ginac/ex.h

   1 /** @file ex.h
   2  *
   3  *  Interface to GiNaC's light-weight expression handles. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2001 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 #ifndef __GINAC_EX_H__
  24 #define __GINAC_EX_H__
  25
  26 #include <iostream>
  27 #include "basic.h"
  28 #include "operators.h"
  29
  30 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
  31 namespace GiNaC {
  32 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
  33
  34 class ex;
  35 class expand_options;
  36 class status_flags;
  37
  38 class symbol;
  39 class lst;
  40
  41 // Sorry, this is the only constant to pollute the global scope, the other ones
  42 // are defined in utils.h and not visible from outside.
  43 extern const ex & _ex0(void);     //  single ex(numeric(0))
  44
  45 #define INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  46
  47 /** Lightweight wrapper for GiNaC's symbolic objects.  Basically all it does is
  48  *  to hold a pointer to the other objects, manage the reference counting and
  49  *  provide methods for manipulation of these objects. */
  50 class ex
  51 {
  52         friend class basic;
  53
  54 // member functions
  55
  56         // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
  57 public:
  58         ex()
  59 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  60              : bp(_ex0().bp)
  61         {
  62                 GINAC_ASSERT(_ex0().bp!=0);
  63                 GINAC_ASSERT(_ex0().bp->flags & status_flags::dynallocated);
  64                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
  65                 ++bp->refcount;
  66 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
  67                 update_last_created_or_assigned_bp();
  68 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
  69         }
  70 #else
  71 ;
  72 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  73
  74         ~ex()
  75 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  76         {
  77                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
  78                 GINAC_ASSERT(bp->flags & status_flags::dynallocated);
  79                 if (--bp->refcount == 0) {
  80                         delete bp;
  81                 }
  82         }
  83 #else
  84 ;
  85 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  86
  87         ex(const ex & other)
  88 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
  89                              : bp(other.bp)
  90         {
  91                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
  92                 GINAC_ASSERT((bp->flags) & status_flags::dynallocated);
  93                 ++bp->refcount;
  94 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
  95                 update_last_created_or_assigned_bp();
  96 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
  97         }
  98 #else
  99 ;
 100 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 101
 102         const ex & operator=(const ex & other)
 103 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 104         {
 105                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
 106                 GINAC_ASSERT(bp->flags & status_flags::dynallocated);
 107                 GINAC_ASSERT(other.bp!=0);
 108                 GINAC_ASSERT(other.bp->flags & status_flags::dynallocated);
 109                 ++other.bp->refcount;
 110                 basic * tmpbp=other.bp;
 111                 if (--bp->refcount==0) {
 112                         delete bp;
 113                 }
 114                 bp=tmpbp;
 115 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 116                 update_last_created_or_assigned_bp();
 117 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 118                 return *this;
 119         }
 120 #else
 121 ;
 122 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 123
 124
 125         // other constructors
 126 public:
 127         ex(const basic & other)
 128 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 129         {
 130                 construct_from_basic(other);
 131 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 132                 update_last_created_or_assigned_bp();
 133 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 134         }
 135 #else
 136 ;
 137 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 138
 139         ex(int i)
 140 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 141         {
 142                 construct_from_int(i);
 143 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 144                 update_last_created_or_assigned_bp();
 145 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 146         }
 147 #else
 148 ;
 149 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 150
 151         ex(unsigned int i)
 152 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 153         {
 154                 construct_from_uint(i);
 155 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 156                 update_last_created_or_assigned_bp();
 157 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 158         }
 159 #else
 160 ;
