ginac/symbol.cpp

   1 /** @file symbol.cpp
   2  *
   3  *  Implementation of GiNaC's symbolic objects. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2008 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., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  21  */
  22
  23 #include <string>
  24 #include <stdexcept>
  25
  26 #include "symbol.h"
  27 #include "lst.h"
  28 #include "archive.h"
  29 #include "tostring.h"
  30 #include "utils.h"
  31 #include "inifcns.h"
  32
  33 namespace GiNaC {
  34
  35 GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS_OPT(symbol, basic,
  36   print_func<print_context>(&symbol::do_print).
  37   print_func<print_latex>(&symbol::do_print_latex).
  38   print_func<print_tree>(&symbol::do_print_tree).
  39   print_func<print_python_repr>(&symbol::do_print_python_repr))
  40
  41 //////////
  42 // default constructor
  43 //////////
  44
  45 // symbol
  46
  47 symbol::symbol()
  48  : inherited(&symbol::tinfo_static), serial(next_serial++), name(autoname_prefix() + ToString(serial)), TeX_name(name), domain(domain::complex), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(&symbol::tinfo_static)
  49 {
  50         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  51 }
  52
  53 // realsymbol
  54
  55 realsymbol::realsymbol()
  56 {
  57         domain = domain::real;
  58 }
  59
  60 // possymbol
  61
  62 possymbol::possymbol()
  63 {
  64         domain = domain::positive;
  65 }
  66
  67 //////////
  68 // other constructors
  69 //////////
  70
  71 // public
  72
  73 // symbol
  74
  75 symbol::symbol(const std::string & initname, unsigned domain)
  76  : inherited(&symbol::tinfo_static), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(default_TeX_name()), domain(domain), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(&symbol::tinfo_static)
  77 {
  78         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  79 }
  80
  81 symbol::symbol(const std::string & initname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
  82  : inherited(&symbol::tinfo_static), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(default_TeX_name()), domain(domain), ret_type(rt), ret_type_tinfo(rtt)
  83 {
  84         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  85 }
  86
  87 symbol::symbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned domain)
  88  : inherited(&symbol::tinfo_static), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(texname), domain(domain), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(&symbol::tinfo_static)
  89 {
  90         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  91 }
  92
  93 symbol::symbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
  94  : inherited(&symbol::tinfo_static),  serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(texname), domain(domain), ret_type(rt), ret_type_tinfo(rtt)
  95 {
  96         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  97 }
  98
  99 // realsymbol
 100
 101 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, unsigned domain)
 102  : symbol(initname, domain) { }
 103
 104 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned domain)
 105  : symbol(initname, texname, domain) { }
 106
 107 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
 108  : symbol(initname, rt, rtt, domain) { }
 109
 110 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
 111  : symbol(initname, texname, rt, rtt, domain) { }
 112
 113 // possymbol
 114
 115 possymbol::possymbol(const std::string & initname, unsigned domain)
 116  : symbol(initname, domain) { }
 117
 118 possymbol::possymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned domain)
 119  : symbol(initname, texname, domain) { }
 120
 121 possymbol::possymbol(const std::string & initname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
 122  : symbol(initname, rt, rtt, domain) { }
 123
 124 possymbol::possymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned rt, tinfo_t rtt, unsigned domain)
 125  : symbol(initname, texname, rt, rtt, domain) { }
 126
 127 //////////
 128 // archiving
 129 //////////
 130
 131 /** Construct object from archive_node. */
 132 symbol::symbol(const archive_node &n, lst &sym_lst)
 133  : inherited(n, sym_lst), serial(next_serial++)
 134 {
 135         if (!n.find_string("name", name))
 136                 name = autoname_prefix() + ToString(serial);
 137         if (!n.find_string("TeXname", TeX_name))
 138                 TeX_name = default_TeX_name();
 139         if (!n.find_unsigned("domain", domain))
 140                 domain = domain::complex;
 141         if (!n.find_unsigned("return_type", ret_type))
 142                 ret_type = return_types::commutative;
 143         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
 144 }
 145
 146 /** Unarchive the object. */
 147 ex symbol::unarchive(const archive_node &n, lst &sym_lst)
 148 {
 149         ex s = (new symbol(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
 150
 151         // If symbol is in sym_lst, return the existing symbol
 152         for (lst::const_iterator it = sym_lst.begin(); it != sym_lst.end(); ++it) {
 153                 if (is_a<symbol>(*it) && (ex_to<symbol>(*it).name == ex_to<symbol>(s).name))
 154                         return *it;
 155         }
 156
 157         // Otherwise add new symbol to list and return it
 158         sym_lst.append(s);
 159         return s;
 160 }
 161
 162 /** Archive the object. */
 163 void symbol::archive(archive_node &n) const
 164 {
 165         inherited::archive(n);
 166         n.add_string("name", name);
 167         if (TeX_name != default_TeX_name())
 168                 n.add_string("TeX_name", TeX_name);
 169         if (domain != domain::complex)
 170                 n.add_unsigned("domain", domain);
 171         if (ret_type != return_types::commutative)
 172                 n.add_unsigned("return_type", ret_type);
