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implemented operator-> for the iterators
[ginac.git] / doc / tutorial / ginac.texi
index 25340def8a23344496e1b1e155c664ecedb9b66b..34b919edb5a1241bb4b9d4efa590f839fec16366 100644 (file)
@@ -23,7 +23,7 @@
 This is a tutorial that documents GiNaC @value{VERSION}, an open
 framework for symbolic computation within the C++ programming language.
 
-Copyright (C) 1999-2002 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright (C) 1999-2003 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
 
 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of
 this manual provided the copyright notice and this permission notice
@@ -52,7 +52,7 @@ notice identical to this one.
 
 @page
 @vskip 0pt plus 1filll
-Copyright @copyright{} 1999-2002 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+Copyright @copyright{} 1999-2003 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
 @sp 2
 Permission is granted to make and distribute verbatim copies of
 this manual provided the copyright notice and this permission notice
@@ -135,7 +135,7 @@ the near future.
 
 @section License
 The GiNaC framework for symbolic computation within the C++ programming
-language is Copyright @copyright{} 1999-2002 Johannes Gutenberg
+language is Copyright @copyright{} 1999-2003 Johannes Gutenberg
 University Mainz, Germany.
 
 This program is free software; you can redistribute it and/or
@@ -672,12 +672,13 @@ meta-class for storing all mathematical objects.
 
 @menu
 * Expressions::                  The fundamental GiNaC class.
-* The Class Hierarchy::          Overview of GiNaC's classes.
+* Automatic evaluation::         Evaluation and canonicalization.
 * Error handling::               How the library reports errors.
+* The Class Hierarchy::          Overview of GiNaC's classes.
 * Symbols::                      Symbolic objects.
 * Numbers::                      Numerical objects.
 * Constants::                    Pre-defined constants.
-* Fundamental containers::       The power, add and mul classes.
+* Fundamental containers::       Sums, products and powers.
 * Lists::                        Lists of expressions.
 * Mathematical functions::       Mathematical functions.
 * Relations::                    Equality, Inequality and all that.
@@ -687,7 +688,7 @@ meta-class for storing all mathematical objects.
 @end menu
 
 
-@node Expressions, The Class Hierarchy, Basic Concepts, Basic Concepts
+@node Expressions, Automatic evaluation, Basic Concepts, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Expressions
 @cindex expression (class @code{ex})
@@ -721,74 +722,81 @@ hierarchy and describe the classes of objects that are handled by
 @code{ex}.
 
 
-@node The Class Hierarchy, Error handling, Expressions, Basic Concepts
+@node Automatic evaluation, Error handling, Expressions, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
-@section The Class Hierarchy
-
-GiNaC's class hierarchy consists of several classes representing
-mathematical objects, all of which (except for @code{ex} and some
-helpers) are internally derived from one abstract base class called
-@code{basic}.  You do not have to deal with objects of class
-@code{basic}, instead you'll be dealing with symbols, numbers,
-containers of expressions and so on.
+@section Automatic evaluation and canonicalization of expressions
+@cindex evaluation
 
-@cindex container
-@cindex atom
-To get an idea about what kinds of symbolic composits may be built we
-have a look at the most important classes in the class hierarchy and
-some of the relations among the classes:
+GiNaC performs some automatic transformations on expressions, to simplify
+them and put them into a canonical form. Some examples:
 
-@image{classhierarchy}
+@example
+ex MyEx1 = 2*x - 1 + x;  // 3*x-1
+ex MyEx2 = x - x;        // 0
+ex MyEx3 = cos(2*Pi);    // 1
+ex MyEx4 = x*y/x;        // y
+@end example
 
-The abstract classes shown here (the ones without drop-shadow) are of no
-interest for the user.  They are used internally in order to avoid code
-duplication if two or more classes derived from them share certain
-features.  An example is @code{expairseq}, a container for a sequence of
-pairs each consisting of one expression and a number (@code{numeric}).
-What @emph{is} visible to the user are the derived classes @code{add}
-and @code{mul}, representing sums and products.  @xref{Internal
-Structures}, where these two classes are described in more detail.  The
-following table shortly summarizes what kinds of mathematical objects
-are stored in the different classes:
+This behavior is usually referred to as @dfn{automatic} or @dfn{anonymous
+evaluation}. GiNaC only performs transformations that are
 
-@cartouche
-@multitable @columnfractions .22 .78
-@item @code{symbol} @tab Algebraic symbols @math{a}, @math{x}, @math{y}@dots{}
-@item @code{constant} @tab Constants like 
-@tex
-$\pi$
-@end tex
-@ifnottex
-@math{Pi}
-@end ifnottex
-@item @code{numeric} @tab All kinds of numbers, @math{42}, @math{7/3*I}, @math{3.14159}@dots{}
-@item @code{add} @tab Sums like @math{x+y} or @math{a-(2*b)+3}
-@item @code{mul} @tab Products like @math{x*y} or @math{2*a^2*(x+y+z)/b}
-@item @code{ncmul} @tab Products of non-commutative objects
-@item @code{power} @tab Exponentials such as @math{x^2}, @math{a^b}, 
+@itemize @bullet
+@item
+at most of complexity
 @tex
-$\sqrt{2}$
+$O(n\log n)$
 @end tex
 @ifnottex
-@code{sqrt(}@math{2}@code{)}
+@math{O(n log n)}
 @end ifnottex
-@dots{}
-@item @code{pseries} @tab Power Series, e.g. @math{x-1/6*x^3+1/120*x^5+O(x^7)}
-@item @code{function} @tab A symbolic function like @math{sin(2*x)}
-@item @code{lst} @tab Lists of expressions @{@math{x}, @math{2*y}, @math{3+z}@}
-@item @code{matrix} @tab @math{m}x@math{n} matrices of expressions
-@item @code{relational} @tab A relation like the identity @math{x}@code{==}@math{y}
-@item @code{indexed} @tab Indexed object like @math{A_ij}
-@item @code{tensor} @tab Special tensor like the delta and metric tensors
-@item @code{idx} @tab Index of an indexed object
-@item @code{varidx} @tab Index with variance
-@item @code{spinidx} @tab Index with variance and dot (used in Weyl-van-der-Waerden spinor formalism)
-@item @code{wildcard} @tab Wildcard for pattern matching
-@end multitable
-@end cartouche
+@item
+algebraically correct, possibly except for a set of measure zero (e.g.
+@math{x/x} is transformed to @math{1} although this is incorrect for @math{x=0})
+@end itemize
+
+There are two types of automatic transformations in GiNaC that may not
+behave in an entirely obvious way at first glance:
+
+@itemize
+@item
+The terms of sums and products (and some other things like the arguments of
+symmetric functions, the indices of symmetric tensors etc.) are re-ordered
+into a canonical form that is deterministic, but not lexicographical or in
+any other way easily guessable (it almost always depends on the number and
+order of the symbols you define). However, constructing the same expression
+twice, either implicitly or explicitly, will always result in the same
+canonical form.
+@item
+Expressions of the form 'number times sum' are automatically expanded (this
+has to do with GiNaC's internal representation of sums and products). For
+example
+@example
+ex MyEx5 = 2*(x + y);   // 2*x+2*y
+ex MyEx6 = z*(x + y);   // z*(x+y)
+@end example
+@end itemize
+
+The general rule is that when you construct expressions, GiNaC automatically
+creates them in canonical form, which might differ from the form you typed in
+your program. This may create some awkward looking output (@samp{-y+x} instead
+of @samp{x-y}) but allows for more efficient operation and usually yields
+some immediate simplifications.
 
+@cindex @code{eval()}
+Internally, the anonymous evaluator in GiNaC is implemented by the methods
+
+@example
+ex ex::eval(int level = 0) const;
+ex basic::eval(int level = 0) const;
+@end example
 
-@node Error handling, Symbols, The Class Hierarchy, Basic Concepts
+but unless you are extending GiNaC with your own classes or functions, there
+should never be any reason to call them explicitly. All GiNaC methods that
+transform expressions, like @code{subs()} or @code{normal()}, automatically
+re-evaluate their results.
+
+
+@node Error handling, The Class Hierarchy, Automatic evaluation, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Error handling
 @cindex exceptions
@@ -806,7 +814,7 @@ at a singularity.
 The @code{pole_error} class has a member function
 
 @example
-int pole_error::degree(void) const;
+int pole_error::degree() const;
 @end example
 
 that returns the order of the singularity (or 0 when the pole is
@@ -829,7 +837,7 @@ exceptions generated by GiNaC:
 using namespace std;
 using namespace GiNaC;
 
-int main(void)
+int main()
 @{
     try @{
         ...
@@ -844,7 +852,81 @@ int main(void)
 @end example
 
 
-@node Symbols, Numbers, Error handling, Basic Concepts
+@node The Class Hierarchy, Symbols, Error handling, Basic Concepts
+@c    node-name, next, previous, up
+@section The Class Hierarchy
+
+GiNaC's class hierarchy consists of several classes representing
+mathematical objects, all of which (except for @code{ex} and some
+helpers) are internally derived from one abstract base class called
+@code{basic}.  You do not have to deal with objects of class
+@code{basic}, instead you'll be dealing with symbols, numbers,
+containers of expressions and so on.
+
+@cindex container
+@cindex atom
+To get an idea about what kinds of symbolic composites may be built we
+have a look at the most important classes in the class hierarchy and
+some of the relations among the classes:
+
+@image{classhierarchy}
+
+The abstract classes shown here (the ones without drop-shadow) are of no
+interest for the user.  They are used internally in order to avoid code
+duplication if two or more classes derived from them share certain
+features.  An example is @code{expairseq}, a container for a sequence of
+pairs each consisting of one expression and a number (@code{numeric}).
+What @emph{is} visible to the user are the derived classes @code{add}
+and @code{mul}, representing sums and products.  @xref{Internal
+Structures}, where these two classes are described in more detail.  The
+following table shortly summarizes what kinds of mathematical objects
+are stored in the different classes:
+
+@cartouche
+@multitable @columnfractions .22 .78
+@item @code{symbol} @tab Algebraic symbols @math{a}, @math{x}, @math{y}@dots{}
+@item @code{constant} @tab Constants like 
+@tex
+$\pi$
+@end tex
+@ifnottex
+@math{Pi}
+@end ifnottex
+@item @code{numeric} @tab All kinds of numbers, @math{42}, @math{7/3*I}, @math{3.14159}@dots{}
+@item @code{add} @tab Sums like @math{x+y} or @math{a-(2*b)+3}
+@item @code{mul} @tab Products like @math{x*y} or @math{2*a^2*(x+y+z)/b}
+@item @code{ncmul} @tab Products of non-commutative objects
+@item @code{power} @tab Exponentials such as @math{x^2}, @math{a^b}, 
+@tex
+$\sqrt{2}$
+@end tex
+@ifnottex
+@code{sqrt(}@math{2}@code{)}
+@end ifnottex
+@dots{}
+@item @code{pseries} @tab Power Series, e.g. @math{x-1/6*x^3+1/120*x^5+O(x^7)}
+@item @code{function} @tab A symbolic function like
+@tex
+$\sin 2x$
+@end tex
+@ifnottex
+@math{sin(2*x)}
+@end ifnottex
+@item @code{lst} @tab Lists of expressions @{@math{x}, @math{2*y}, @math{3+z}@}
+@item @code{matrix} @tab @math{m}x@math{n} matrices of expressions
+@item @code{relational} @tab A relation like the identity @math{x}@code{==}@math{y}
+@item @code{indexed} @tab Indexed object like @math{A_ij}
+@item @code{tensor} @tab Special tensor like the delta and metric tensors
+@item @code{idx} @tab Index of an indexed object
+@item @code{varidx} @tab Index with variance
+@item @code{spinidx} @tab Index with variance and dot (used in Weyl-van-der-Waerden spinor formalism)
+@item @code{wildcard} @tab Wildcard for pattern matching
+@item @code{structure} @tab Template for user-defined classes
+@end multitable
+@end cartouche
+
+
+@node Symbols, Numbers, The Class Hierarchy, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Symbols
 @cindex @code{symbol} (class)
@@ -895,7 +977,7 @@ can use the expression's @code{.subs()} method (@pxref{Substituting Expressions}
 For storing numerical things, GiNaC uses Bruno Haible's library CLN.
 The classes therein serve as foundation classes for GiNaC.  CLN stands
 for Class Library for Numbers or alternatively for Common Lisp Numbers.
-In order to find out more about CLN's internals the reader is refered to
+In order to find out more about CLN's internals, the reader is referred to
 the documentation of that library.  @inforef{Introduction, , cln}, for
 more information. Suffice to say that it is by itself build on top of
 another library, the GNU Multiple Precision library GMP, which is an
@@ -1009,7 +1091,7 @@ naively expect it to be rounded in the decimal system.  But note also,
 that in both cases you got a couple of extra digits.  This is because
 numbers are internally stored by CLN as chunks of binary digits in order
 to match your machine's word size and to not waste precision.  Thus, on
-architectures with differnt word size, the above output might even
+architectures with different word size, the above output might even
 differ with regard to actually computed digits.
 
