]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/basic.h
Fix some pedantic compiler warnings.
[ginac.git] / ginac / basic.h
index 943939041d442ffa5e681c8f6ab2d22de0a4c789..0295d015920e1807464d51c5df309e25abd82a7d 100644 (file)
@@ -1,8 +1,9 @@
 /** @file basic.h
  *
- *  Interface to GiNaC's ABC.
- *
- *  GiNaC Copyright (C) 1999 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  Interface to GiNaC's ABC. */
+
+/*
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2015 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
  *
  *  This program is free software; you can redistribute it and/or modify
  *  it under the terms of the GNU General Public License as published by
  *
  *  You should have received a copy of the GNU General Public License
  *  along with this program; if not, write to the Free Software
- *  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
+ *  Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA
  */
 
-#ifndef __GINAC_BASIC_H__
-#define __GINAC_BASIC_H__
+#ifndef GINAC_BASIC_H
+#define GINAC_BASIC_H
+
+#include "flags.h"
+#include "ptr.h"
+#include "assertion.h"
+#include "registrar.h"
 
-#include <iostream>
-#include <typeinfo>
+// CINT needs <algorithm> to work properly with <vector>
+#include <algorithm>
+#include <cstddef> // for size_t
+#include <map>
+#include <set>
+#include <typeinfo> // for typeid
 #include <vector>
 
-class basic;
+namespace GiNaC {
+
 class ex;
+struct ex_is_less;
 class symbol;
-class lst;
 class numeric;
+class relational;
+class archive_node;
+class print_context;
 
-typedef vector<ex> exvector;
+typedef std::vector<ex> exvector;
+typedef std::set<ex, ex_is_less> exset;
+typedef std::map<ex, ex, ex_is_less> exmap;
 
-#define INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
+// Define this to enable some statistical output for comparisons and hashing
+#undef GINAC_COMPARE_STATISTICS
 
-/** This class is the ABC (abstract base class) of GiNaC's class hierarchy.
- *  It is responsible for the reference counting. */
-class basic
-{
-    friend class ex;
+#ifdef GINAC_COMPARE_STATISTICS
+class compare_statistics_t {
+public:
+       compare_statistics_t()
+        : total_compares(0), nontrivial_compares(0), total_basic_compares(0), compare_same_hashvalue(0), compare_same_type(0),
+          total_is_equals(0), nontrivial_is_equals(0), total_basic_is_equals(0), is_equal_same_hashvalue(0), is_equal_same_type(0),
+          total_gethash(0), gethash_cached(0) {}
+       ~compare_statistics_t();
+
+       unsigned long total_compares;
+       unsigned long nontrivial_compares;
+       unsigned long total_basic_compares;
+       unsigned long compare_same_hashvalue;
+       unsigned long compare_same_type;
+
+       unsigned long total_is_equals;
+       unsigned long nontrivial_is_equals;
+       unsigned long total_basic_is_equals;
+       unsigned long is_equal_same_hashvalue;
+       unsigned long is_equal_same_type;
+
+       unsigned long total_gethash;
+       unsigned long gethash_cached;
+};
 
