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