 It should be clear that objects of class @code{numeric} should be used
@@ -1092,6 +1174,30 @@ can be applied is listed in the following table.
 @end multitable
 @end cartouche
 
+@subsection Converting numbers
+
+Sometimes it is desirable to convert a @code{numeric} object back to a
+built-in arithmetic type (@code{int}, @code{double}, etc.). The @code{numeric}
+class provides a couple of methods for this purpose:
+
+@cindex @code{to_int()}
+@cindex @code{to_long()}
+@cindex @code{to_double()}
+@cindex @code{to_cl_N()}
+@example
+int numeric::to_int() const;
+long numeric::to_long() const;
+double numeric::to_double() const;
+cln::cl_N numeric::to_cl_N() const;
+@end example
+
+@code{to_int()} and @code{to_long()} only work when the number they are
+applied on is an exact integer. Otherwise the program will halt with a
+message like @samp{Not a 32-bit integer}. @code{to_double()} applied on a
+rational number will return a floating-point approximation. Both
+@code{to_int()/to_long()} and @code{to_double()} discard the imaginary
+part of complex numbers.
+
 
 @node Constants, Fundamental containers, Numbers, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -1125,13 +1231,13 @@ The predefined known constants are:
 
 @node Fundamental containers, Lists, Constants, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
-@section Fundamental containers: the @code{power}, @code{add} and @code{mul} classes
+@section Sums, products and powers
 @cindex polynomial
 @cindex @code{add}
 @cindex @code{mul}
 @cindex @code{power}
 
-Simple polynomial expressions are written down in GiNaC pretty much like
+Simple rational expressions are written down in GiNaC pretty much like
 in other CAS or like expressions involving numerical variables in C.
 The necessary operators @code{+}, @code{-}, @code{*} and @code{/} have
 been overloaded to achieve this goal.  When you run the following
@@ -1193,15 +1299,6 @@ arbitrary number of slots for expressions to be inserted.  Again, simple
 and safe simplifications are carried out like transforming
 @code{3*x+4-x} to @code{2*x+4}.
 
-The general rule is that when you construct such objects, GiNaC
-automatically creates them in canonical form, which might differ from
-the form you typed in your program.  This allows for rapid comparison of
-expressions, since after all @code{a-a} is simply zero.  Note, that the
-canonical form is not necessarily lexicographical ordering or in any way
-easily guessable.  It is only guaranteed that constructing the same
-expression twice, either implicitly or explicitly, results in the same
-canonical form.
-
 
 @node Lists, Mathematical functions, Fundamental containers, Basic Concepts
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -1214,11 +1311,13 @@ canonical form.
 @cindex @code{prepend()}
 @cindex @code{remove_first()}
 @cindex @code{remove_last()}
+@cindex @code{remove_all()}
 
 The GiNaC class @code{lst} serves for holding a @dfn{list} of arbitrary
-expressions. These are sometimes used to supply a variable number of
-arguments of the same type to GiNaC methods such as @code{subs()} and
-@code{to_rational()}, so you should have a basic understanding about them.
+expressions. They are not as ubiquitous as in many other computer algebra
+packages, but are sometimes used to supply a variable number of arguments of
+the same type to GiNaC methods such as @code{subs()} and @code{to_rational()},
+so you should have a basic understanding of them.
 
 Lists of up to 16 expressions can be directly constructed from single
 expressions:
@@ -1228,36 +1327,125 @@ expressions:
     symbol x("x"), y("y");
     lst l(x, 2, y, x+y);
     // now, l is a list holding the expressions 'x', '2', 'y', and 'x+y'
-    // ...
+    ...
 @end example
 
 Use the @code{nops()} method to determine the size (number of expressions) of
-a list and the @code{op()} method to access individual elements:
+a list and the @code{op()} method or the @code{[]} operator to access
+individual elements:
 
 @example
-    // ...
-    cout << l.nops() << endl;                   // prints '4'
-    cout << l.op(2) << " " << l.op(0) << endl;  // prints 'y x'
-    // ...
+    ...
+    cout << l.nops() << endl;                // prints '4'
+    cout << l.op(2) << " " << l[0] << endl;  // prints 'y x'
+    ...
+@end example
+
+As with the standard @code{list<T>} container, accessing random elements of a
+@code{lst} is generally an operation of order @math{O(N)}. Faster read-only
+sequential access to the elements of a list is possible with the
+iterator types provided by the @code{lst} class:
+
+@example
+typedef ... lst::const_iterator;
+typedef ... lst::const_reverse_iterator;
+lst::const_iterator lst::begin() const;
+lst::const_iterator lst::end() const;
+lst::const_reverse_iterator lst::rbegin() const;
+lst::const_reverse_iterator lst::rend() const;
+@end example
+
+For example, to print the elements of a list individually you can use:
+
+@example
+    ...
+    // O(N)
+    for (lst::const_iterator i = l.begin(); i != l.end(); ++i)
+        cout << *i << endl;
+    ...
+@end example
+
+which is one order faster than
+
+@example
+    ...
+    // O(N^2)
+    for (size_t i = 0; i < l.nops(); ++i)
+        cout << l.op(i) << endl;
+    ...
+@end example
+
+These iterators also allow you to use some of the algorithms provided by
+the C++ standard library:
+
+@example
+    ...
+    // print the elements of the list (requires #include <iterator>)
+    copy(l.begin(), l.end(), ostream_iterator<ex>(cout, "\n"));
+
+    // sum up the elements of the list (requires #include <numeric>)
+    ex sum = accumulate(l.begin(), l.end(), ex(0));
+    cout << sum << endl;  // prints '2+2*x+2*y'
+    ...
+@end example
+
+@code{lst} is one of the few GiNaC classes that allow in-place modifications
+(the only other one is @code{matrix}). You can modify single elements:
+
+@example
+    ...
+    l[1] = 42;       // l is now @{x, 42, y, x+y@}
+    l.let_op(1) = 7; // l is now @{x, 7, y, x+y@}
+    ...
 @end example
 
 You can append or prepend an expression to a list with the @code{append()}
 and @code{prepend()} methods:
 
 @example
-    // ...
-    l.append(4*x);   // l is now @{x, 2, y, x+y, 4*x@}
-    l.prepend(0);    // l is now @{0, x, 2, y, x+y, 4*x@}
-    // ...
+    ...
+    l.append(4*x);   // l is now @{x, 7, y, x+y, 4*x@}
+    l.prepend(0);    // l is now @{0, x, 7, y, x+y, 4*x@}
+    ...
 @end example
 
-Finally you can remove the first or last element of a list with
-@code{remove_first()} and @code{remove_last()}:
+You can remove the first or last element of a list with @code{remove_first()}
+and @code{remove_last()}:
 
 @example
-    // ...
-    l.remove_first();   // l is now @{x, 2, y, x+y, 4*x@}
-    l.remove_last();    // l is now @{x, 2, y, x+y@}
+    ...
+    l.remove_first();   // l is now @{x, 7, y, x+y, 4*x@}
+    l.remove_last();    // l is now @{x, 7, y, x+y@}
+    ...
+@end example
+
+You can remove all the elements of a list with @code{remove_all()}:
+
+@example
+    ...
+    l.remove_all();     // l is now empty
+    ...
+@end example
+
+You can bring the elements of a list into a canonical order with @code{sort()}:
+
+@example
+    ...
+    lst l1(x, 2, y, x+y);
+    lst l2(2, x+y, x, y);
+    l1.sort();
+    l2.sort();
+    // l1 and l2 are now equal
+    ...
+@end example
+
+Finally, you can remove all but the first element of consecutive groups of
+elements with @code{unique()}:
+
+@example
+    ...
+    lst l3(x, 2, 2, 2, y, x+y, y+x);
+    l3.unique();        // l3 is now @{x, 2, y, x+y@}
 @}
 @end example
 
@@ -1354,21 +1542,31 @@ second one in the range 0@dots{}@math{n-1}.
 There are a couple of ways to construct matrices, with or without preset
 elements:
 
+@cindex @code{lst_to_matrix()}
+@cindex @code{diag_matrix()}
+@cindex @code{unit_matrix()}
+@cindex @code{symbolic_matrix()}
 @example
 matrix::matrix(unsigned r, unsigned c);
 matrix::matrix(unsigned r, unsigned c, const lst & l);
 ex lst_to_matrix(const lst & l);
 ex diag_matrix(const lst & l);
+ex unit_matrix(unsigned x);
+ex unit_matrix(unsigned r, unsigned c);
+ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name);
+ex symbolic_matrix(unsigned r, unsigned c, const string & base_name, const string & tex_base_name);
 @end example
 
 The first two functions are @code{matrix} constructors which create a matrix
 with @samp{r} rows and @samp{c} columns. The matrix elements can be
 initialized from a (flat) list of expressions @samp{l}. Otherwise they are
 all set to zero. The @code{lst_to_matrix()} function constructs a matrix
-from a list of lists, each list representing a matrix row. Finally,
-@code{diag_matrix()} constructs a diagonal matrix given the list of diagonal
-elements. Note that the last two functions return expressions, not matrix
-objects.
+from a list of lists, each list representing a matrix row. @code{diag_matrix()}
+constructs a diagonal matrix given the list of diagonal elements.
+@code{unit_matrix()} creates an @samp{x} by @samp{x} (or @samp{r} by @samp{c})
+unit matrix. And finally, @code{symbolic_matrix} constructs a matrix filled
+with newly generated symbols made of the specified base name and the
+position of each element in the matrix.
 
 Matrix elements can be accessed and set using the parenthesis (function call)
 operator:
@@ -1382,34 +1580,38 @@ It is also possible to access the matrix elements in a linear fashion with
 the @code{op()} method. But C++-style subscripting with square brackets
 @samp{[]} is not available.
 
-Here are a couple of examples that all construct the same 2x2 diagonal
-matrix:
+Here are a couple of examples of constructing matrices:
 
 @example
 @{
     symbol a("a"), b("b");
-    ex e;
 
     matrix M(2, 2);
     M(0, 0) = a;
     M(1, 1) = b;
-    e = M;
-
-    e = matrix(2, 2, lst(a, 0, 0, b));
+    cout << M << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    e = lst_to_matrix(lst(lst(a, 0), lst(0, b)));
+    cout << matrix(2, 2, lst(a, 0, 0, b)) << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    e = diag_matrix(lst(a, b));
+    cout << lst_to_matrix(lst(lst(a, 0), lst(0, b))) << endl;
+     // -> [[a,0],[0,b]]
 
-    cout << e << endl;
+    cout << diag_matrix(lst(a, b)) << endl;
      // -> [[a,0],[0,b]]
+
+    cout << unit_matrix(3) << endl;
+     // -> [[1,0,0],[0,1,0],[0,0,1]]
+
+    cout << symbolic_matrix(2, 3, "x") << endl;
+     // -> [[x00,x01,x02],[x10,x11,x12]]
 @}
 @end example
 
 @cindex @code{transpose()}
-@cindex @code{inverse()}
 There are three ways to do arithmetic with matrices. The first (and most
-efficient one) is to use the methods provided by the @code{matrix} class:
+direct one) is to use the methods provided by the @code{matrix} class:
 
 @example
 matrix matrix::add(const matrix & other) const;
@@ -1417,8 +1619,7 @@ matrix matrix::sub(const matrix & other) const;
 matrix matrix::mul(const matrix & other) const;
 matrix matrix::mul_scalar(const ex & other) const;
 matrix matrix::pow(const ex & expn) const;
-matrix matrix::transpose(void) const;
-matrix matrix::inverse(void) const;
+matrix matrix::transpose() const;
 @end example
 
 All of these methods return the result as a new matrix object. Here is an
@@ -1492,17 +1693,40 @@ general.
 The @code{matrix} class provides a couple of additional methods for
 computing determinants, traces, and characteristic polynomials:
 
+@cindex @code{determinant()}
+@cindex @code{trace()}
+@cindex @code{charpoly()}
+@example
+ex matrix::determinant(unsigned algo=determinant_algo::automatic) const;
+ex matrix::trace() const;
+ex matrix::charpoly(const ex & lambda) const;
+@end example
+
+The @samp{algo} argument of @code{determinant()} allows to select
+between different algorithms for calculating the determinant.  The
+asymptotic speed (as parametrized by the matrix size) can greatly differ
+between those algorithms, depending on the nature of the matrix'
+entries.  The possible values are defined in the @file{flags.h} header
+file.  By default, GiNaC uses a heuristic to automatically select an
+algorithm that is likely (but not guaranteed) to give the result most
+quickly.
+
+@cindex @code{inverse()}
+@cindex @code{solve()}
+Matrices may also be inverted using the @code{ex matrix::inverse()}
+method and linear systems may be solved with:
+
 @example
-ex matrix::determinant(unsigned algo = determinant_algo::automatic) const;
-ex matrix::trace(void) const;
-ex matrix::charpoly(const symbol & lambda) const;
+matrix matrix::solve(const matrix & vars, const matrix & rhs, unsigned algo=solve_algo::automatic) const;
 @end example
 
-The @samp{algo} argument of @code{determinant()} allows to select between
-different algorithms for calculating the determinant. The possible values
-are defined in the @file{flags.h} header file. By default, GiNaC uses a
-heuristic to automatically select an algorithm that is likely to give the
-result most quickly.
+Assuming the matrix object this method is applied on is an @code{m}
+times @code{n} matrix, then @code{vars} must be a @code{n} times
+@code{p} matrix of symbolic indeterminates and @code{rhs} a @code{m}
+times @code{p} matrix.  The returned matrix then has dimension @code{n}
+times @code{p} and in the case of an underdetermined system will still
+contain some of the indeterminates from @code{vars}.  If the system is
+overdetermined, an exception is thrown.
 
 
 @node Indexed objects, Non-commutative objects, Matrices, Basic Concepts
@@ -1567,6 +1791,9 @@ int main()
     symbol A("A");
     cout << indexed(A, i, j) << endl;
      // -> A.i.j
+    cout << index_dimensions << indexed(A, i, j) << endl;
+     // -> A.i[3].j[3]
+    cout << dflt; // reset cout to default output format (dimensions hidden)
     ...
 @end example
 
@@ -1579,6 +1806,10 @@ construct an expression containing one indexed object, @samp{A.i.j}. It has
 the symbol @code{A} as its base expression and the two indices @code{i} and
 @code{j}.
 
