ginac/symbol.cpp

   1 /** @file symbol.cpp
   2  *
   3  *  Implementation of GiNaC's symbolic objects. */
   4
   5 /*
   6  *  GiNaC Copyright (C) 1999-2005 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(TINFO_symbol), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++), name(autoname_prefix() + ToString(serial)), TeX_name(name), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(TINFO_symbol), domain(domain::complex)
  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 //////////
  61 // other constructors
  62 //////////
  63
  64 // public
  65
  66 // symbol
  67
  68 symbol::symbol(const std::string & initname, unsigned domain)
  69  : inherited(TINFO_symbol), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(default_TeX_name()), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(TINFO_symbol), domain(domain)
  70 {
  71         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  72 }
  73
  74 symbol::symbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned domain)
  75  : inherited(TINFO_symbol), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(texname), ret_type(return_types::commutative), ret_type_tinfo(TINFO_symbol), domain(domain)
  76 {
  77         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  78 }
  79
  80 symbol::symbol(const std::string & initname, unsigned rt, unsigned rtt, unsigned domain)
  81  : inherited(TINFO_symbol), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(default_TeX_name()), ret_type(rt), ret_type_tinfo(rtt), domain(domain)
  82 {
  83         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  84 }
  85
  86 symbol::symbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned rt, unsigned rtt, unsigned domain)
  87  : inherited(TINFO_symbol), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++), name(initname), TeX_name(texname), ret_type(rt), ret_type_tinfo(rtt), domain(domain)
  88 {
  89         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
  90 }
  91
  92 // realsymbol
  93
  94 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, unsigned domain)
  95  : symbol(initname, domain) { }
  96
  97 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned domain)
  98  : symbol(initname, texname, domain) { }
  99
 100 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, unsigned rt, unsigned rtt, unsigned domain)
 101  : symbol(initname, rt, rtt, domain) { }
 102
 103 realsymbol::realsymbol(const std::string & initname, const std::string & texname, unsigned rt, unsigned rtt, unsigned domain)
 104  : symbol(initname, texname, rt, rtt, domain) { }
 105
 106 //////////
 107 // archiving
 108 //////////
 109
 110 /** Construct object from archive_node. */
 111 symbol::symbol(const archive_node &n, lst &sym_lst)
 112  : inherited(n, sym_lst), asexinfop(new assigned_ex_info), serial(next_serial++)
 113 {
 114         if (!n.find_string("name", name))
 115                 name = autoname_prefix() + ToString(serial);
 116         if (!n.find_string("TeXname", TeX_name))
 117                 TeX_name = default_TeX_name();
 118         if (!n.find_unsigned("domain", domain))
 119                 domain = domain::complex;
 120         if (!n.find_unsigned("return_type", ret_type))
 121                 ret_type = return_types::commutative;
 122         if (!n.find_unsigned("return_type_tinfo", ret_type_tinfo))
 123                 ret_type_tinfo = TINFO_symbol;
 124         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
 125 }
 126
 127 /** Unarchive the object. */
 128 ex symbol::unarchive(const archive_node &n, lst &sym_lst)
 129 {
 130         ex s = (new symbol(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
 131
 132         // If symbol is in sym_lst, return the existing symbol
 133         for (lst::const_iterator it = sym_lst.begin(); it != sym_lst.end(); ++it) {
 134                 if (is_a<symbol>(*it) && (ex_to<symbol>(*it).name == ex_to<symbol>(s).name))
 135                         return *it;
 136         }
 137
 138         // Otherwise add new symbol to list and return it
 139         sym_lst.append(s);
 140         return s;
 141 }
 142
 143 /** Archive the object. */
 144 void symbol::archive(archive_node &n) const
 145 {
 146         inherited::archive(n);
 147         n.add_string("name", name);
 148         if (TeX_name != default_TeX_name())
 149                 n.add_string("TeX_name", TeX_name);
 150         if (domain != domain::complex)
 151                 n.add_unsigned("domain", domain);
 152         if (ret_type != return_types::commutative)
 153                 n.add_unsigned("return_type", ret_type);
 154         if (ret_type_tinfo != TINFO_symbol)
 155                 n.add_unsigned("return_type_tinfo", ret_type_tinfo);
 156 }
 157
 158 //////////
 159 // functions overriding virtual functions from base classes
 160 //////////
 161
 162 // public
 163
 164 void symbol::do_print(const print_context & c, unsigned level) const
 165 {
 166         c.s << name;
 167 }
 168
 169 void symbol::do_print_latex(const print_latex & c, unsigned level) const
 170 {
 171         c.s << TeX_name;
 172 }
 173
 174 void symbol::do_print_tree(const print_tree & c, unsigned level) const
 175 {
 176         c.s << std::string(level, ' ') << name << " (" << class_name() << ")" << " @" << this
 177             << ", serial=" << serial
 178             << std::hex << ", hash=0x" << hashvalue << ", flags=0x" << flags << std::dec
 179             << ", domain=" << domain
 180             << std::endl;
 181 }
 182
 183 void symbol::do_print_python_repr(const print_python_repr & c, unsigned level) const
 184 {
 185         c.s << class_name() << "('" << name;
 186         if (TeX_name != default_TeX_name())
 187                 c.s << "','" << TeX_name;
 188         c.s << "')";
 189 }
 190
 191 bool symbol::info(unsigned inf) const
 192 {
 193         if (inf == info_flags::symbol)
 194                 return true;
 195         if (inf == info_flags::polynomial ||
 196             inf == info_flags::integer_polynomial ||
 197             inf == info_flags::cinteger_polynomial ||
 198             inf == info_flags::rational_polynomial ||
 199             inf == info_flags::crational_polynomial ||
 200             inf == info_flags::rational_function)
 201                 return true;
 202         if (inf == info_flags::real)
 203                 return domain == domain::real;
 204         else
 205                 return inherited::info(inf);
 206 }
 207
 208 ex symbol::eval(int level) const
 209 {
 210         if (level == -max_recursion_level)
 211                 throw(std::runtime_error("max recursion level reached"));
 212
 213         if (asexinfop->is_assigned) {
 214                 setflag(status_flags::evaluated);
 215                 if (level==1)
 216                         return (asexinfop->assigned_expression);
 217                 else
 218                         return (asexinfop->assigned_expression).eval(level);
 219         } else {
 220                 return this->hold();
 221         }
 222 }
 223
 224 ex symbol::conjugate() const
 225 {
 226         if (this->domain == domain::complex) {
 227                 return GiNaC::conjugate_function(*this).hold();
 228         } else {
 229                 return *this;
 230         }
 231 }
 232
 233 // protected
 234
 235 /** Implementation of ex::diff() for single differentiation of a symbol.