-// member functions
+extern compare_statistics_t compare_statistics;
+#endif
 
-    // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
-public:
-    basic()
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    : tinfo_key(TINFO_BASIC), flags(0), refcount(0)
-    {
-        debugmsg("basic default constructor",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-        // nothing to do
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    virtual ~basic()
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    {
-        debugmsg("basic destructor",LOGLEVEL_DESTRUCT);
-        destroy(0);
-        ASSERT((!(flags & status_flags::dynallocated))||(refcount==0));
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    basic(basic const & other)
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    {
-        debugmsg("basic copy constructor",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-        copy(other);
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    virtual basic const & operator=(basic const & other);
-    
+
+/** Function object for map(). */
+struct map_function {
+       virtual ~map_function() {}
+       typedef const ex & argument_type;
+       typedef ex result_type;
+       virtual ex operator()(const ex & e) = 0;
+};
+
+
+/** Degenerate base class for visitors. basic and derivative classes
+ *  support Robert C. Martin's Acyclic Visitor pattern (cf.
+ *  http://objectmentor.com/publications/acv.pdf). */
+class visitor {
 protected:
-    void copy(basic const & other)
-    {
-        flags = other.flags & ~status_flags::dynallocated;
-        hashvalue = other.hashvalue;
-        tinfo_key = other.tinfo_key;
-    }
-    void destroy(bool call_parent) {}
-
-    // other constructors
-    basic(unsigned ti)
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    : tinfo_key(ti), flags(0), refcount(0)
-    {
-        debugmsg("basic constructor with tinfo_key",LOGLEVEL_CONSTRUCT);
-        // nothing to do
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    // functions overriding virtual functions from bases classes
-    // none
-    
-    // new virtual functions which can be overridden by derived classes
-public: // only const functions please (may break reference counting)
-    virtual basic * duplicate() const;
-    virtual void printraw(ostream & os) const;
-    virtual void printtree(ostream & os, unsigned indent) const;
-    virtual void print(ostream & os,unsigned upper_precedence=0) const;
-    virtual void printcsrc(ostream & os, unsigned type, unsigned upper_precedence=0) const;
-    virtual void dbgprint(void) const;
-    virtual void dbgprinttree(void) const;
-    virtual bool info(unsigned inf) const;
-    virtual int nops() const;
-    virtual ex op(int const i) const;
-    virtual ex & let_op(int const i);
-    virtual ex operator[](ex const & index) const;
-    virtual ex operator[](int const i) const;
-    virtual bool has(ex const & other) const;
-    virtual int degree(symbol const & s) const;
-    virtual int ldegree(symbol const & s) const;
-    virtual ex coeff(symbol const & s, int const n=1) const;
-    virtual ex collect(symbol const & s) const;
-    virtual ex eval(int level=0) const;
-    virtual ex evalf(int level=0) const;
-    virtual ex diff(symbol const & s) const;
-    virtual ex series(symbol const & s, ex const & point, int order) const;
-    virtual ex subs(lst const & ls, lst const & lr) const;
-    virtual ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level=0) const;
-    virtual numeric integer_content(void) const;
-    virtual ex smod(numeric const &xi) const;
-    virtual numeric max_coefficient(void) const;
-    virtual exvector get_indices(void) const;
-    virtual ex simplify_ncmul(exvector const & v) const;
-protected: // non-const functions should be called from class ex only
-    virtual int compare_same_type(basic const & other) const;
-    virtual bool is_equal_same_type(basic const & other) const;
-    virtual unsigned return_type(void) const;
-    virtual unsigned return_type_tinfo(void) const;
-    virtual unsigned calchash(void) const;
-    virtual ex expand(unsigned options=0) const;
-
-    // non-virtual functions in this class
-public:
-    ex subs(ex const & e) const;
-    int compare(basic const & other) const;
-    bool is_equal(basic const & other) const;
-    basic const & hold(void) const;
-    unsigned gethash(void) const {if (flags & status_flags::hash_calculated) return hashvalue; else return calchash();}
-    unsigned tinfo(void) const {return tinfo_key;}
+       virtual ~visitor() {}
+};
+
+
+/** This class is the ABC (abstract base class) of GiNaC's class hierarchy. */
+class basic : public refcounted
+{
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS_NO_CTORS(basic, void)
+       
+       friend class ex;
+       
+       // default constructor, destructor, copy constructor and assignment operator
 protected:
-    basic const & setflag(unsigned f) const {flags |= f; return *this;}
-    basic const & clearflag(unsigned f) const {flags &= ~f; return *this;}
-    void ensure_if_modifiable(void) const;
+       basic() : flags(0) {}
+
+public:
+       /** basic destructor, virtual because class ex will delete objects of
+        *  derived classes via a basic*. */
+       virtual ~basic()
+       {
+               GINAC_ASSERT((!(flags & status_flags::dynallocated)) || (get_refcount() == 0));
+       }
+       basic(const basic & other);
+       const basic & operator=(const basic & other);
 
-// member variables
-    
 protected:
-    unsigned tinfo_key;
-    mutable unsigned flags;
-    mutable unsigned hashvalue;
-    static unsigned precedence;
-    static unsigned delta_indent;
-private:
-    unsigned refcount;
-};
+       // new virtual functions which can be overridden by derived classes
+public: // only const functions please (may break reference counting)
 
-// global constants
+       /** Create a clone of this object on the heap.  One can think of this as
+        *  simulating a virtual copy constructor which is needed for instance by
+        *  the refcounted construction of an ex from a basic. */
+       virtual basic * duplicate() const { return new basic(*this); }
 