+The dimensions of indices are normally not visible in the output, but one
+can request them to be printed with the @code{index_dimensions} manipulator,
+as shown above.
+
 Note the difference between the indices @code{i} and @code{j} which are of
 class @code{idx}, and the index values which are the symbols @code{i_sym}
 and @code{j_sym}. The indices of indexed objects cannot directly be symbols
@@ -1627,8 +1858,8 @@ anything useful with it.
 The methods
 
 @example
-ex idx::get_value(void);
-ex idx::get_dimension(void);
+ex idx::get_value();
+ex idx::get_dimension();
 @end example
 
 return the value and dimension of an @code{idx} object. If you have an index
@@ -1639,10 +1870,10 @@ object, you can get a reference to the @code{idx} object with the function
 There are also the methods
 
 @example
-bool idx::is_numeric(void);
-bool idx::is_symbolic(void);
-bool idx::is_dim_numeric(void);
-bool idx::is_dim_symbolic(void);
+bool idx::is_numeric();
+bool idx::is_symbolic();
+bool idx::is_dim_numeric();
+bool idx::is_dim_symbolic();
 @end example
 
 for checking whether the value and dimension are numeric or symbolic
@@ -1673,8 +1904,8 @@ this can be overridden by supplying a third argument to the @code{varidx}
 constructor. The two methods
 
 @example
-bool varidx::is_covariant(void);
-bool varidx::is_contravariant(void);
+bool varidx::is_covariant();
+bool varidx::is_contravariant();
 @end example
 
 allow you to check the variance of a @code{varidx} object (use @code{ex_to<varidx>()}
@@ -1682,7 +1913,7 @@ to get the object reference from an expression). There's also the very useful
 method
 
 @example
-ex varidx::toggle_variance(void);
+ex varidx::toggle_variance();
 @end example
 
 which makes a new index with the same value and dimension but the opposite
@@ -1716,8 +1947,8 @@ supplying a fourth argument to the @code{spinidx} constructor. The two
 methods
 
 @example
-bool spinidx::is_dotted(void);
-bool spinidx::is_undotted(void);
+bool spinidx::is_dotted();
+bool spinidx::is_undotted();
 @end example
 
 allow you to check whether or not a @code{spinidx} object is dotted (use
@@ -1725,8 +1956,8 @@ allow you to check whether or not a @code{spinidx} object is dotted (use
 Finally, the two methods
 
 @example
-ex spinidx::toggle_dot(void);
-ex spinidx::toggle_variance_dot(void);
+ex spinidx::toggle_dot();
+ex spinidx::toggle_variance_dot();
 @end example
 
 create a new index with the same value and dimension but opposite dottedness
@@ -1886,7 +2117,7 @@ indices into a canonical order which allows for some immediate simplifications:
 @end example
 
 @cindex @code{get_free_indices()}
-@cindex Dummy index
+@cindex dummy index
 @subsection Dummy indices
 
 GiNaC treats certain symbolic index pairs as @dfn{dummy indices} meaning
@@ -1947,7 +2178,7 @@ and calculating traces and convolutions of matrices and predefined tensors)
 there is the method
 
 @example
-ex ex::simplify_indexed(void);
+ex ex::simplify_indexed();
 ex ex::simplify_indexed(const scalar_products & sp);
 @end example
 
@@ -2297,8 +2528,8 @@ Information about the commutativity of an object or expression can be
 obtained with the two member functions
 
 @example
-unsigned ex::return_type(void) const;
-unsigned ex::return_type_tinfo(void) const;
+unsigned ex::return_type() const;
+unsigned ex::return_type_tinfo() const;
 @end example
 
 The @code{return_type()} function returns one of three values (defined in
@@ -2681,20 +2912,23 @@ avoided.
 
 @menu
 * Information About Expressions::
+* Numerical Evaluation::
 * Substituting Expressions::
 * Pattern Matching and Advanced Substitutions::
 * Applying a Function on Subexpressions::
+* Visitors and Tree Traversal::
 * Polynomial Arithmetic::           Working with polynomials.
 * Rational Expressions::            Working with rational functions.
 * Symbolic Differentiation::
 * Series Expansion::                Taylor and Laurent expansion.
 * Symmetrization::
 * Built-in Functions::              List of predefined mathematical functions.
+* Solving Linear Systems of Equations::
 * Input/Output::                    Input and output of expressions.
 @end menu
 
 
-@node Information About Expressions, Substituting Expressions, Methods and Functions, Methods and Functions
+@node Information About Expressions, Numerical Evaluation, Methods and Functions, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Getting information about expressions
 
@@ -2715,8 +2949,8 @@ GiNaC provides a couple of functions for this:
 bool is_a<T>(const ex & e);
 bool is_exactly_a<T>(const ex & e);
 bool ex::info(unsigned flag);
-unsigned ex::return_type(void) const;
-unsigned ex::return_type_tinfo(void) const;
+unsigned ex::return_type() const;
+unsigned ex::return_type_tinfo() const;
 @end example
 
 When the test made by @code{is_a<T>()} returns true, it is safe to call
@@ -2844,8 +3078,8 @@ for an explanation of these.
 GiNaC provides the two methods
 
 @example
-unsigned ex::nops();
-ex ex::op(unsigned i);
+size_t ex::nops();
+ex ex::op(size_t i);
 @end example
 
 for accessing the subexpressions in the container-like GiNaC classes like
@@ -2891,50 +3125,164 @@ bool ex::is_zero();
 for checking whether one expression is equal to another, or equal to zero,
 respectively.
 
-@strong{Warning:} You will also find an @code{ex::compare()} method in the
-GiNaC header files. This method is however only to be used internally by
-GiNaC to establish a canonical sort order for terms, and using it to compare
-expressions will give very surprising results.
 
+@subsection Ordering expressions
+@cindex @code{ex_is_less} (class)
+@cindex @code{ex_is_equal} (class)
+@cindex @code{compare()}
 
-@node Substituting Expressions, Pattern Matching and Advanced Substitutions, Information About Expressions, Methods and Functions
-@c    node-name, next, previous, up
-@section Substituting expressions
-@cindex @code{subs()}
+Sometimes it is necessary to establish a mathematically well-defined ordering
+on a set of arbitrary expressions, for example to use expressions as keys
+in a @code{std::map<>} container, or to bring a vector of expressions into
+a canonical order (which is done internally by GiNaC for sums and products).
 
-Algebraic objects inside expressions can be replaced with arbitrary
-expressions via the @code{.subs()} method:
+The operators @code{<}, @code{>} etc. described in the last section cannot
+be used for this, as they don't implement an ordering relation in the
+mathematical sense. In particular, they are not guaranteed to be
+antisymmetric: if @samp{a} and @samp{b} are different expressions, and
+@code{a < b} yields @code{false}, then @code{b < a} doesn't necessarily
+yield @code{true}.
+
+By default, STL classes and algorithms use the @code{<} and @code{==}
+operators to compare objects, which are unsuitable for expressions, but GiNaC
+provides two functors that can be supplied as proper binary comparison
+predicates to the STL:
 
 @example
-ex ex::subs(const ex & e);
-ex ex::subs(const lst & syms, const lst & repls);
+class ex_is_less : public std::binary_function<ex, ex, bool> @{
+public:
+    bool operator()(const ex &lh, const ex &rh) const;
+@};
+
+class ex_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> @{
+public:
+    bool operator()(const ex &lh, const ex &rh) const;
+@};
 @end example
 
-In the first form, @code{subs()} accepts a relational of the form
-@samp{object == expression} or a @code{lst} of such relationals:
+For example, to define a @code{map} that maps expressions to strings you
+have to use
 
 @example
-@{
-    symbol x("x"), y("y");
-
-    ex e1 = 2*x^2-4*x+3;
-    cout << "e1(7) = " << e1.subs(x == 7) << endl;
-     // -> 73
-
-    ex e2 = x*y + x;
-    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst(x == -2, y == 4)) << endl;
-     // -> -10
-@}
+std::map<ex, std::string, ex_is_less> myMap;
 @end example
 
-If you specify multiple substitutions, they are performed in parallel, so e.g.
-@code{subs(lst(x == y, y == x))} exchanges @samp{x} and @samp{y}.
+Omitting the @code{ex_is_less} template parameter will introduce spurious
+bugs because the map operates improperly.
+
+Other examples for the use of the functors:
+
+@example
+std::vector<ex> v;
+// fill vector
+...
+
+// sort vector
+std::sort(v.begin(), v.end(), ex_is_less());
+
+// count the number of expressions equal to '1'
+unsigned num_ones = std::count_if(v.begin(), v.end(),
+                                  std::bind2nd(ex_is_equal(), 1));
+@end example
+
+The implementation of @code{ex_is_less} uses the member function
+
+@example
+int ex::compare(const ex & other) const;
+@end example
+
+which returns @math{0} if @code{*this} and @code{other} are equal, @math{-1}
+if @code{*this} sorts before @code{other}, and @math{1} if @code{*this} sorts
+after @code{other}.
+
+
+@node Numerical Evaluation, Substituting Expressions, Information About Expressions, Methods and Functions
+@c    node-name, next, previous, up
+@section Numercial Evaluation
+@cindex @code{evalf()}
+
+GiNaC keeps algebraic expressions, numbers and constants in their exact form.
+To evaluate them using floating-point arithmetic you need to call
+
+@example
+ex ex::evalf(int level = 0) const;
+@end example
+
+@cindex @code{Digits}
+The accuracy of the evaluation is controlled by the global object @code{Digits}
+which can be assigned an integer value. The default value of @code{Digits}
+is 17. @xref{Numbers}, for more information and examples.
+
+To evaluate an expression to a @code{double} floating-point number you can
+call @code{evalf()} followed by @code{numeric::to_double()}, like this:
+
+@example
+@{
+    // Approximate sin(x/Pi)
+    symbol x("x");
+    ex e = series(sin(x/Pi), x == 0, 6);
+
+    // Evaluate numerically at x=0.1
+    ex f = evalf(e.subs(x == 0.1));
+
+    // ex_to<numeric> is an unsafe cast, so check the type first
+    if (is_a<numeric>(f)) @{
+        double d = ex_to<numeric>(f).to_double();
+        cout << d << endl;
+         // -> 0.0318256
+    @} else
+        // error
+@}
+@end example
+
+
+@node Substituting Expressions, Pattern Matching and Advanced Substitutions, Numerical Evaluation, Methods and Functions
+@c    node-name, next, previous, up
+@section Substituting expressions
+@cindex @code{subs()}
+
+Algebraic objects inside expressions can be replaced with arbitrary
+expressions via the @code{.subs()} method:
+
+@example
+ex ex::subs(const ex & e, unsigned options = 0);
+ex ex::subs(const lst & syms, const lst & repls, unsigned options = 0);
+@end example
+
+In the first form, @code{subs()} accepts a relational of the form
+@samp{object == expression} or a @code{lst} of such relationals:
+
+@example
+@{
+    symbol x("x"), y("y");
+
+    ex e1 = 2*x^2-4*x+3;
+    cout << "e1(7) = " << e1.subs(x == 7) << endl;
+     // -> 73
+
+    ex e2 = x*y + x;
+    cout << "e2(-2, 4) = " << e2.subs(lst(x == -2, y == 4)) << endl;
+     // -> -10
+@}
+@end example
+
+If you specify multiple substitutions, they are performed in parallel, so e.g.
+@code{subs(lst(x == y, y == x))} exchanges @samp{x} and @samp{y}.
 
 The second form of @code{subs()} takes two lists, one for the objects to be
 replaced and one for the expressions to be substituted (both lists must
 contain the same number of elements). Using this form, you would write
 @code{subs(lst(x, y), lst(y, x))} to exchange @samp{x} and @samp{y}.
 
+The optional last argument to @code{subs()} is a combination of
+@code{subs_options} flags. There are two options available:
+@code{subs_options::no_pattern} disables pattern matching, which makes
+large @code{subs()} operations significantly faster if you are not using
+patterns. The second option, @code{subs_options::algebraic} enables
+algebraic substitutions in products and powers.
+@ref{Pattern Matching and Advanced Substitutions}, for more information
+about patterns and algebraic substitutions.
+
 @code{subs()} performs syntactic substitution of any complete algebraic
 object; it does not try to match sub-expressions as is demonstrated by the
 following example:
@@ -3015,6 +3363,7 @@ Notes:
   are also valid patterns.
 @end itemize
 
+@subsection Matching expressions
 @cindex @code{match()}
 The most basic application of patterns is to check whether an expression
 matches a given pattern. This is done by the function
@@ -3124,6 +3473,7 @@ FAIL
 @{$0==x^2@}
 @end example
 
+@subsection Matching parts of expressions
 @cindex @code{has()}
 A more general way to look for patterns in expressions is provided by the
 member function
@@ -3192,6 +3542,7 @@ sin(y)*a+sin(x)*b+sin(x)*a+sin(y)*b
 @{sin(y),sin(x)@}
 @end example
 
+@subsection Substituting expressions
 @cindex @code{subs()}
 Probably the most useful application of patterns is to use them for
 substituting expressions with the @code{subs()} method. Wildcards can be
@@ -3234,11 +3585,62 @@ The last example would be written in C++ in this way:
 @}
 @end example
 
+@subsection Algebraic substitutions
+Supplying the @code{subs_options::algebraic} option to @code{subs()}
+enables smarter, algebraic substitutions in products and powers. If you want
+to substitute some factors of a product, you only need to list these factors
+in your pattern. Furthermore, if an (integer) power of some expression occurs
+in your pattern and in the expression that you want the substitution to occur
+in, it can be substituted as many times as possible, without getting negative
+powers.
+
+An example clarifies it all (hopefully):
+
+@example
+cout << (a*a*a*a+b*b*b*b+pow(x+y,4)).subs(wild()*wild()==pow(wild(),3),
+                                        subs_options::algebraic) << endl;
+// --> (y+x)^6+b^6+a^6
 