 236  *  It returns 1 or 0.
 237  *
 238  *  @see ex::diff */
 239 ex symbol::derivative(const symbol & s) const
 240 {
 241         if (compare_same_type(s))
 242                 return _ex0;
 243         else
 244                 return _ex1;
 245 }
 246
 247 int symbol::compare_same_type(const basic & other) const
 248 {
 249         GINAC_ASSERT(is_a<symbol>(other));
 250         const symbol *o = static_cast<const symbol *>(&other);
 251         if (serial==o->serial) return 0;
 252         return serial < o->serial ? -1 : 1;
 253 }
 254
 255 bool symbol::is_equal_same_type(const basic & other) const
 256 {
 257         GINAC_ASSERT(is_a<symbol>(other));
 258         const symbol *o = static_cast<const symbol *>(&other);
 259         return serial==o->serial;
 260 }
 261
 262 unsigned symbol::calchash() const
 263 {
 264         hashvalue = golden_ratio_hash(tinfo() ^ serial);
 265         setflag(status_flags::hash_calculated);
 266         return hashvalue;
 267 }
 268
 269 //////////
 270 // virtual functions which can be overridden by derived classes
 271 //////////
 272
 273 // none
 274
 275 //////////
 276 // non-virtual functions in this class
 277 //////////
 278
 279 // public
 280
 281 void symbol::assign(const ex & value)
 282 {
 283         asexinfop->is_assigned = true;
 284         asexinfop->assigned_expression = value;
 285         clearflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
 286 }
 287
 288 void symbol::unassign()
 289 {
 290         if (asexinfop->is_assigned) {
 291                 asexinfop->is_assigned = false;
 292                 asexinfop->assigned_expression = _ex0;
 293         }
 294         setflag(status_flags::evaluated | status_flags::expanded);
 295 }
 296
 297 // private
 298
 299 /** Symbols not constructed with a string get one assigned using this
 300  *  prefix and a number. */
 301 std::string & symbol::autoname_prefix()
 302 {
 303         static std::string *s = new std::string("symbol");
 304         return *s;
 305 }
 306
 307 /** Return default TeX name for symbol. This recognizes some greek letters. */
 308 std::string symbol::default_TeX_name() const
 309 {
 310         if (name=="alpha"        || name=="beta"         || name=="gamma"
 311          || name=="delta"        || name=="epsilon"      || name=="varepsilon"
 312          || name=="zeta"         || name=="eta"          || name=="theta"
 313          || name=="vartheta"     || name=="iota"         || name=="kappa"
 314          || name=="lambda"       || name=="mu"           || name=="nu"
 315          || name=="xi"           || name=="omicron"      || name=="pi"
 316          || name=="varpi"        || name=="rho"          || name=="varrho"
 317          || name=="sigma"        || name=="varsigma"     || name=="tau"
 318          || name=="upsilon"      || name=="phi"          || name=="varphi"
 319          || name=="chi"          || name=="psi"          || name=="omega"
 320          || name=="Gamma"        || name=="Delta"        || name=="Theta"
 321          || name=="Lambda"       || name=="Xi"           || name=="Pi"
 322          || name=="Sigma"        || name=="Upsilon"      || name=="Phi"
 323          || name=="Psi"          || name=="Omega")
 324                 return "\\" + name;
 325         else
 326                 return name;
 327 }
 328
 329 //////////
 330 // static member variables
 331 //////////
 332
 333 // private
 334
 335 unsigned symbol::next_serial = 0;
 336
 337 //////////
 338 // subclass assigned_ex_info
 339 //////////
 340
 341 /** Default ctor.  Defaults to unassigned. */
 342 symbol::assigned_ex_info::assigned_ex_info() throw() : is_assigned(false)
 343 {
 344 }
 345
 346 } // namespace GiNaC