-extern const basic some_basic;
-extern type_info const & typeid_basic;
+       // evaluation
+       virtual ex eval(int level = 0) const;
+       virtual ex evalf(int level = 0) const;
+       virtual ex evalm() const;
+       virtual ex eval_integ() const;
+protected:
+       virtual ex eval_ncmul(const exvector & v) const;
+public:
+       virtual ex eval_indexed(const basic & i) const;
+
+       // printing
+       virtual void print(const print_context & c, unsigned level = 0) const;
+       virtual void dbgprint() const;
+       virtual void dbgprinttree() const;
+       virtual unsigned precedence() const;
+
+       // info
+       virtual bool info(unsigned inf) const;
+
+       // operand access
+       virtual size_t nops() const;
+       virtual ex op(size_t i) const;
+       virtual ex operator[](const ex & index) const;
+       virtual ex operator[](size_t i) const;
+       virtual ex & let_op(size_t i);
+       virtual ex & operator[](const ex & index);
+       virtual ex & operator[](size_t i);
+
+       // pattern matching
+       virtual bool has(const ex & other, unsigned options = 0) const;
+       virtual bool match(const ex & pattern, exmap & repls) const;
+protected:
+       virtual bool match_same_type(const basic & other) const;
+public:
 
-// global variables
+       // substitutions
+       virtual ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const;
 
-extern int max_recursion_level;
+       // function mapping
+       virtual ex map(map_function & f) const;
 
-/*
-#ifndef _DEBUG
-*/
-#define is_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>(&OBJ))!=0)
+       // visitors and tree traversal
+       virtual void accept(GiNaC::visitor & v) const
+       {
+               if (visitor *p = dynamic_cast<visitor *>(&v))
+                       p->visit(*this);
+       }
 
-/*
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (typeid(OBJ)==typeid(some_##TYPE))
-*/
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((OBJ).tinfo()==(some_##TYPE).tinfo())
+       // degree/coeff
+       virtual bool is_polynomial(const ex & var) const;
+       virtual int degree(const ex & s) const;
+       virtual int ldegree(const ex & s) const;
+       virtual ex coeff(const ex & s, int n = 1) const;
+
+       // expand/collect
+       virtual ex expand(unsigned options = 0) const;
+       virtual ex collect(const ex & s, bool distributed = false) const;
 
+       // differentiation and series expansion
+protected:
+       virtual ex derivative(const symbol & s) const;
+public:
+       virtual ex series(const relational & r, int order, unsigned options = 0) const;
+
+       // rational functions
+       virtual ex normal(exmap & repl, exmap & rev_lookup, int level = 0) const;
+       virtual ex to_rational(exmap & repl) const;
+       virtual ex to_polynomial(exmap & repl) const;
+
+       // polynomial algorithms
+       virtual numeric integer_content() const;
+       virtual ex smod(const numeric &xi) const;
+       virtual numeric max_coefficient() const;
+
+       // indexed objects
+       virtual exvector get_free_indices() const;
+       virtual ex add_indexed(const ex & self, const ex & other) const;
+       virtual ex scalar_mul_indexed(const ex & self, const numeric & other) const;
+       virtual bool contract_with(exvector::iterator self, exvector::iterator other, exvector & v) const;
+
+       // noncommutativity
+       virtual unsigned return_type() const;
+       virtual return_type_t return_type_tinfo() const;
+
+       // functions for complex expressions
+       virtual ex conjugate() const;
+       virtual ex real_part() const;
+       virtual ex imag_part() const;
+
+       // functions that should be called from class ex only
+protected:
+       virtual int compare_same_type(const basic & other) const;
+       virtual bool is_equal_same_type(const basic & other) const;
 
-    /*
-#else 
-#define is_of_type(OBJ,TYPE)                               \
-    (ASSERT(typeid(OBJ)!=typeid(exZERO())),                \
-     (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>(&OBJ))!=0))
+       virtual unsigned calchash() const;
+       
+       // non-virtual functions in this class
+public:
+       /** Like print(), but dispatch to the specified class. Can be used by
+        *  implementations of print methods to dispatch to the method of the
+        *  superclass.
+        *
+        *  @see basic::print */
+       template <class T>
+       void print_dispatch(const print_context & c, unsigned level) const
+       {
+               print_dispatch(T::get_class_info_static(), c, level);
+       }
+
+       void print_dispatch(const registered_class_info & ri, const print_context & c, unsigned level) const;
+
+       /** Save (serialize) the object into archive node.
+        *
+        * Losely speaking, this method turns an expression into a byte
+        * stream (which can be saved and restored later on, or sent via
+        * network, etc.)
+        */
+       virtual void archive(archive_node& n) const;
+       /** Load (deserialize) the object from an archive node.
+        *
+        *  @note This method is essentially a constructor. However,
+        *  constructors can't be virtual. So, if unarchiving routines
+        *  are implemented as constructors one would need to define such
+        *  a constructor in every class, even if all it does is simply
+        *  calling constructor of a superclass.
+        */
+       virtual void read_archive(const archive_node& n, lst& syms); // no const
+
+       ex subs_one_level(const exmap & m, unsigned options) const;
+       ex diff(const symbol & s, unsigned nth = 1) const;
+       int compare(const basic & other) const;
+       bool is_equal(const basic & other) const;
+       const basic & hold() const;
+
+       unsigned gethash() const
+       {
+#ifdef GINAC_COMPARE_STATISTICS
+               compare_statistics.total_gethash++;
+#endif
+               if (flags & status_flags::hash_calculated) {
+#ifdef GINAC_COMPARE_STATISTICS
+                       compare_statistics.gethash_cached++;
+#endif
+                       return hashvalue;
+               } else {
+                       return calchash();
+               }
+       }
 
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE)                       \
-    (ASSERT(typeid(OBJ)!=typeid(exZERO())),                \
-     (typeid(OBJ)==typeid(some_##TYPE))
-#endif // ndef _DEBUG
-*/
+       /** Set some status_flags. */
+       const basic & setflag(unsigned f) const {flags |= f; return *this;}
 
-#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>((OBJ).bp))!=0)
+       /** Clear some status_flags. */
+       const basic & clearflag(unsigned f) const {flags &= ~f; return *this;}
 
-/*
-#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (typeid(*(OBJ).bp)==typeid(some_##TYPE))
-*/
+protected:
+       void ensure_if_modifiable() const;
 
-#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((*(OBJ).bp).tinfo()==(some_##TYPE).tinfo())
+       void do_print(const print_context & c, unsigned level) const;
+       void do_print_tree(const print_tree & c, unsigned level) const;
+       void do_print_python_repr(const print_python_repr & c, unsigned level) const;
+       
+       // member variables
+protected:
+       mutable unsigned flags;             ///< of type status_flags
+       mutable unsigned hashvalue;         ///< hash value
+};
 
-#define are_ex_trivially_equal(EX1,EX2) \
-    ((EX1).bp==(EX2).bp)
 
-// global functions
+// global variables
 
-inline unsigned rotate_left_31(unsigned n)
-{
-    // clear highest bit and shift 1 bit to the left
-    n=(n & 0x7FFFFFFFU) << 1;
+extern int max_recursion_level;
 
-    // overflow? clear highest bit and set lowest bit
-    if (n & 0x80000000U) {
-        n=(n & 0x7FFFFFFFU) | 0x00000001U;
-    }
 
-    ASSERT(n<0x80000000U);
+// convenience type checker template functions
 
-    return n;
+/** Check if obj is a T, including base classes. */
+template <class T>
+inline bool is_a(const basic &obj)
+{
+       return dynamic_cast<const T *>(&obj) != nullptr;
 }
 
-inline unsigned golden_ratio_hash(unsigned n)
+/** Check if obj is a T, not including base classes. */
+template <class T>
+inline bool is_exactly_a(const basic & obj)
 {
-#if 0
-       // This requires ´long long´ (or an equivalent 64 bit type)---which is,
-    // unfortunately, not ANSI-compliant:
-       unsigned long long l = n * 0x4f1bbcddLL;
-       return (l & 0x7fffffffU) ^ (l >> 32);
-#else
-       // This requires ´long double´ to have a mantissa of at least 64 bit---
-    // which is not guaranteed by any standard:
-    const static long double golden_ratio=.618033988749894848204586834370;
-    long double m=golden_ratio*n;
-    return unsigned((m-int(m))*0x80000000);
-#endif
+       return typeid(T) == typeid(obj);
 }
 
-#endif // ndef __GINAC_BASIC_H__
+} // namespace GiNaC
+
+#endif // ndef GINAC_BASIC_H