-@node Applying a Function on Subexpressions, Polynomial Arithmetic, Pattern Matching and Advanced Substitutions, Methods and Functions
+cout << ((a+b+c)*(a+b+c)).subs(a+b==x,subs_options::algebraic) << endl;
+// --> (c+b+a)^2
+// Powers and products are smart, but addition is just the same.
+
+cout << ((a+b+c)*(a+b+c)).subs(a+b+wild()==x+wild(), subs_options::algebraic)
+                                                                      << endl;
+// --> (x+c)^2
+// As I said: addition is just the same.
+
+cout << (pow(a,5)*pow(b,7)+2*b).subs(b*b*a==x,subs_options::algebraic) << endl;
+// --> x^3*b*a^2+2*b
+
+cout << (pow(a,-5)*pow(b,-7)+2*b).subs(1/(b*b*a)==x,subs_options::algebraic)
+                                                                       << endl;
+// --> 2*b+x^3*b^(-1)*a^(-2)
+
+cout << (4*x*x*x-2*x*x+5*x-1).subs(x==a,subs_options::algebraic) << endl;
+// --> -1-2*a^2+4*a^3+5*a
+
+cout << (4*x*x*x-2*x*x+5*x-1).subs(pow(x,wild())==pow(a,wild()),
+                                subs_options::algebraic) << endl;
+// --> -1+5*x+4*x^3-2*x^2
+// You should not really need this kind of patterns very often now.
+// But perhaps this it's-not-a-bug-it's-a-feature (c/sh)ould still change.
+
+cout << ex(sin(1+sin(x))).subs(sin(wild())==cos(wild()),
+                                subs_options::algebraic) << endl;
+// --> cos(1+cos(x))
+
+cout << expand((a*sin(x+y)*sin(x+y)+a*cos(x+y)*cos(x+y)+b)
+        .subs((pow(cos(wild()),2)==1-pow(sin(wild()),2)),
+                                subs_options::algebraic)) << endl;
+// --> b+a
+@end example
+
+
+@node Applying a Function on Subexpressions, Visitors and Tree Traversal, Pattern Matching and Advanced Substitutions, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Applying a Function on Subexpressions
-@cindex Tree traversal
+@cindex tree traversal
 @cindex @code{map()}
 
 Sometimes you may want to perform an operation on specific parts of an
@@ -3255,7 +3657,7 @@ ex calc_trace(ex e)
         return ex_to<matrix>(e).trace();
     else if (is_a<add>(e)) @{
         ex sum = 0;
-        for (unsigned i=0; i<e.nops(); i++)
+        for (size_t i=0; i<e.nops(); i++)
             sum += calc_trace(e.op(i));
         return sum;
     @} else if (is_a<mul>)(e)) @{
@@ -3380,13 +3782,221 @@ argument. You can not use functions like @samp{diff()}, @samp{op()},
 @end example
 
 
-@node Polynomial Arithmetic, Rational Expressions, Applying a Function on Subexpressions, Methods and Functions
+@node Visitors and Tree Traversal, Polynomial Arithmetic, Applying a Function on Subexpressions, Methods and Functions
+@c    node-name, next, previous, up
+@section Visitors and Tree Traversal
+@cindex tree traversal
+@cindex @code{visitor} (class)
+@cindex @code{accept()}
+@cindex @code{visit()}
+@cindex @code{traverse()}
+@cindex @code{traverse_preorder()}
+@cindex @code{traverse_postorder()}
+
+Suppose that you need a function that returns a list of all indices appearing
+in an arbitrary expression. The indices can have any dimension, and for
+indices with variance you always want the covariant version returned.
+
+You can't use @code{get_free_indices()} because you also want to include
+dummy indices in the list, and you can't use @code{find()} as it needs
+specific index dimensions (and it would require two passes: one for indices
+with variance, one for plain ones).
+
+The obvious solution to this problem is a tree traversal with a type switch,
+such as the following:
+
+@example
+void gather_indices_helper(const ex & e, lst & l)
+@{
+    if (is_a<varidx>(e)) @{
+        const varidx & vi = ex_to<varidx>(e);
+        l.append(vi.is_covariant() ? vi : vi.toggle_variance());
+    @} else if (is_a<idx>(e)) @{
+        l.append(e);
+    @} else @{
+        size_t n = e.nops();
+        for (size_t i = 0; i < n; ++i)
+            gather_indices_helper(e.op(i), l);
+    @}
+@}
+
+lst gather_indices(const ex & e)
+@{
+    lst l;
+    gather_indices_helper(e, l);
+    l.sort();
+    l.unique();
+    return l;
+@}
+@end example
+
+This works fine but fans of object-oriented programming will feel
+uncomfortable with the type switch. One reason is that there is a possibility
+for subtle bugs regarding derived classes. If we had, for example, written
+
+@example
+    if (is_a<idx>(e)) @{
+      ...
+    @} else if (is_a<varidx>(e)) @{
+      ...
+@end example
+
+in @code{gather_indices_helper}, the code wouldn't have worked because the
+first line "absorbs" all classes derived from @code{idx}, including
+@code{varidx}, so the special case for @code{varidx} would never have been
+executed.
+
+Also, for a large number of classes, a type switch like the above can get
+unwieldy and inefficient (it's a linear search, after all).
+@code{gather_indices_helper} only checks for two classes, but if you had to
+write a function that required a different implementation for nearly
+every GiNaC class, the result would be very hard to maintain and extend.
+
+The cleanest approach to the problem would be to add a new virtual function
+to GiNaC's class hierarchy. In our example, there would be specializations
+for @code{idx} and @code{varidx} while the default implementation in
+@code{basic} performed the tree traversal. Unfortunately, in C++ it's
+impossible to add virtual member functions to existing classes without
+changing their source and recompiling everything. GiNaC comes with source,
+so you could actually do this, but for a small algorithm like the one
+presented this would be impractical.
+
+One solution to this dilemma is the @dfn{Visitor} design pattern,
+which is implemented in GiNaC (actually, Robert Martin's Acyclic Visitor
+variation, described in detail in
+@uref{http://objectmentor.com/publications/acv.pdf}). Instead of adding
+virtual functions to the class hierarchy to implement operations, GiNaC
+provides a single "bouncing" method @code{accept()} that takes an instance
+of a special @code{visitor} class and redirects execution to the one
+@code{visit()} virtual function of the visitor that matches the type of
+object that @code{accept()} was being invoked on.
+
+Visitors in GiNaC must derive from the global @code{visitor} class as well
+as from the class @code{T::visitor} of each class @code{T} they want to
+visit, and implement the member functions @code{void visit(const T &)} for
+each class.
+
+A call of
+
+@example
+void ex::accept(visitor & v) const;
+@end example
+
+will then dispatch to the correct @code{visit()} member function of the
+specified visitor @code{v} for the type of GiNaC object at the root of the
+expression tree (e.g. a @code{symbol}, an @code{idx} or a @code{mul}).
+
+Here is an example of a visitor:
+
+@example
+class my_visitor
+ : public visitor,          // this is required
+   public add::visitor,     // visit add objects
+   public numeric::visitor, // visit numeric objects
+   public basic::visitor    // visit basic objects
+@{
+    void visit(const add & x)
+    @{ cout << "called with an add object" << endl; @}
+
+    void visit(const numeric & x)
+    @{ cout << "called with a numeric object" << endl; @}
+
+    void visit(const basic & x)
+    @{ cout << "called with a basic object" << endl; @}
+@};
+@end example
+
+which can be used as follows:
+
+@example
+...
+    symbol x("x");
+    ex e1 = 42;
+    ex e2 = 4*x-3;
+    ex e3 = 8*x;
+
+    my_visitor v;
+    e1.accept(v);
+     // prints "called with a numeric object"
+    e2.accept(v);
+     // prints "called with an add object"
+    e3.accept(v);
+     // prints "called with a basic object"
+...
+@end example
+
+The @code{visit(const basic &)} method gets called for all objects that are
+not @code{numeric} or @code{add} and acts as an (optional) default.
+
+From a conceptual point of view, the @code{visit()} methods of the visitor
+behave like a newly added virtual function of the visited hierarchy.
+In addition, visitors can store state in member variables, and they can
+be extended by deriving a new visitor from an existing one, thus building
+hierarchies of visitors.
+
+We can now rewrite our index example from above with a visitor:
+
+@example
+class gather_indices_visitor
+ : public visitor, public idx::visitor, public varidx::visitor
+@{
+    lst l;
+
+    void visit(const idx & i)
+    @{
+        l.append(i);
+    @}
+
+    void visit(const varidx & vi)
+    @{
+        l.append(vi.is_covariant() ? vi : vi.toggle_variance());
+    @}
+
+public:
+    const lst & get_result() // utility function
+    @{
+        l.sort();
+        l.unique();
+        return l;
+    @}
+@};
+@end example
+
+What's missing is the tree traversal. We could implement it in
+@code{visit(const basic &)}, but GiNaC has predefined methods for this:
+
+@example
+void ex::traverse_preorder(visitor & v) const;
+void ex::traverse_postorder(visitor & v) const;
+void ex::traverse(visitor & v) const;
+@end example
+
+@code{traverse_preorder()} visits a node @emph{before} visiting its
+subexpressions, while @code{traverse_postorder()} visits a node @emph{after}
+visiting its subexpressions. @code{traverse()} is a synonym for
+@code{traverse_preorder()}.
+
+Here is a new implementation of @code{gather_indices()} that uses the visitor
+and @code{traverse()}:
+
+@example
+lst gather_indices(const ex & e)
+@{
+    gather_indices_visitor v;
+    e.traverse(v);
+    return v.get_result();
+@}
+@end example
+
+
+@node Polynomial Arithmetic, Rational Expressions, Visitors and Tree Traversal, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Polynomial arithmetic
 
 @subsection Expanding and collecting
 @cindex @code{expand()}
 @cindex @code{collect()}
+@cindex @code{collect_common_factors()}
 
 A polynomial in one or more variables has many equivalent
 representations.  Some useful ones serve a specific purpose.  Consider
@@ -3403,7 +4013,7 @@ x*z}.
 To bring an expression into expanded form, its method
 
 @example
-ex ex::expand();
+ex ex::expand(unsigned options = 0);
 @end example
 
 may be called.  In our example above, this corresponds to @math{4*x*y +
@@ -3445,6 +4055,25 @@ d*sin(x)+(d*sin(x)+sin(y)+d*sin(y)+sin(x))*p+(d*sin(x)+sin(y)+d*sin(y)+sin(x))*q
 (1+q+d*(1+q+p)+p)*sin(y)+(1+q+d*(1+q+p)+p)*sin(x)
 @end example
 
+Polynomials can often be brought into a more compact form by collecting
+common factors from the terms of sums. This is accomplished by the function
+
+@example
+ex collect_common_factors(const ex & e);
+@end example
+
+This function doesn't perform a full factorization but only looks for
+factors which are already explicitly present:
+
+@example
+> collect_common_factors(a*x+a*y);
+(x+y)*a
+> collect_common_factors(a*x^2+2*a*x*y+a*y^2);
+a*(2*x*y+y^2+x^2)
+> collect_common_factors(a*(b*(a+c)*x+b*((a+c)*x+(a+c)*y)*y));
+(c+a)*a*(x*y+y^2+x)*b
+@end example
+
 @subsection Degree and coefficients
 @cindex @code{degree()}
 @cindex @code{ldegree()}
@@ -3458,34 +4087,9 @@ int ex::degree(const ex & s);
 int ex::ldegree(const ex & s);
 @end example
 
-These functions only work reliably if the input polynomial is collected in
-terms of the object @samp{s}. Otherwise, they are only guaranteed to return
-the upper/lower bounds of the exponents. If you need accurate results, you
-have to call @code{expand()} and/or @code{collect()} on the input polynomial.
-For example
-
-@example
-> a=(x+1)^2-x^2;
-(1+x)^2-x^2;
-> degree(a,x);
-2
-> degree(expand(a),x);
-1
-@end example
-
-@code{degree()} also works on rational functions, returning the asymptotic
-degree:
-
-@example
-> degree((x+1)/(x^3+1),x);
--2
-@end example
-
-If the input is not a polynomial or rational function in the variable @samp{s},
-the behavior of @code{degree()} and @code{ldegree()} is undefined.
-
-To extract a coefficient with a certain power from an expanded
-polynomial you use
+which also work reliably on non-expanded input polynomials (they even work
+on rational functions, returning the asymptotic degree). To extract
+a coefficient with a certain power from an expanded polynomial you use
 
 @example
 ex ex::coeff(const ex & s, int n);
@@ -3571,8 +4175,8 @@ constants, functions and indexed objects as well:
 The two functions
 
 @example
-ex quo(const ex & a, const ex & b, const symbol & x);
-ex rem(const ex & a, const ex & b, const symbol & x);
+ex quo(const ex & a, const ex & b, const ex & x);
+ex rem(const ex & a, const ex & b, const ex & x);
 @end example
 
 compute the quotient and remainder of univariate polynomials in the variable
@@ -3581,7 +4185,7 @@ compute the quotient and remainder of univariate polynomials in the variable
 The additional function
 
 @example
-ex prem(const ex & a, const ex & b, const symbol & x);
+ex prem(const ex & a, const ex & b, const ex & x);
 @end example
 
 computes the pseudo-remainder of @samp{a} and @samp{b} which satisfies
@@ -3606,9 +4210,9 @@ in which case the value of @code{q} is undefined.
 The methods
 
 @example
-ex ex::unit(const symbol & x);
-ex ex::content(const symbol & x);
-ex ex::primpart(const symbol & x);
+ex ex::unit(const ex & x);
+ex ex::content(const ex & x);
+ex ex::primpart(const ex & x);
 @end example
 
 return the unit part, content part, and primitive polynomial of a multivariate
@@ -3756,7 +4360,8 @@ If you need both numerator and denominator, calling @code{numer_denom()} is
 faster than using @code{numer()} and @code{denom()} separately.
 