 161 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 162
 163         ex(long i)
 164 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 165         {
 166                 construct_from_long(i);
 167 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 168                 update_last_created_or_assigned_bp();
 169 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 170         }
 171 #else
 172 ;
 173 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 174
 175         ex(unsigned long i)
 176 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 177         {
 178                 construct_from_ulong(i);
 179 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 180                 update_last_created_or_assigned_bp();
 181 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 182         }
 183 #else
 184 ;
 185 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 186
 187         ex(double const d)
 188 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 189         {
 190                 construct_from_double(d);
 191 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 192                 update_last_created_or_assigned_bp();
 193 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 194         }
 195 #else
 196 ;
 197 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 198
 199         /** Construct ex from string and a list of symbols. The input grammar is
 200          *  similar to the GiNaC output format. All symbols to be used in the
 201          *  expression must be specified in a lst in the second argument. Undefined
 202          *  symbols and other parser errors will throw an exception. */
 203         ex(const std::string &s, const ex &l)
 204 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 205         {
 206                 construct_from_string_and_lst(s, l);
 207 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 208                 update_last_created_or_assigned_bp();
 209 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 210         }
 211 #else
 212 ;
 213 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 214
 215
 216         // functions overriding virtual functions from bases classes
 217         // none
 218
 219         // new virtual functions which can be overridden by derived classes
 220         // none
 221
 222         // non-virtual functions in this class
 223 public:
 224         void swap(ex & other);
 225         void printraw(std::ostream & os) const;
 226         void printtree(std::ostream & os, unsigned indent=0) const;
 227         void print(std::ostream & os, unsigned upper_precedence=0) const;
 228         void printcsrc(std::ostream & os, unsigned type, const char *var_name) const;
 229         void dbgprint(void) const;
 230         void dbgprinttree(void) const;
 231         bool info(unsigned inf) const;
 232         unsigned nops() const;
 233         ex expand(unsigned options=0) const;
 234         bool has(const ex & other) const;
 235         int degree(const symbol & s) const;
 236         int ldegree(const symbol & s) const;
 237         ex coeff(const symbol & s, int n=1) const;
 238         ex lcoeff(const symbol & s) const { return coeff(s, degree(s)); }
 239         ex tcoeff(const symbol & s) const { return coeff(s, ldegree(s)); }
 240         ex numer(void) const;
 241         ex denom(void) const;
 242         ex unit(const symbol &x) const;
 243         ex content(const symbol &x) const;
 244         numeric integer_content(void) const;
 245         ex primpart(const symbol &x) const;
 246         ex primpart(const symbol &x, const ex &cont) const;
 247         ex normal(int level = 0) const;
 248         ex to_rational(lst &repl_lst) const;
 249         ex smod(const numeric &xi) const;
 250         numeric max_coefficient(void) const;
 251         ex collect(const symbol & s) const;
 252         ex eval(int level = 0) const;
 253         ex evalf(int level = 0) const;
 254         ex diff(const symbol & s, unsigned nth = 1) const;
 255         ex series(const ex & r, int order, unsigned options = 0) const;
 256         ex subs(const lst & ls, const lst & lr) const;
 257         ex subs(const ex & e) const;
 258         exvector get_indices(void) const;
 259         ex simplify_ncmul(const exvector & v) const;
 260         ex operator[](const ex & index) const;
 261         ex operator[](int i) const;
 262         ex op(int i) const;
 263         ex & let_op(int i);
 264         ex lhs(void) const;
 265         ex rhs(void) const;
 266         int compare(const ex & other) const
 267 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 268         {
 269                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
 270                 GINAC_ASSERT(other.bp!=0);
 271                 if (bp==other.bp) {
 272                         // special case: both expression point to same basic, trivially equal
 273                         return 0;
 274                 }
 275                 return bp->compare(*other.bp);
 276         }
 277 #else
 278 ;
 279 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 280         bool is_equal(const ex & other) const
 281 #ifdef INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 282         {