 173 }
 174
 175 //////////
 176 // functions overriding virtual functions from base classes
 177 //////////
 178
 179 // public
 180
 181 void symbol::do_print(const print_context & c, unsigned level) const
 182 {
 183         c.s << name;
 184 }
 185
 186 void symbol::do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const
 187 {
 188         c.s << TeX_name;
 189 }
 190
 191 void symbol::do_print_tree(const print_tree & c, unsigned level) const
 192 {
 193         c.s << std::string(level, ' ') << name << " (" << class_name() << ")" << " @" << this
 194             << ", serial=" << serial
 195             << std::hex << ", hash=0x" << hashvalue << ", flags=0x" << flags << std::dec
 196             << ", domain=" << domain
 197             << std::endl;
 198 }
 199
 200 void symbol::do_print_python_repr(const print_python_repr & c, unsigned level) const
 201 {
 202         c.s << class_name() << "('" << name;
 203         if (TeX_name != default_TeX_name())
 204                 c.s << "','" << TeX_name;
 205         c.s << "')";
 206 }
 207
 208 bool symbol::info(unsigned inf) const
 209 {
 210         switch (inf) {
 211                 case info_flags::symbol:
 212                 case info_flags::polynomial:
 213                 case info_flags::integer_polynomial:
 214                 case info_flags::cinteger_polynomial:
 215                 case info_flags::rational_polynomial:
 216                 case info_flags::crational_polynomial:
 217                 case info_flags::rational_function:
 218                 case info_flags::expanded:
 219                         return true;
 220                 case info_flags::real:
 221                         return domain == domain::real || domain == domain::positive;
 222                 case info_flags::positive:
 223                 case info_flags::nonnegative:
 224                         return domain == domain::positive;
 225                 case info_flags::has_indices:
 226                         return false;
 227         }
 228         return inherited::info(inf);
 229 }
 230
 231 ex symbol::conjugate() const
 232 {
 233         if (this->domain == domain::complex) {
 234                 return conjugate_function(*this).hold();
 235         } else {
 236                 return *this;
 237         }
 238 }
 239
 240 ex symbol::real_part() const
 241 {
 242         if (domain==domain::real || domain==domain::positive)
 243                 return *this;
 244         return real_part_function(*this).hold();
 245 }
 246
 247 ex symbol::imag_part() const
 248 {
 249         if (domain==domain::real || domain==domain::positive)
 250                 return 0;
 251         return imag_part_function(*this).hold();
 252 }
 253
 254 bool symbol::is_polynomial(const ex & var) const
 255 {
 256         return true;
 257 }
 258
 259 // protected
 260
 261 /** Implementation of ex::diff() for single differentiation of a symbol.
 262  *  It returns 1 or 0.
 263  *
 264  *  @see ex::diff */
 265 ex symbol::derivative(const symbol & s) const
 266 {
 267         if (compare_same_type(s))
 268                 return _ex0;
 269         else
 270                 return _ex1;
 271 }
 272
 273 int symbol::compare_same_type(const basic & other) const
 274 {
 275         GINAC_ASSERT(is_a<symbol>(other));
 276         const symbol *o = static_cast<const symbol *>(&other);
 277         if (serial==o->serial) return 0;
 278         return serial < o->serial ? -1 : 1;
 279 }
 280
 281 bool symbol::is_equal_same_type(const basic & other) const
 282 {
 283         GINAC_ASSERT(is_a<symbol>(other));
 284         const symbol *o = static_cast<const symbol *>(&other);
 285         return serial==o->serial;
 286 }
 287
 288 unsigned symbol::calchash() const
 289 {
 290         hashvalue = golden_ratio_hash((p_int)tinfo() ^ serial);
 291         setflag(status_flags::hash_calculated);
 292         return hashvalue;
 293 }
 294
 295 //////////
 296 // virtual functions which can be overridden by derived classes
 297 //////////
 298
 299 // none
 300
 301 //////////
 302 // non-virtual functions in this class
 303 //////////
 304
 305 // private
 306
 307 /** Symbols not constructed with a string get one assigned using this
 308  *  prefix and a number. */
 309 std::string& symbol::autoname_prefix()
 310 {
 311         static std::string s("symbol");
 312         return s;
 313 }
 314
 315 /** Return default TeX name for symbol. This recognizes some greek letters. */
 316 std::string symbol::default_TeX_name() const
 317 {
 318         if (name=="alpha"        || name=="beta"         || name=="gamma"
 319          || name=="delta"        || name=="epsilon"      || name=="varepsilon"
 320          || name=="zeta"         || name=="eta"          || name=="theta"
 321          || name=="vartheta"     || name=="iota"         || name=="kappa"
 322          || name=="lambda"       || name=="mu"           || name=="nu"
 323          || name=="xi"           || name=="omicron"      || name=="pi"
 324          || name=="varpi"        || name=="rho"          || name=="varrho"
 325          || name=="sigma"        || name=="varsigma"     || name=="tau"
 326          || name=="upsilon"      || name=="phi"          || name=="varphi"
 327          || name=="chi"          || name=="psi"          || name=="omega"
 328          || name=="Gamma"        || name=="Delta"        || name=="Theta"
 329          || name=="Lambda"       || name=="Xi"           || name=="Pi"
 330          || name=="Sigma"        || name=="Upsilon"      || name=="Phi"
 331          || name=="Psi"          || name=="Omega")
 332                 return "\\" + name;
 333         else
 334                 return name;
 335 }
 336
 337 //////////
 338 // static member variables
 339 //////////
 340
 341 // private
 342
 343 unsigned symbol::next_serial = 0;
 344
 345 } // namespace GiNaC