 
-@subsection Converting to a rational expression
+@subsection Converting to a polynomial or rational expression
+@cindex @code{to_polynomial()}
 @cindex @code{to_rational()}
 
 Some of the methods described so far only work on polynomials or rational
@@ -3764,6 +4369,10 @@ functions. GiNaC provides a way to extend the domain of these functions to
 general expressions by using the temporary replacement algorithm described
 above. You do this by calling
 
+@example
+ex ex::to_polynomial(lst &l);
+@end example
+or
 @example
 ex ex::to_rational(lst &l);
 @end example
@@ -3772,10 +4381,33 @@ on the expression to be converted. The supplied @code{lst} will be filled
 with the generated temporary symbols and their replacement expressions in
 a format that can be used directly for the @code{subs()} method. It can also
 already contain a list of replacements from an earlier application of
-@code{.to_rational()}, so it's possible to use it on multiple expressions
-and get consistent results.
+@code{.to_polynomial()} or @code{.to_rational()}, so it's possible to use
+it on multiple expressions and get consistent results.
+
+The difference betwerrn @code{.to_polynomial()} and @code{.to_rational()}
+is probably best illustrated with an example:
+
+@example
+@{
+    symbol x("x"), y("y");
+    ex a = 2*x/sin(x) - y/(3*sin(x));
+    cout << a << endl;
+
+    lst lp;
+    ex p = a.to_polynomial(lp);
+    cout << " = " << p << "\n   with " << lp << endl;
+     // = symbol3*symbol2*y+2*symbol2*x
+     //   with @{symbol2==sin(x)^(-1),symbol3==-1/3@}
+
+    lst lr;
+    ex r = a.to_rational(lr);
+    cout << " = " << r << "\n   with " << lr << endl;
+     // = -1/3*symbol4^(-1)*y+2*symbol4^(-1)*x
+     //   with @{symbol4==sin(x)@}
+@}
+@end example
 
-For example,
+The following more useful example will print @samp{sin(x)-cos(x)}:
 
 @example
 @{
@@ -3784,13 +4416,11 @@ For example,
     ex b = sin(x) + cos(x);
     ex q;
     lst l;
-    divide(a.to_rational(l), b.to_rational(l), q);
+    divide(a.to_polynomial(l), b.to_polynomial(l), q);
     cout << q.subs(l) << endl;
 @}
 @end example
 
-will print @samp{sin(x)-cos(x)}.
-
 
 @node Symbolic Differentiation, Series Expansion, Rational Expressions, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
@@ -3908,19 +4538,21 @@ value of Archimedes' constant
 $\pi$
 @end tex
 (for which there already exists the built-in constant @code{Pi}) 
-using Machin's amazing formula
+using John Machin's amazing formula
 @tex
 $\pi=16$~atan~$\!\left(1 \over 5 \right)-4$~atan~$\!\left(1 \over 239 \right)$.
 @end tex
 @ifnottex
 @math{Pi==16*atan(1/5)-4*atan(1/239)}.
 @end ifnottex
-We may expand the arcus tangent around @code{0} and insert the fractions
-@code{1/5} and @code{1/239}.  But, as we have seen, a series in GiNaC
-carries an order term with it and the question arises what the system is
-supposed to do when the fractions are plugged into that order term.  The
-solution is to use the function @code{series_to_poly()} to simply strip
-the order term off:
+This equation (and similar ones) were used for over 200 years for
+computing digits of pi (see @cite{Pi Unleashed}).  We may expand the
+arcus tangent around @code{0} and insert the fractions @code{1/5} and
+@code{1/239}.  However, as we have seen, a series in GiNaC carries an
+order term with it and the question arises what the system is supposed
+to do when the fractions are plugged into that order term.  The solution
+is to use the function @code{series_to_poly()} to simply strip the order
+term off:
 
 @example
 #include <ginac/ginac.h>
@@ -4016,7 +4648,7 @@ almost any kind of object (anything that is @code{subs()}able):
 @end example
 
 
-@node Built-in Functions, Input/Output, Symmetrization, Methods and Functions
+@node Built-in Functions, Solving Linear Systems of Equations, Symmetrization, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Predefined mathematical functions
 
@@ -4110,6 +4742,21 @@ GiNaC contains the following predefined mathematical functions:
 @item @code{Order(x)}
 @tab order term function in truncated power series
 @cindex @code{Order()}
+@item @code{Li(n,x)}
+@tab polylogarithm
+@cindex @code{Li()}
+@item @code{S(n,p,x)}
+@tab Nielsen's generalized polylogarithm
+@cindex @code{S()}
+@item @code{H(m_lst,x)}
+@tab harmonic polylogarithm
+@cindex @code{H()}
+@item @code{Li(m_lst,x_lst)}
+@tab multiple polylogarithm
+@cindex @code{Li()}
+@item @code{mZeta(m_lst)}
+@tab multiple zeta value
+@cindex @code{mZeta()}
 @end multitable
 @end cartouche
 
@@ -4130,7 +4777,48 @@ standard incorporate these functions in the complex domain in a manner
 compatible with C99.
 
 
-@node Input/Output, Extending GiNaC, Built-in Functions, Methods and Functions
+@node Solving Linear Systems of Equations, Input/Output, Built-in Functions, Methods and Functions
+@c    node-name, next, previous, up
+@section Solving Linear Systems of Equations
+@cindex @code{lsolve()}
+
+The function @code{lsolve()} provides a convenient wrapper around some
+matrix operations that comes in handy when a system of linear equations
+needs to be solved:
+
+@example
+ex lsolve(const ex &eqns, const ex &symbols, unsigned options=solve_algo::automatic);
+@end example
+
+Here, @code{eqns} is a @code{lst} of equalities (i.e. class
+@code{relational}) while @code{symbols} is a @code{lst} of
+indeterminates.  (@xref{The Class Hierarchy}, for an exposition of class
+@code{lst}).
+
+It returns the @code{lst} of solutions as an expression.  As an example,
+let us solve the two equations @code{a*x+b*y==3} and @code{x-y==b}:
+
+@example
+@{
+    symbol a("a"), b("b"), x("x"), y("y");
+    lst eqns;
+    eqns.append(a*x+b*y==3).append(x-y==b);
+    lst vars;
+    vars.append(x).append(y);
+    cout << lsolve(eqns, vars) << endl;
+    // -> @{x==(3+b^2)/(b+a),y==(3-b*a)/(b+a)@}
+@end example
+
+When the linear equations @code{eqns} are underdetermined, the solution
+will contain one or more tautological entries like @code{x==x},
+depending on the rank of the system.  When they are overdetermined, the
+solution will be an empty @code{lst}.  Note the third optional parameter
+to @code{lsolve()}: it accepts the same parameters as
+@code{matrix::solve()}.  This is because @code{lsolve} is just a wrapper
+around that method.
+
+
+@node Input/Output, Extending GiNaC, Solving Linear Systems of Equations, Methods and Functions
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Input and output of expressions
 @cindex I/O
@@ -4139,70 +4827,99 @@ compatible with C99.
 @cindex printing
 @cindex output of expressions
 
-The easiest way to print an expression is to write it to a stream:
+Expressions can simply be written to any stream:
 
 @example
 @{
     symbol x("x");
-    ex e = 4.5+pow(x,2)*3/2;
-    cout << e << endl;    // prints '(4.5)+3/2*x^2'
+    ex e = 4.5*I+pow(x,2)*3/2;
+    cout << e << endl;    // prints '4.5*I+3/2*x^2'
     // ...
 @end example
 
-The output format is identical to the @command{ginsh} input syntax and
+The default output format is identical to the @command{ginsh} input syntax and
 to that used by most computer algebra systems, but not directly pastable
 into a GiNaC C++ program (note that in the above example, @code{pow(x,2)}
 is printed as @samp{x^2}).
 
 It is possible to print expressions in a number of different formats with
-the method
+a set of stream manipulators;
 
 @example
-void ex::print(const print_context & c, unsigned level = 0);
+std::ostream & dflt(std::ostream & os);
+std::ostream & latex(std::ostream & os);
+std::ostream & tree(std::ostream & os);
+std::ostream & csrc(std::ostream & os);
+std::ostream & csrc_float(std::ostream & os);
+std::ostream & csrc_double(std::ostream & os);
+std::ostream & csrc_cl_N(std::ostream & os);
+std::ostream & index_dimensions(std::ostream & os);
+std::ostream & no_index_dimensions(std::ostream & os);
 @end example
 
-@cindex @code{print_context} (class)
-The type of @code{print_context} object passed in determines the format
-of the output. The possible types are defined in @file{ginac/print.h}.
-All constructors of @code{print_context} and derived classes take an
-@code{ostream &} as their first argument.
+The @code{tree}, @code{latex} and @code{csrc} formats are also available in
+@command{ginsh} via the @code{print()}, @code{print_latex()} and
+@code{print_csrc()} functions, respectively.
 
-To print an expression in a way that can be directly used in a C or C++
-program, you pass a @code{print_csrc} object like this:
+@cindex @code{dflt}
+All manipulators affect the stream state permanently. To reset the output
+format to the default, use the @code{dflt} manipulator:
 
 @example
     // ...
-    cout << "float f = ";
-    e.print(print_csrc_float(cout));
-    cout << ";\n";
+    cout << latex;            // all output to cout will be in LaTeX format from now on
+    cout << e << endl;        // prints '4.5 i+\frac@{3@}@{2@} x^@{2@}'
+    cout << sin(x/2) << endl; // prints '\sin(\frac@{1@}@{2@} x)'
+    cout << dflt;             // revert to default output format
+    cout << e << endl;        // prints '4.5*I+3/2*x^2'
+    // ...
+@end example
 
-    cout << "double d = ";
-    e.print(print_csrc_double(cout));
-    cout << ";\n";
+If you don't want to affect the format of the stream you're working with,
+you can output to a temporary @code{ostringstream} like this:
 
-    cout << "cl_N n = ";
-    e.print(print_csrc_cl_N(cout));
-    cout << ";\n";
+@example
+    // ...
+    ostringstream s;
+    s << latex << e;         // format of cout remains unchanged
+    cout << s.str() << endl; // prints '4.5 i+\frac@{3@}@{2@} x^@{2@}'
     // ...
 @end example
 
-The three possible types mostly affect the way in which floating point
-numbers are written.
+@cindex @code{csrc}
+@cindex @code{csrc_float}
+@cindex @code{csrc_double}
+@cindex @code{csrc_cl_N}
+The @code{csrc} (an alias for @code{csrc_double}), @code{csrc_float},
+@code{csrc_double} and @code{csrc_cl_N} manipulators set the output to a
+format that can be directly used in a C or C++ program. The three possible
+formats select the data types used for numbers (@code{csrc_cl_N} uses the
+classes provided by the CLN library):
+
+@example
+    // ...
+    cout << "f = " << csrc_float << e << ";\n";
+    cout << "d = " << csrc_double << e << ";\n";
+    cout << "n = " << csrc_cl_N << e << ";\n";
+    // ...
+@end example
 
-The above example will produce (note the @code{x^2} being converted to @code{x*x}):
+The above example will produce (note the @code{x^2} being converted to
+@code{x*x}):
 
 @example
-float f = (3.000000e+00/2.000000e+00)*(x*x)+4.500000e+00;
-double d = (3.000000e+00/2.000000e+00)*(x*x)+4.500000e+00;
-cl_N n = (cln::cl_F("3.0")/cln::cl_F("2.0"))*(x*x)+cln::cl_F("4.5");
+f = (3.0/2.0)*(x*x)+std::complex<float>(0.0,4.5000000e+00);
+d = (3.0/2.0)*(x*x)+std::complex<double>(0.0,4.5000000000000000e+00);
+n = cln::cl_RA("3/2")*(x*x)+cln::complex(cln::cl_I("0"),cln::cl_F("4.5_17"));
 @end example
 
-The @code{print_context} type @code{print_tree} provides a dump of the
-internal structure of an expression for debugging purposes:
+@cindex @code{tree}
+The @code{tree} manipulator allows dumping the internal structure of an
+expression for debugging purposes:
 
 @example
     // ...
-    e.print(print_tree(cout));
+    cout << tree << e;
 @}
 @end example
 
@@ -4210,41 +4927,63 @@ produces
 
 @example
 add, hash=0x0, flags=0x3, nops=2
-    power, hash=0x9, flags=0x3, nops=2
-        x (symbol), serial=3, hash=0x44a113a6, flags=0xf
-        2 (numeric), hash=0x80000042, flags=0xf
-    3/2 (numeric), hash=0x80000061, flags=0xf
+    power, hash=0x0, flags=0x3, nops=2
+        x (symbol), serial=0, hash=0xc8d5bcdd, flags=0xf
+        2 (numeric), hash=0x6526b0fa, flags=0xf
+    3/2 (numeric), hash=0xf9828fbd, flags=0xf
     -----
     overall_coeff
-    4.5L0 (numeric), hash=0x8000004b, flags=0xf
+    4.5L0i (numeric), hash=0xa40a97e0, flags=0xf
     =====
 @end example
 
-This kind of output is also available in @command{ginsh} as the @code{print()}
-function.
-
-Another useful output format is for LaTeX parsing in mathematical mode.
-It is rather similar to the default @code{print_context} but provides
-some braces needed by LaTeX for delimiting boxes and also converts some
-common objects to conventional LaTeX names. It is possible to give symbols
-a special name for LaTeX output by supplying it as a second argument to
-the @code{symbol} constructor.
+@cindex @code{latex}
+The @code{latex} output format is for LaTeX parsing in mathematical mode.
+It is rather similar to the default format but provides some braces needed
+by LaTeX for delimiting boxes and also converts some common objects to
+conventional LaTeX names. It is possible to give symbols a special name for
+LaTeX output by supplying it as a second argument to the @code{symbol}
+constructor.
 
