ls;
 421     lst lr;
 422     for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++) {
 423         if (!e.op(i).info(info_flags::relation_equal)) {
 424             throw(std::invalid_argument("basic::subs(ex): argument must be a list or equations"));
 425         }
 426         if (!e.op(i).op(0).info(info_flags::symbol)) {
 427             if (!e.op(i).op(0).info(info_flags::idx)) {
 428                 throw(std::invalid_argument("basic::subs(ex): lhs must be a symbol or an idx"));
 429             }
 430         }
 431         ls.append(e.op(i).op(0));
 432         lr.append(e.op(i).op(1));
 433     }
 434     return subs(ls,lr);
 435 }
 436
 437 /** Compare objects to establish canonical order.
 438  *  All compare functions return: -1 for *this less than other, 0 equal,
 439  *  1 greater. */
 440 int basic::compare(const basic & other) const
 441 {
 442     unsigned hash_this = gethash();
 443     unsigned hash_other = other.gethash();
 444
 445     if (hash_this<hash_other) return -1;
 446     if (hash_this>hash_other) return 1;
 447
 448     unsigned typeid_this = tinfo();
 449     unsigned typeid_other = other.tinfo();
 450
 451     if (typeid_this<typeid_other) {
 452         /*
 453         cout << "hash collision, different types: "
 454              << *this << " and " << other << endl;
 455         this->printraw(cout);
 456         cout << " and ";
 457         other.printraw(cout);
 458         cout << endl;
 459         */
 460         return -1;
 461     }
 462     if (typeid_this>typeid_other) {
 463         /*
 464         cout << "hash collision, different types: "
 465              << *this << " and " << other << endl;
 466         this->printraw(cout);
 467         cout << " and ";
 468         other.printraw(cout);
 469         cout << endl;
 470         */
 471         return 1;
 472     }
 473
 474     GINAC_ASSERT(typeid(*this)==typeid(other));
 475
 476     int cmpval=compare_same_type(other);
 477     if ((cmpval!=0)&&(hash_this<0x80000000U)) {
 478         /*
 479         cout << "hash collision, same type: "
 480              << *this << " and " << other << endl;
 481         this->printraw(cout);
 482         cout << " and ";
 483         other.printraw(cout);
 484         cout << endl;
 485         */
 486     }
 487     return cmpval;
 488 }
 489
 490 /** Test for equality. */
 491 bool basic::is_equal(const basic & other) const
 492 {
 493     unsigned hash_this = gethash();
 494     unsigned hash_other = other.gethash();
 495
 496     if (hash_this!=hash_other) return false;
 497
 498     unsigned typeid_this = tinfo();
 499     unsigned typeid_other = other.tinfo();
 500
 501     if (typeid_this!=typeid_other) return false;
 502
 503     GINAC_ASSERT(typeid(*this)==typeid(other));
 504
 505     return is_equal_same_type(other);
 506 }
 507
 508 // protected
 509
 510 /** Stop further evaluation.
 511  *  @see basic::eval */
 512 const basic & basic::hold(void) const
 513 {
 514     return setflag(status_flags::evaluated);
 515 }
 516
 517 void basic::ensure_if_modifiable(void) const
 518 {
 519     if (refcount>1) {
 520         throw(std::runtime_error("cannot modify multiply referenced object"));
 521     }
 522 }
 523
 524 //////////
 525 // static member variables
 526 //////////
 527
 528 // protected
 529
 530 unsigned basic::precedence = 70;
 531 unsigned basic::delta_indent = 4;
 532
 533 //////////
 534 // global constants
 535 //////////
 536
 537 const basic some_basic;
 538 const type_info & typeid_basic=typeid(some_basic);
 539
 540 //////////
 541 // global variables
 542 //////////
 543
 544 int max_recursion_level=1024;
 545
 546 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 547 } // namespace GiNaC
 548 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC