]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/basic.h
Remove 'level' argument of normal().
[ginac.git] / ginac / basic.h
index 43fc49580c505b796c01ddb9e4a33b88ae6358b8..598058a5e8f02548bc475bd53fd01ac8a34c35cc 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
  *  Interface to GiNaC's ABC. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2000 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2016 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__
-
-#include <iostream>
-#include <typeinfo>
-#include <vector>
-
-// CINT needs <algorithm> to work properly with <vector>
-#include <algorithm>
+#ifndef GINAC_BASIC_H
+#define GINAC_BASIC_H
 
 #include "flags.h"
-#include "tinfos.h"
+#include "ptr.h"
 #include "assertion.h"
 #include "registrar.h"
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
+#include <cstddef> // for size_t
+#include <map>
+#include <set>
+#include <typeinfo> // for typeid
+#include <vector>
+#include <utility>
+
 namespace GiNaC {
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 
-class basic;
 class ex;
+struct ex_is_less;
 class symbol;
-class lst;
 class numeric;
 class relational;
 class archive_node;
+class print_context;
 
-// typedef std::vector<ex> exvector;
-typedef std::vector<ex,malloc_alloc> exvector; // CINT does not like vector<...,default_alloc>
+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
-{
-    GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS(basic, void)
+#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;
+};
 
-    friend class ex;
+extern compare_statistics_t compare_statistics;
+#endif
 
-// member functions
 
-    // default constructor, destructor, copy constructor assignment operator and helpers
-public:
-    basic()
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    : tinfo_key(TINFO_basic), flags(0), refcount(0)
-    {
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    virtual ~basic()
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    {
-        destroy(0);
-        GINAC_ASSERT((!(flags & status_flags::dynallocated))||(refcount==0));
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    basic(const basic & other)
-#ifdef INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-    {
-        copy(other);
-    }
-#else
-;
-#endif // def INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
-
-    virtual const basic & operator=(const basic & 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(const basic & 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)
-    {
-    }
-#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 print(std::ostream & os,unsigned upper_precedence = 0) const;
-    virtual void printraw(std::ostream & os) const;
-    virtual void printtree(std::ostream & os, unsigned indent) const;
-    virtual void printcsrc(std::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 unsigned nops() const;
-    virtual ex op(int i) const;
-    virtual ex & let_op(int i);
-    virtual ex operator[](const ex & index) const;
-    virtual ex operator[](int i) const;
-    virtual bool has(const ex & other) const;
-    virtual int degree(const symbol & s) const;
-    virtual int ldegree(const symbol & s) const;
-    virtual ex coeff(const symbol & s, int n = 1) const;
-    virtual ex collect(const symbol & s) const;
-    virtual ex eval(int level = 0) const;
-    virtual ex evalf(int level = 0) const;
-    virtual ex series(const relational & r, int order, unsigned options = 0) const;
-    virtual ex subs(const lst & ls, const lst & lr) const;
-    virtual ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level = 0) const;
-    virtual ex to_rational(lst &repl_lst) const;
-    virtual numeric integer_content(void) const;
-    virtual ex smod(const numeric &xi) const;
-    virtual numeric max_coefficient(void) const;
-    virtual exvector get_indices(void) const;
-    virtual ex simplify_ncmul(const exvector & v) const;
-protected: // non-const functions should be called from class ex only
-    virtual ex derivative(const symbol & s) const;
-    virtual int compare_same_type(const basic & other) const;
-    virtual bool is_equal_same_type(const basic & 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
+       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() : flags(0) {}
+
 public:
-    ex subs(const ex & e) 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(void) const;
-    unsigned gethash(void) const {if (flags & status_flags::hash_calculated) return hashvalue; else return calchash();}
-    unsigned tinfo(void) const {return tinfo_key;}
-    const basic & setflag(unsigned f) const {flags |= f; return *this;}
-    const basic & clearflag(unsigned f) const {flags &= ~f; return *this;}
+       /** 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);
+
 protected:
-    void ensure_if_modifiable(void) const;
+       // new virtual functions which can be overridden by derived classes
+public: // only const functions please (may break reference counting)
 
-// member variables
-    
+       /** 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
+       {
+               basic * bp = new basic(*this);
+               bp->setflag(status_flags::dynallocated);
+               return bp;
+       }
+
+       // evaluation
+       virtual ex eval() const;
+       virtual ex evalf() const;
+       virtual ex evalm() const;
+       virtual ex eval_integ() const;
 protected:
-    unsigned tinfo_key;
-    mutable unsigned flags;
-    mutable unsigned hashvalue;
-    static unsigned precedence;
-    static unsigned delta_indent;
-private:
-    unsigned refcount;
-};
+       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 constants
+       // substitutions
+       virtual ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const;
 
-extern const basic some_basic;
-extern const type_info & typeid_basic;
+       // function mapping
+       virtual ex map(map_function & f) const;
 
-// global variables
+       // visitors and tree traversal
+       virtual void accept(GiNaC::visitor & v) const
+       {
+               if (visitor *p = dynamic_cast<visitor *>(&v))
+                       p->visit(*this);
+       }
 
-extern int max_recursion_level;
+       // 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;
 
-// convenience macros
+       // expand/collect
+       virtual ex expand(unsigned options = 0) const;
+       virtual ex collect(const ex & s, bool distributed = false) const;
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
+       // 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) 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;
 
-#define is_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<GiNaC::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();
+               }
+       }
+
+       /** Set some status_flags. */
+       const basic & setflag(unsigned f) const {flags |= f; return *this;}
+
+       /** Clear some status_flags. */
+       const basic & clearflag(unsigned f) const {flags &= ~f; return *this;}
 
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((OBJ).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
+protected:
+       void ensure_if_modifiable() const;
 
-#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<GiNaC::basic *>((OBJ).bp))!=0)
+       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 is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((*(OBJ).bp).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
+// global variables
 
-#else // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
+extern int max_recursion_level;
 
-#define is_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>(&OBJ))!=0)
 
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((OBJ).tinfo()==TINFO_##TYPE)
+// convenience type checker template functions
 
-#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
-    (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>((OBJ).bp))!=0)
+/** 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;
+}
 
-#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-    ((*(OBJ).bp).tinfo()==TINFO_##TYPE)
+/** Check if obj is a T, not including base classes. */
+template <class T>
+inline bool is_exactly_a(const basic & obj)
+{
+       return typeid(T) == typeid(obj);
+}
 
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
+/** Constructs a new (class basic or derived) B object on the heap.
+ *
+ *  This function picks the object's ctor based on the given argument types.
+ *
+ *  This helps the constructor of ex from basic (or a derived class B) because
+ *  then the constructor doesn't have to duplicate the object onto the heap.
+ *  See ex::construct_from_basic(const basic &) for more information.
+ */
+template<class B, typename... Args>
+inline B & dynallocate(Args &&... args)
+{
+       return const_cast<B &>(static_cast<const B &>((new B(std::forward<Args>(args)...))->setflag(status_flags::dynallocated)));
+}
+/** Constructs a new (class basic or derived) B object on the heap.
+ *
+ *  This function is needed for GiNaC classes which have public ctors from
+ *  initializer lists of expressions (which are not a type and not captured
+ *  by the variadic template version).
+ */
+template<class B>
+inline B & dynallocate(std::initializer_list<ex> il)
+{
+       return const_cast<B &>(static_cast<const B &>((new B(il))->setflag(status_flags::dynallocated)));
+}
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 } // namespace GiNaC
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 
-#endif // ndef __GINAC_BASIC_H__
+#endif // ndef GINAC_BASIC_H