 For example, the code snippet
 
 @example
-    // ...
-    symbol x("x");
-    ex foo = lgamma(x).series(x==0,3);
-    foo.print(print_latex(std::cout));
+@{
+    symbol x("x", "\\circ");
+    ex e = lgamma(x).series(x==0,3);
+    cout << latex << e << endl;
+@}
+@end example
+
+will print
+
+@example
+    @{(-\ln(\circ))@}+@{(-\gamma_E)@} \circ+@{(\frac@{1@}@{12@} \pi^@{2@})@} \circ^@{2@}+\mathcal@{O@}(\circ^@{3@})
 @end example
 
-will print out:
+@cindex @code{index_dimensions}
+@cindex @code{no_index_dimensions}
+Index dimensions are normally hidden in the output. To make them visible, use
+the @code{index_dimensions} manipulator. The dimensions will be written in
+square brackets behind each index value in the default and LaTeX output
+formats:
 
 @example
-    @{(-\ln(x))@}+@{(-\gamma_E)@} x+@{(1/12 \pi^2)@} x^@{2@}+\mathcal@{O@}(x^3)
+@{
+    symbol x("x"), y("y");
+    varidx mu(symbol("mu"), 4), nu(symbol("nu"), 4);
+    ex e = indexed(x, mu) * indexed(y, nu);
+
+    cout << e << endl;
+     // prints 'x~mu*y~nu'
+    cout << index_dimensions << e << endl;
+     // prints 'x~mu[4]*y~nu[4]'
+    cout << no_index_dimensions << e << endl;
+     // prints 'x~mu*y~nu'
+@}
 @end example
 
+
 @cindex Tree traversal
 If you need any fancy special output format, e.g. for interfacing GiNaC
 with other algebra systems or for producing code for different
@@ -4258,9 +4997,9 @@ static void my_print(const ex & e)
     else
         cout << e.bp->class_name();
     cout << "(";
-    unsigned n = e.nops();
+    size_t n = e.nops();
     if (n)
-        for (unsigned i=0; i<n; i++) @{
+        for (size_t i=0; i<n; i++) @{
             my_print(e.op(i));
             if (i != n-1)
                 cout << ",";
@@ -4270,7 +5009,7 @@ static void my_print(const ex & e)
     cout << ")";
 @}
 
-int main(void)
+int main()
 @{
     my_print(pow(3, x) - 2 * sin(y / Pi)); cout << endl;
     return 0;
@@ -4301,22 +5040,19 @@ and have the @samp{x} and @samp{y} correspond to the symbols @code{x} and
 desired symbols to the @code{>>} stream input operator.
 
 Instead, GiNaC lets you construct an expression from a string, specifying the
-list of symbols and indices to be used:
+list of symbols to be used:
 
 @example
 @{
-    symbol x("x"), y("y"), p("p");
-    idx i(symbol("i"), 3);
-    ex e("2*x+sin(y)+p.i", lst(x, y, p, i));
+    symbol x("x"), y("y");
+    ex e("2*x+sin(y)", lst(x, y));
 @}
 @end example
 
 The input syntax is the same as that used by @command{ginsh} and the stream
-output operator @code{<<}. The symbols and indices in the string are matched
-by name to the symbols and indices in the list and if GiNaC encounters a
-symbol or index not specified in the list it will throw an exception. Only
-indices whose values are single symbols can be used (i.e. numeric indices
-or compound indices as in "A.(2*n+1)" are not allowed).
+output operator @code{<<}. The symbols in the string are matched by name to
+the symbols in the list and if GiNaC encounters a symbol not specified in
+the list it will throw an exception.
 
 With this constructor, it's also easy to implement interactive GiNaC programs:
 
@@ -4448,8 +5184,8 @@ static void my_print2(const archive_node & n)
     archive_node::propinfovector p;
     n.get_properties(p);
 
-    unsigned num = p.size();
-    for (unsigned i=0; i<num; i++) @{
+    size_t num = p.size();
+    for (size_t i=0; i<num; i++) @{
         const string &name = p[i].name;
         if (name == "class")
             continue;
@@ -4500,7 +5236,7 @@ static void my_print2(const archive_node & n)
     cout << ")";
 @}
 
-int main(void)
+int main()
 @{
     ex e = pow(2, x) - y;
     archive ar(e, "e");
@@ -4535,7 +5271,8 @@ authors---they will happily incorporate them into future versions.
 @menu
 * What does not belong into GiNaC::  What to avoid.
 * Symbolic functions::               Implementing symbolic functions.
-* Adding classes::                   Defining new algebraic classes.
+* Structures::                       Defining new algebraic classes (the easy way).
+* Adding classes::                   Defining new algebraic classes (the hard way).
 @end menu
 
 
@@ -4563,43 +5300,136 @@ inefficient.  For this purpose, the underlying foundation classes
 provided by CLN are much better suited.
 
 
-@node Symbolic functions, Adding classes, What does not belong into GiNaC, Extending GiNaC
+@node Symbolic functions, Structures, What does not belong into GiNaC, Extending GiNaC
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Symbolic functions
 
-The easiest and most instructive way to start with is probably to
-implement your own function.  GiNaC's functions are objects of class
-@code{function}.  The preprocessor is then used to convert the function
-names to objects with a corresponding serial number that is used
-internally to identify them.  You usually need not worry about this
-number.  New functions may be inserted into the system via a kind of
-`registry'.  It is your responsibility to care for some functions that
-are called when the user invokes certain methods.  These are usual
-C++-functions accepting a number of @code{ex} as arguments and returning
-one @code{ex}.  As an example, if we have a look at a simplified
-implementation of the cosine trigonometric function, we first need a
-function that is called when one wishes to @code{eval} it.  It could
-look something like this:
-
-@example
-static ex cos_eval_method(const ex & x)
+The easiest and most instructive way to start extending GiNaC is probably to
+create your own symbolic functions. These are implemented with the help of
+two preprocessor macros:
+
+@cindex @code{DECLARE_FUNCTION}
+@cindex @code{REGISTER_FUNCTION}
+@example
+DECLARE_FUNCTION_<n>P(<name>)
+REGISTER_FUNCTION(<name>, <options>)
+@end example
+
+The @code{DECLARE_FUNCTION} macro will usually appear in a header file. It
+declares a C++ function with the given @samp{name} that takes exactly @samp{n}
+parameters of type @code{ex} and returns a newly constructed GiNaC
+@code{function} object that represents your function.
+
+The @code{REGISTER_FUNCTION} macro implements the function. It must be passed
+the same @samp{name} as the respective @code{DECLARE_FUNCTION} macro, and a
+set of options that associate the symbolic function with C++ functions you
+provide to implement the various methods such as evaluation, derivative,
+series expansion etc. They also describe additional attributes the function
+might have, such as symmetry and commutation properties, and a name for
+LaTeX output. Multiple options are separated by the member access operator
+@samp{.} and can be given in an arbitrary order.
+
+(By the way: in case you are worrying about all the macros above we can
+assure you that functions are GiNaC's most macro-intense classes. We have
+done our best to avoid macros where we can.)
+
+@subsection A minimal example
+
+Here is an example for the implementation of a function with two arguments
+that is not further evaluated:
+
+@example
+DECLARE_FUNCTION_2P(myfcn)
+
+static ex myfcn_eval(const ex & x, const ex & y)
 @{
-    // if (!x%(2*Pi)) return 1
-    // if (!x%Pi) return -1
-    // if (!x%Pi/2) return 0
-    // care for other cases...
-    return cos(x).hold();
+    return myfcn(x, y).hold();
+@}
+
+REGISTER_FUNCTION(myfcn, eval_func(myfcn_eval))
+@end example
+
+Any code that has seen the @code{DECLARE_FUNCTION} line can use @code{myfcn()}
+in algebraic expressions:
+
+@example
+@{
+    ...
+    symbol x("x");
+    ex e = 2*myfcn(42, 3*x+1) - x;
+     // this calls myfcn_eval(42, 3*x+1), and inserts its return value into
+     // the actual expression
+    cout << e << endl;
+     // prints '2*myfcn(42,1+3*x)-x'
+    ...
 @}
 @end example
 
 @cindex @code{hold()}
 @cindex evaluation
-The last line returns @code{cos(x)} if we don't know what else to do and
-stops a potential recursive evaluation by saying @code{.hold()}, which
-sets a flag to the expression signaling that it has been evaluated.  We
-should also implement a method for numerical evaluation and since we are
-lazy we sweep the problem under the rug by calling someone else's
-function that does so, in this case the one in class @code{numeric}:
+The @code{eval_func()} option specifies the C++ function that implements
+the @code{eval()} method, GiNaC's anonymous evaluator. This function takes
+the same number of arguments as the associated symbolic function (two in this
+case) and returns the (possibly transformed or in some way simplified)
+symbolically evaluated function (@xref{Automatic evaluation}, for a description
+of the automatic evaluation process). If no (further) evaluation is to take
+place, the @code{eval_func()} function must return the original function
+with @code{.hold()}, to avoid a potential infinite recursion. If your
+symbolic functions produce a segmentation fault or stack overflow when
+using them in expressions, you are probably missing a @code{.hold()}
+somewhere.
+
+There is not much you can do with the @code{myfcn} function. It merely acts
+as a kind of container for its arguments (which is, however, sometimes
+perfectly sufficient). Let's have a look at the implementation of GiNaC's
+cosine function.
+
+@subsection The cosine function
+
+The GiNaC header file @file{inifcns.h} contains the line
+
+@example
+DECLARE_FUNCTION_1P(cos)
+@end example
+
+which declares to all programs using GiNaC that there is a function @samp{cos}
+that takes one @code{ex} as an argument. This is all they need to know to use
+this function in expressions.
+
+The implementation of the cosine function is in @file{inifcns_trans.cpp}. The
+@code{eval_func()} function looks something like this (actually, it doesn't
+look like this at all, but it should give you an idea what is going on):
+
+@example
+static ex cos_eval(const ex & x)
+@{
+    if (<x is a multiple of 2*Pi>)
+        return 1;
+    else if (<x is a multiple of Pi>)
+        return -1;
+    else if (<x is a multiple of Pi/2>)
+        return 0;
+    // more rules...
+
+    else if (<x has the form 'acos(y)'>)
+        return y;
+    else if (<x has the form 'asin(y)'>)
+        return sqrt(1-y^2);
+    // more rules...
+
+    else
+        return cos(x).hold();
+@}
+@end example
+
+In this way, @code{cos(4*Pi)} automatically becomes @math{1},
+@code{cos(asin(a+b))} becomes @code{sqrt(1-(a+b)^2)}, etc. If no reasonable
+symbolic transformation can be done, the unmodified function is returned
+with @code{.hold()}.
+
+GiNaC doesn't automatically transform @code{cos(2)} to @samp{-0.416146...}.
+The user has to call @code{evalf()} for that. This is implemented in a
+different function:
 
 @example
 static ex cos_evalf(const ex & x)
@@ -4611,9 +5441,15 @@ static ex cos_evalf(const ex & x)
 @}
 @end example
 
+Since we are lazy we defer the problem of numeric evaluation to somebody else,
+in this case the @code{cos()} function for @code{numeric} objects, which in
+turn hands it over to the @code{cos()} function in CLN. The @code{.hold()}
+isn't really needed here, but reminds us that the corresponding @code{eval()}
+function would require it in this place.
+
 Differentiation will surely turn up and so we need to tell @code{cos}
-what the first derivative is (higher derivatives (@code{.diff(x,3)} for
-instance are then handled automatically by @code{basic::diff} and
+what its first derivative is (higher derivatives, @code{.diff(x,3)} for
+instance, are then handled automatically by @code{basic::diff} and
 @code{ex::diff}):
 
 @example
@@ -4626,66 +5462,479 @@ static ex cos_deriv(const ex & x, unsigned diff_param)
 @cindex product rule
 The second parameter is obligatory but uninteresting at this point.  It
 specifies which parameter to differentiate in a partial derivative in
-case the function has more than one parameter and its main application
-is for correct handling of the chain rule.  For Taylor expansion, it is
-enough to know how to differentiate.  But if the function you want to
-implement does have a pole somewhere in the complex plane, you need to
-write another method for Laurent expansion around that point.
+case the function has more than one parameter, and its main application
+is for correct handling of the chain rule.
+
+An implementation of the series expansion is not needed for @code{cos()} as
+it doesn't have any poles and GiNaC can do Taylor expansion by itself (as
+long as it knows what the derivative of @code{cos()} is). @code{tan()}, on
+the other hand, does have poles and may need to do Laurent expansion:
+
+@example
+static ex tan_series(const ex & x, const relational & rel,
+                     int order, unsigned options)
+@{
+    // Find the actual expansion point
+    const ex x_pt = x.subs(rel);
+
+    if (<x_pt is not an odd multiple of Pi/2>)
+        throw do_taylor();  // tell function::series() to do Taylor expansion
 
-Now that all the ingredients for @code{cos} have been set up, we need
-to tell the system about it.  This is done by a macro and we are not
-going to describe how it expands, please consult your preprocessor if you
-are curious:
+    // On a pole, expand sin()/cos()
+    return (sin(x)/cos(x)).series(rel, order+2, options);
+@}
+@end example
+
+The @code{series()} implementation of a function @emph{must} return a
+@code{pseries} object, otherwise your code will crash.
+
+Now that all the ingredients have been set up, the @code{REGISTER_FUNCTION}
+macro is used to tell the system how the @code{cos()} function behaves:
 
 @example
 REGISTER_FUNCTION(cos, eval_func(cos_eval).
                        evalf_func(cos_evalf).
-                       derivative_func(cos_deriv));
-@end example
-
-The first argument is the function's name used for calling it and for
-output.  The second binds the corresponding methods as options to this
-object.  Options are separated by a dot and can be given in an arbitrary
-order.  GiNaC functions understand several more options which are always
-specified as @code{.option(params)}, for example a method for series
-expansion @code{.series_func(cos_series)}.  Again, if no series
-expansion method is given, GiNaC defaults to simple Taylor expansion,
-which is correct if there are no poles involved as is the case for the
-@code{cos} function.  The way GiNaC handles poles in case there are any
-is best understood by studying one of the examples, like the Gamma
-(@code{tgamma}) function for instance.  (In essence the function first
-checks if there is a pole at the evaluation point and falls back to
-Taylor expansion if there isn't.  Then, the pole is regularized by some
-suitable transformation.)  Also, the new function needs to be declared
-somewhere.  This may also be done by a convenient preprocessor macro:
+                       derivative_func(cos_deriv).
+                       latex_name("\\cos"));
+@end example
+
+This registers the @code{cos_eval()}, @code{cos_evalf()} and
+@code{cos_deriv()} C++ functions with the @code{cos()} function, and also
+gives it a proper LaTeX name.
+
+@subsection Function options
+
+GiNaC functions understand several more options which are always
+specified as @code{.option(params)}. None of them are required, but you
+need to specify at least one option to @code{REGISTER_FUNCTION()} (usually
+the @code{eval()} method).
 