 283                 GINAC_ASSERT(bp!=0);
 284                 GINAC_ASSERT(other.bp!=0);
 285                 if (bp==other.bp) {
 286                         // special case: both expression point to same basic, trivially equal
 287                         return true;
 288                 }
 289                 return bp->is_equal(*other.bp);
 290         }
 291 #else
 292 ;
 293 #endif // def INLINE_EX_CONSTRUCTORS
 294         bool is_zero(void) const {return compare(_ex0())==0;};
 295
 296         unsigned return_type(void) const;
 297         unsigned return_type_tinfo(void) const;
 298         unsigned gethash(void) const;
 299
 300         ex exadd(const ex & rh) const;
 301         ex exmul(const ex & rh) const;
 302         ex exncmul(const ex & rh) const;
 303 private:
 304         void construct_from_basic(const basic & other);
 305         void construct_from_int(int i);
 306         void construct_from_uint(unsigned int i);
 307         void construct_from_long(long i);
 308         void construct_from_ulong(unsigned long i);
 309         void construct_from_double(double d);
 310         void construct_from_string_and_lst(const std::string &s, const ex &l);
 311         void makewriteable();
 312
 313 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 314 public:
 315         static bool last_created_or_assigned_bp_can_be_converted_to_ex(void)
 316         {
 317                 if (last_created_or_assigned_bp==0) return false;
 318                 if ((last_created_or_assigned_bp->flags &
 319                          status_flags::dynallocated)==0) return false;
 320                 if ((last_created_or_assigned_bp->flags &
 321                          status_flags::evaluated)==0) return false;
 322                 return true;
 323         }
 324 protected:
 325         void update_last_created_or_assigned_bp(void)
 326         {
 327                 if (last_created_or_assigned_bp!=0) {
 328                         if (--last_created_or_assigned_bp->refcount == 0) {
 329                                 delete last_created_or_assigned_bp;
 330                         }
 331                 }
 332                 last_created_or_assigned_bp=bp;
 333                 ++last_created_or_assigned_bp->refcount;
 334                 last_created_or_assigned_exp=(long)(void *)(this);
 335         }
 336 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 337
 338 // member variables
 339
 340 public:
 341         basic *bp;
 342 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 343         static basic * last_created_or_assigned_bp;
 344         static basic * dummy_bp;
 345         static long last_created_or_assigned_exp;
 346 #endif // def OBSCURE_CINT_HACK
 347 };
 348
 349 // utility functions
 350 inline bool are_ex_trivially_equal(const ex &e1, const ex &e2)
 351 {
 352         return e1.bp == e2.bp;
 353 }
 354
 355 // wrapper functions around member functions
 356 inline unsigned nops(const ex & thisex)
 357 { return thisex.nops(); }
 358
 359 inline ex expand(const ex & thisex, unsigned options = 0)
 360 { return thisex.expand(options); }
 361
 362 inline bool has(const ex & thisex, const ex & other)
 363 { return thisex.has(other); }
 364
 365 inline int degree(const ex & thisex, const symbol & s)
 366 { return thisex.degree(s); }
 367
 368 inline int ldegree(const ex & thisex, const symbol & s)
 369 { return thisex.ldegree(s); }
 370
 371 inline ex coeff(const ex & thisex, const symbol & s, int n=1)
 372 { return thisex.coeff(s, n); }
 373
 374 inline ex numer(const ex & thisex)
 375 { return thisex.numer(); }
 376
 377 inline ex denom(const ex & thisex)
 378 { return thisex.denom(); }
 379
 380 inline ex normal(const ex & thisex, int level=0)
 381 { return thisex.normal(level); }
 382
 383 inline ex to_rational(const ex & thisex, lst & repl_lst)
 384 { return thisex.to_rational(repl_lst); }
 385
 386 inline ex collect(const ex & thisex, const symbol & s)
 387 { return thisex.collect(s); }
 388
 389 inline ex eval(const ex & thisex, int level = 0)
 390 { return thisex.eval(level); }
 391
 392 inline ex evalf(const ex & thisex, int level = 0)
 393 { return thisex.evalf(level); }
 394
 395 inline ex diff(const ex & thisex, const symbol & s, unsigned nth = 1)
 396 { return thisex.diff(s, nth); }
 397
 398 inline ex series(const ex & thisex, const ex & r, int order, unsigned options = 0)
 399 { return thisex.series(r, order, options); }
 400
 401 inline ex subs(const ex & thisex, const ex & e)
 402 { return thisex.subs(e); }
 403
 404 inline ex subs(const ex & thisex, const lst & ls, const lst & lr)
 405 { return thisex.subs(ls, lr); }
 406
 407 inline ex op(const ex & thisex, int i)
 408 { return thisex.op(i); }
 409
 410 inline ex lhs(const ex & thisex)
 411 { return thisex.lhs(); }
 412
 413 inline ex rhs(const ex & thisex)
 414 { return thisex.rhs(); }
 415
 416 inline bool is_zero(const ex & thisex)
 417 { return thisex.is_zero(); }
 418
 419 inline void swap(ex & e1, ex & e2)
 420 { e1.swap(e2); }
 421
 422 #ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 423 } // namespace GiNaC
 424 #endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 425
 426 #endif // ndef __GINAC_EX_H__
 427