 @example
-DECLARE_FUNCTION_1P(cos)
+eval_func(<C++ function>)
+evalf_func(<C++ function>)
+derivative_func(<C++ function>)
+series_func(<C++ function>)
 @end example
 
-The suffix @code{_1P} stands for @emph{one parameter}.  Of course, this
-implementation of @code{cos} is very incomplete and lacks several safety
-mechanisms.  Please, have a look at the real implementation in GiNaC.
-(By the way: in case you are worrying about all the macros above we can
-assure you that functions are GiNaC's most macro-intense classes.  We
-have done our best to avoid macros where we can.)
+These specify the C++ functions that implement symbolic evaluation,
+numeric evaluation, partial derivatives, and series expansion, respectively.
+They correspond to the GiNaC methods @code{eval()}, @code{evalf()},
+@code{diff()} and @code{series()}.
+
+The @code{eval_func()} function needs to use @code{.hold()} if no further
+automatic evaluation is desired or possible.
+
+If no @code{series_func()} is given, GiNaC defaults to simple Taylor
+expansion, which is correct if there are no poles involved. If the function
+has poles in the complex plane, the @code{series_func()} needs to check
+whether the expansion point is on a pole and fall back to Taylor expansion
+if it isn't. Otherwise, the pole usually needs to be regularized by some
+suitable transformation.
+
+@example
+latex_name(const string & n)
+@end example
+
+specifies the LaTeX code that represents the name of the function in LaTeX
+output. The default is to put the function name in an @code{\mbox@{@}}.
+
+@example
+do_not_evalf_params()
+@end example
+
+This tells @code{evalf()} to not recursively evaluate the parameters of the
+function before calling the @code{evalf_func()}.
+
+@example
+set_return_type(unsigned return_type, unsigned return_type_tinfo)
+@end example
+
+This allows you to explicitly specify the commutation properties of the
+function (@xref{Non-commutative objects}, for an explanation of
+(non)commutativity in GiNaC). For example, you can use
+@code{set_return_type(return_types::noncommutative, TINFO_matrix)} to make
+GiNaC treat your function like a matrix. By default, functions inherit the
+commutation properties of their first argument.
+
+@example
+set_symmetry(const symmetry & s)
+@end example
+
+specifies the symmetry properties of the function with respect to its
+arguments. @xref{Indexed objects}, for an explanation of symmetry
+specifications. GiNaC will automatically rearrange the arguments of
+symmetric functions into a canonical order.
+
+
+@node Structures, Adding classes, Symbolic functions, Extending GiNaC
+@c    node-name, next, previous, up
+@section Structures
+
+If you are doing some very specialized things with GiNaC, or if you just
+need some more organized way to store data in your expressions instead of
+anonymous lists, you may want to implement your own algebraic classes.
+('algebraic class' means any class directly or indirectly derived from
+@code{basic} that can be used in GiNaC expressions).
+
+GiNaC offers two ways of accomplishing this: either by using the
+@code{structure<T>} template class, or by rolling your own class from
+scratch. This section will discuss the @code{structure<T>} template which
+is easier to use but more limited, while the implementation of custom
+GiNaC classes is the topic of the next section. However, you may want to
+read both sections because many common concepts and member functions are
+shared by both concepts, and it will also allow you to decide which approach
+is most suited to your needs.
+
+The @code{structure<T>} template, defined in the GiNaC header file
+@file{structure.h}, wraps a type that you supply (usually a C++ @code{struct}
+or @code{class}) into a GiNaC object that can be used in expressions.
+
+@subsection Example: scalar products
+
+Let's suppose that we need a way to handle some kind of abstract scalar
+product of the form @samp{<x|y>} in expressions. Objects of the scalar
+product class have to store their left and right operands, which can in turn
+be arbitrary expressions. Here is a possible way to represent such a
+product in a C++ @code{struct}:
+
+@example
+#include <iostream>
+using namespace std;
+
+#include <ginac/ginac.h>
+using namespace GiNaC;
+
+struct sprod_s @{
+    ex left, right;
+
+    sprod_s() @{@}
+    sprod_s(ex l, ex r) : left(l), right(r) @{@}
+@};
+@end example
+
+The default constructor is required. Now, to make a GiNaC class out of this
+data structure, we need only one line:
+
+@example
+typedef structure<sprod_s> sprod;
+@end example
+
+That's it. This line constructs an algebraic class @code{sprod} which
+contains objects of type @code{sprod_s}. We can now use @code{sprod} in
+expressions like any other GiNaC class:
+
+@example
+...
+    symbol a("a"), b("b");
+    ex e = sprod(sprod_s(a, b));
+...
+@end example
+
+Note the difference between @code{sprod} which is the algebraic class, and
+@code{sprod_s} which is the unadorned C++ structure containing the @code{left}
+and @code{right} data members. As shown above, an @code{sprod} can be
+constructed from an @code{sprod_s} object.
+
+If you find the nested @code{sprod(sprod_s())} constructor too unwieldy,
+you could define a little wrapper function like this:
+
+@example
+inline ex make_sprod(ex left, ex right)
+@{
+    return sprod(sprod_s(left, right));
+@}
+@end example
+
+The @code{sprod_s} object contained in @code{sprod} can be accessed with
+the GiNaC @code{ex_to<>()} function followed by the @code{->} operator or
+@code{get_struct()}:
+
+@example
+...
+    cout << ex_to<sprod>(e)->left << endl;
+     // -> a
+    cout << ex_to<sprod>(e).get_struct().right << endl;
+     // -> b
+...
+@end example
+
+You only have read access to the members of @code{sprod_s}.
+
+The type definition of @code{sprod} is enough to write your own algorithms
+that deal with scalar products, for example:
+
+@example
+ex swap_sprod(ex p)
+@{
+    if (is_a<sprod>(p)) @{
+        const sprod_s & sp = ex_to<sprod>(p).get_struct();
+        return make_sprod(sp.right, sp.left);
+    @} else
+        return p;
+@}
+
+...
+    f = swap_sprod(e);
+     // f is now <b|a>
+...
+@end example
+
+@subsection Structure output
+
+While the @code{sprod} type is useable it still leaves something to be
+desired, most notably proper output:
+
+@example
+...
+    cout << e << endl;
+     // -> [structure object]
+...
+@end example
+
+By default, any structure types you define will be printed as
+@samp{[structure object]}. To override this, you can specialize the
+template's @code{print()} member function. The member functions of
+GiNaC classes are described in more detail in the next section, but
+it shouldn't be hard to figure out what's going on here:
+
+@example
+void sprod::print(const print_context & c, unsigned level) const
+@{
+    // tree debug output handled by superclass
+    if (is_a<print_tree>(c))
+        inherited::print(c, level);
+
+    // get the contained sprod_s object
+    const sprod_s & sp = get_struct();
+
+    // print_context::s is a reference to an ostream
+    c.s << "<" << sp.left << "|" << sp.right << ">";
+@}
+@end example
+
+Now we can print expressions containing scalar products:
+
+@example
+...
+    cout << e << endl;
+     // -> <a|b>
+    cout << swap_sprod(e) << endl;
+     // -> <b|a>
+...
+@end example
+
+@subsection Comparing structures
+
+The @code{sprod} class defined so far still has one important drawback: all
+scalar products are treated as being equal because GiNaC doesn't know how to
+compare objects of type @code{sprod_s}. This can lead to some confusing
+and undesired behavior:
+
+@example
+...
+    cout << make_sprod(a, b) - make_sprod(a*a, b*b) << endl;
+     // -> 0
+    cout << make_sprod(a, b) + make_sprod(a*a, b*b) << endl;
+     // -> 2*<a|b> or 2*<a^2|b^2> (which one is undefined)
+...
+@end example
+
+To remedy this, we first need to define the operators @code{==} and @code{<}
+for objects of type @code{sprod_s}:
+
+@example
+inline bool operator==(const sprod_s & lhs, const sprod_s & rhs)
+@{
+    return lhs.left.is_equal(rhs.left) && lhs.right.is_equal(rhs.right);
+@}
+
+inline bool operator<(const sprod_s & lhs, const sprod_s & rhs)
+@{
+    return lhs.left.compare(rhs.left) < 0 ? true : lhs.right.compare(rhs.right) < 0;
+@}
+@end example
+
+The ordering established by the @code{<} operator doesn't have to make any
+algebraic sense, but it needs to be well defined. Note that we can't use
+expressions like @code{lhs.left == rhs.left} or @code{lhs.left < rhs.left}
+in the implementation of these operators because they would construct
+GiNaC @code{relational} objects which in the case of @code{<} do not
+establish a well defined ordering (for arbitrary expressions, GiNaC can't
+decide which one is algebraically 'less').
+
+Next, we need to change our definition of the @code{sprod} type to let
+GiNaC know that an ordering relation exists for the embedded objects:
+
+@example
+typedef structure<sprod_s, compare_std_less> sprod;
+@end example
+
+@code{sprod} objects then behave as expected:
+
+@example
+...
+    cout << make_sprod(a, b) - make_sprod(a*a, b*b) << endl;
+     // -> <a|b>-<a^2|b^2>
+    cout << make_sprod(a, b) + make_sprod(a*a, b*b) << endl;
+     // -> <a|b>+<a^2|b^2>
+    cout << make_sprod(a, b) - make_sprod(a, b) << endl;
+     // -> 0
+    cout << make_sprod(a, b) + make_sprod(a, b) << endl;
+     // -> 2*<a|b>
+...
+@end example
+
+The @code{compare_std_less} policy parameter tells GiNaC to use the
+@code{std::less} and @code{std::equal_to} functors to compare objects of
+type @code{sprod_s}. By default, these functors forward their work to the
+standard @code{<} and @code{==} operators, which we have overloaded.
+Alternatively, we could have specialized @code{std::less} and
+@code{std::equal_to} for class @code{sprod_s}.
 
+GiNaC provides two other comparison policies for @code{structure<T>}
+objects: the default @code{compare_all_equal}, and @code{compare_bitwise}
+which does a bit-wise comparison of the contained @code{T} objects.
+This should be used with extreme care because it only works reliably with
+built-in integral types, and it also compares any padding (filler bytes of
+undefined value) that the @code{T} class might have.
 
-@node Adding classes, A Comparison With Other CAS, Symbolic functions, Extending GiNaC
+@subsection Subexpressions
+
+Our scalar product class has two subexpressions: the left and right
+operands. It might be a good idea to make them accessible via the standard
+@code{nops()} and @code{op()} methods:
+
+@example
+size_t sprod::nops() const
+@{
+    return 2;
+@}
+
+ex sprod::op(size_t i) const
+@{
+    switch (i) @{
+    case 0:
+        return get_struct().left;
+    case 1:
+        return get_struct().right;
+    default:
+        throw std::range_error("sprod::op(): no such operand");
+    @}
+@}
+@end example
+
+Implementing @code{nops()} and @code{op()} for container types such as
+@code{sprod} has two other nice side effects:
+
+@itemize @bullet
+@item
+@code{has()} works as expected
+@item
+GiNaC generates better hash keys for the objects (the default implementation
+of @code{calchash()} takes subexpressions into account)
+@end itemize
+
+@cindex @code{let_op()}
+There is a non-const variant of @code{op()} called @code{let_op()} that
+allows replacing subexpressions:
+
+@example
+ex & sprod::let_op(size_t i)
+@{
+    // every non-const member function must call this
+    ensure_if_modifiable();
+
+    switch (i) @{
+    case 0:
+        return get_struct().left;
+    case 1:
+        return get_struct().right;
+    default:
+        throw std::range_error("sprod::let_op(): no such operand");
+    @}
+@}
+@end example
+
+Once we have provided @code{let_op()} we also get @code{subs()} and
+@code{map()} for free. In fact, every container class that returns a non-null
+@code{nops()} value must either implement @code{let_op()} or provide custom
+implementations of @code{subs()} and @code{map()}.
+
+In turn, the availability of @code{map()} enables the recursive behavior of a
+couple of other default method implementations, in particular @code{evalf()},
+@code{evalm()}, @code{normal()}, @code{diff()} and @code{expand()}. Although
+we probably want to provide our own version of @code{expand()} for scalar
+products that turns expressions like @samp{<a+b|c>} into @samp{<a|c>+<b|c>}.
+This is left as an exercise for the reader.
+
+The @code{structure<T>} template defines many more member functions that
+you can override by specialization to customize the behavior of your
+structures. You are referred to the next section for a description of
+some of these (especially @code{eval()}). There is, however, one topic
+that shall be addressed here, as it demonstrates one peculiarity of the
+@code{structure<T>} template: archiving.
+
+@subsection Archiving structures
+
+If you don't know how the archiving of GiNaC objects is implemented, you
+should first read the next section and then come back here. You're back?
+Good.
+
+To implement archiving for structures it is not enough to provide
+specializations for the @code{archive()} member function and the
+unarchiving constructor (the @code{unarchive()} function has a default
+implementation). You also need to provide a unique name (as a string literal)
+for each structure type you define. This is because in GiNaC archives,
+the class of an object is stored as a string, the class name.
+
+By default, this class name (as returned by the @code{class_name()} member
+function) is @samp{structure} for all structure classes. This works as long
+as you have only defined one structure type, but if you use two or more you
+need to provide a different name for each by specializing the
+@code{get_class_name()} member function. Here is a sample implementation
+for enabling archiving of the scalar product type defined above:
+
+@example
+const char *sprod::get_class_name() @{ return "sprod"; @}
+
+void sprod::archive(archive_node & n) const
+@{
+    inherited::archive(n);
+    n.add_ex("left", get_struct().left);
+    n.add_ex("right", get_struct().right);
+@}
+
+sprod::structure(const archive_node & n, lst & sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
+@{
+    n.find_ex("left", get_struct().left, sym_lst);
+    n.find_ex("right", get_struct().right, sym_lst);
+@}
+@end example
+
+Note that the unarchiving constructor is @code{sprod::structure} and not
+@code{sprod::sprod}, and that we don't need to supply an
+@code{sprod::unarchive()} function.
+
+
+@node Adding classes, A Comparison With Other CAS, Structures, Extending GiNaC
 @c    node-name, next, previous, up
 @section Adding classes
 
-If you are doing some very specialized things with GiNaC you may find that
-you have to implement your own algebraic classes to fit your needs. This
-section will explain how to do this by giving the example of a simple
-'string' class. After reading this section you will know how to properly
-declare a GiNaC class and what the minimum required member functions are
-that you have to implement. We only cover the implementation of a 'leaf'
-class here (i.e. one that doesn't contain subexpressions). Creating a
-container class like, for example, a class representing tensor products is
-more involved but this section should give you enough information so you can
-consult the source to GiNaC's predefined classes if you want to implement
-something more complicated.
+The @code{structure<T>} template provides an way to extend GiNaC with custom
+algebraic classes that is easy to use but has its limitations, the most
+severe of which being that you can't add any new member functions to
+structures. To be able to do this, you need to write a new class definition
+from scratch.
+
+This section will explain how to implement new algebraic classes in GiNaC by
+giving the example of a simple 'string' class. After reading this section
+you will know how to properly declare a GiNaC class and what the minimum
+required member functions are that you have to implement. We only cover the
+implementation of a 'leaf' class here (i.e. one that doesn't contain
+subexpressions). Creating a container class like, for example, a class
+representing tensor products is more involved but this section should give
+you enough information so you can consult the source to GiNaC's predefined
+classes if you want to implement something more complicated.
 
 @subsection GiNaC's run-time type information system
 
@@ -4788,14 +6037,13 @@ the first line after the opening brace of the class definition. The
 source (at global scope, of course, not inside a function).
 
 @code{GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS} contains, among other things the
-declarations of the default and copy constructor, the destructor, the
-assignment operator and a couple of other functions that are required.  It
-also defines a type @code{inherited} which refers to the superclass so you
-don't have to modify your code every time you shuffle around the class
-hierarchy.  @code{GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS} implements the copy
-constructor, the destructor and the assignment operator.
-
-Now there are nine member functions we have to implement to get a working
+declarations of the default constructor and a couple of other functions that
+are required.  It also defines a type @code{inherited} which refers to the
+superclass so you don't have to modify your code every time you shuffle around
+the class hierarchy.  @code{GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS} registers the
+class with the GiNaC RTTI.
+
+Now there are seven member functions we have to implement to get a working
 class:
 
 @itemize
@@ -4803,33 +6051,23 @@ class:
 @item
 @code{mystring()}, the default constructor.
 
-@item
-@code{void destroy(bool call_parent)}, which is used in the destructor and the
-assignment operator to free dynamically allocated members. The @code{call_parent}
-specifies whether the @code{destroy()} function of the superclass is to be
-called also.
-
-@item
-@code{void copy(const mystring &other)}, which is used in the copy constructor
-and assignment operator to copy the member variables over from another
-object of the same class.
-
 @item
 @code{void archive(archive_node &n)}, the archiving function. This stores all
 information needed to reconstruct an object of this class inside an
 @code{archive_node}.
 
 @item
-@code{mystring(const archive_node &n, const lst &sym_lst)}, the unarchiving
+@code{mystring(const archive_node &n, lst &sym_lst)}, the unarchiving
 constructor. This constructs an instance of the class from the information
 found in an @code{archive_node}.
 
 @item
-@code{ex unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)}, the static
+@code{ex unarchive(const archive_node &n, lst &sym_lst)}, the static
 unarchiving function. It constructs a new instance by calling the unarchiving
 constructor.
 
 @item
+@cindex @code{compare_same_type()}
 @code{int compare_same_type(const basic &other)}, which is used internally
 by GiNaC to establish a canonical sort order for terms. It returns 0, +1 or
 -1, depending on the relative order of this object and the @code{other}
@@ -4851,10 +6089,7 @@ which are the two constructors we declared.
 Let's proceed step-by-step. The default constructor looks like this:
 
 @example
-mystring::mystring() : inherited(TINFO_mystring)
-@{
-    // dynamically allocate resources here if required
-@}
+mystring::mystring() : inherited(TINFO_mystring) @{@}
 @end example
 
 The golden rule is that in all constructors you have to set the
@@ -4862,51 +6097,13 @@ The golden rule is that in all constructors you have to set the
 it will be set by the constructor of the superclass and all hell will break
 loose in the RTTI. For your convenience, the @code{basic} class provides
 a constructor that takes a @code{tinfo_key} value, which we are using here
-(remember that in our case @code{inherited = basic}).  If the superclass
+(remember that in our case @code{inherited == basic}).  If the superclass
 didn't have such a constructor, we would have to set the @code{tinfo_key}
 to the right value manually.
 
 In the default constructor you should set all other member variables to
 reasonable default values (we don't need that here since our @code{str}
-member gets set to an empty string automatically). The constructor(s) are of
-course also the right place to allocate any dynamic resources you require.
-
-Next, the @code{destroy()} function:
-
-@example
-void mystring::destroy(bool call_parent)
-@{
-    // free dynamically allocated resources here if required
-    if (call_parent)
-        inherited::destroy(call_parent);
-@}
-@end example
-
-This function is where we free all dynamically allocated resources.  We
-don't have any so we're not doing anything here, but if we had, for
-example, used a C-style @code{char *} to store our string, this would be
-the place to @code{delete[]} the string storage. If @code{call_parent}
-is true, we have to call the @code{destroy()} function of the superclass
-after we're done (to mimic C++'s automatic invocation of superclass
-destructors where @code{destroy()} is called from outside a destructor).
-
-The @code{copy()} function just copies over the member variables from
-another object:
-
-@example
-void mystring::copy(const mystring &other)
-@{
-    inherited::copy(other);
-    str = other.str;
-@}
-@end example
-
-We can simply overwrite the member variables here. There's no need to worry
-about dynamically allocated storage.  The assignment operator (which is
-automatically defined by @code{GINAC_IMPLEMENT_REGISTERED_CLASS}, as you
-recall) calls @code{destroy()} before it calls @code{copy()}. You have to
-explicitly call the @code{copy()} function of the superclass here so
-all the member variables will get copied.
+member gets set to an empty string automatically).
 
 Next are the three functions for archiving. You have to implement them even
 if you don't plan to use archives, but the minimum required implementation
@@ -4931,7 +6128,7 @@ The unarchiving constructor is basically the inverse of the archiving
 function:
 
 @example
-mystring::mystring(const archive_node &n, const lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
+mystring::mystring(const archive_node &n, lst &sym_lst) : inherited(n, sym_lst)
 @{
     n.find_string("string", str);
 @}
@@ -4945,7 +6142,7 @@ by the unarchiving constructor of the @code{basic} class.
 Finally, the unarchiving function:
 
 @example
-ex mystring::unarchive(const archive_node &n, const lst &sym_lst)
+ex mystring::unarchive(const archive_node &n, lst &sym_lst)
 @{
     return (new mystring(n, sym_lst))->setflag(status_flags::dynallocated);
 @}
@@ -4986,15 +6183,8 @@ all relevant member variables.
 Now the only thing missing is our two new constructors:
 
 @example
-mystring::mystring(const string &s) : inherited(TINFO_mystring), str(s)
-@{
-    // dynamically allocate resources here if required
-@}
-
-mystring::mystring(const char *s) : inherited(TINFO_mystring), str(s)
-@{
-    // dynamically allocate resources here if required
-@}
+mystring::mystring(const string &s) : inherited(TINFO_mystring), str(s) @{@}
+mystring::mystring(const char *s) : inherited(TINFO_mystring), str(s) @{@}
 @end example
 
 No surprises here. We set the @code{str} member from the argument and
@@ -5085,9 +6275,9 @@ concatenation. You would have to implement this yourself.
 
 @subsection Automatic evaluation
 
-@cindex @code{hold()}
-@cindex @code{eval()}
 @cindex evaluation
+@cindex @code{eval()}
+@cindex @code{hold()}
 When dealing with objects that are just a little more complicated than the
 simple string objects we have implemented, chances are that you will want to
 have some automatic simplifications or canonicalizations performed on them.
@@ -5143,20 +6333,60 @@ cout << e << endl;
  // -> 3*"wow"
 @end example
 
-@subsection Other member functions
+@subsection Optional member functions
 
 We have implemented only a small set of member functions to make the class
-work in the GiNaC framework. For a real algebraic class, there are probably
-some more functions that you will want to re-implement, such as
-@code{evalf()}, @code{series()} or @code{op()}. Have a look at @file{basic.h}
-or the header file of the class you want to make a subclass of to see
-what's there. One member function that you will most likely want to
-implement for terminal classes like the described string class is
-@code{calcchash()} that returns an @code{unsigned} hash value for the object
-which will allow GiNaC to compare and canonicalize expressions much more
-efficiently.
-
-You can, of course, also add your own new member functions. Remember,
+work in the GiNaC framework. There are two functions that are not strictly
+required but will make operations with objects of the class more efficient:
+
+@cindex @code{calchash()}
+@cindex @code{is_equal_same_type()}
+@example
+unsigned calchash() const;
+bool is_equal_same_type(const basic &other) const;
+@end example
+
+The @code{calchash()} method returns an @code{unsigned} hash value for the
+object which will allow GiNaC to compare and canonicalize expressions much
+more efficiently. You should consult the implementation of some of the built-in
+GiNaC classes for examples of hash functions. The default implementation of
+@code{calchash()} calculates a hash value out of the @code{tinfo_key} of the
+class and all subexpressions that are accessible via @code{op()}.
+
+@code{is_equal_same_type()} works like @code{compare_same_type()} but only
+tests for equality without establishing an ordering relation, which is often
+faster. The default implementation of @code{is_equal_same_type()} just calls
+@code{compare_same_type()} and tests its result for zero.
+
+@subsection Other member functions
+
+For a real algebraic class, there are probably some more functions that you
+might want to provide:
+
+@example
+bool info(unsigned inf) const;
+ex evalf(int level = 0) const;
+ex series(const relational & r, int order, unsigned options = 0) const;
+ex derivative(const symbol & s) const;
+@end example
+
+If your class stores sub-expressions (see the scalar product example in the
+previous section) you will probably want to override
+
+@cindex @code{let_op()}
+@example
+size_t nops() cont;
+ex op(size_t i) const;
+ex & let_op(size_t i);
+ex subs(const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0) const;
+ex map(map_function & f) const;
+@end example
+
+@code{let_op()} is a variant of @code{op()} that allows write access. The
+default implementations of @code{subs()} and @code{map()} use it, so you have
+to implement either @code{let_op()}, or @code{subs()} and @code{map()}.
+
+You can, of course, also add your own new member functions. Remember
 that the RTTI may be used to get information about what kinds of objects
 you are dealing with (the position in the class hierarchy) and that you
 can always extract the bare object from an @code{ex} by stripping the
@@ -5330,12 +6560,19 @@ any other programming language.
 @cindex reference counting
 @cindex copy-on-write
 @cindex garbage collection
-An expression is extremely light-weight since internally it works like a
-handle to the actual representation and really holds nothing more than a
-pointer to some other object.  What this means in practice is that
-whenever you create two @code{ex} and set the second equal to the first
-no copying process is involved. Instead, the copying takes place as soon
-as you try to change the second.  Consider the simple sequence of code:
+In GiNaC, there is an @emph{intrusive reference-counting} mechanism at work
+where the counter belongs to the algebraic objects derived from class
+@code{basic} but is maintained by the smart pointer class @code{ptr}, of
+which @code{ex} contains an instance. If you understood that, you can safely
+skip the rest of this passage.
+
+Expressions are extremely light-weight since internally they work like
+handles to the actual representation.  They really hold nothing more
+than a pointer to some other object.  What this means in practice is
+that whenever you create two @code{ex} and set the second equal to the
+first no copying process is involved. Instead, the copying takes place
+as soon as you try to change the second.  Consider the simple sequence
+of code:
 
 @example
 #include <iostream>
@@ -5662,7 +6899,7 @@ and the @samp{AM_PATH_GINAC} macro. The program used here is @file{simple.cpp}:
 @example
 #include <ginac/ginac.h>
 
-int main(void)
+int main()
 @{
     GiNaC::symbol x("x");
     GiNaC::ex a = GiNaC::sin(x);
@@ -5712,7 +6949,7 @@ simple_SOURCES = simple.cpp
 @end example
 
 This @file{Makefile.am}, says that we are building a single executable,
-from a single sourcefile @file{simple.cpp}. Since every program
+from a single source file @file{simple.cpp}. Since every program
 we are building uses GiNaC we simply added the GiNaC options
 to @env{$LIBS} and @env{$CPPFLAGS}, but in other circumstances, we might
 want to specify them on a per-program basis: for instance by
@@ -5769,7 +7006,7 @@ and George Labahn, ISBN 0-7923-9259-0, 1992, Kluwer Academic Publishers, Norwell
 
 @item
 @cite{Computer Algebra: Systems and Algorithms for Algebraic Computation},
-James H. Davenport, Yvon Siret, and Evelyne Tournier, ISBN 0-12-204230-1, 1988, 
+James H. Davenport, Yvon Siret and Evelyne Tournier, ISBN 0-12-204230-1, 1988, 
 Academic Press, London
 
 @item
@@ -5780,6 +7017,10 @@ Michael J. Wester (editor), ISBN 0-471-98353-5, 1999, Wiley, Chichester
 @cite{The Art of Computer Programming, Vol 2: Seminumerical Algorithms},
 Donald E. Knuth, ISBN 0-201-89684-2, 1998, Addison Wesley
 
+@item
+@cite{Pi Unleashed}, J@"org Arndt and Christoph Haenel,
+ISBN 3-540-66572-2, 2001, Springer, Heidelberg
+
 @item
 @cite{The Role of gamma5 in Dimensional Regularization}, Dirk Kreimer, hep-ph/9401354