]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/basic.h
subs() and normal() use maps instead of lists, resulting in a huge performance
[ginac.git] / ginac / basic.h
index eb30fd19a3398d5af64735ee04116157177a9e14..a5af32366c6c8a063d0f939ec170357f17a88058 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
  *  Interface to GiNaC's ABC. */
 
 /*
- *  GiNaC Copyright (C) 1999-2000 Johannes Gutenberg University Mainz, Germany
+ *  GiNaC Copyright (C) 1999-2003 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
 #ifndef __GINAC_BASIC_H__
 #define __GINAC_BASIC_H__
 
-#include <iostream>
-#include <typeinfo>
+#include <cstddef> // for size_t
 #include <vector>
-
+#include <map>
 // CINT needs <algorithm> to work properly with <vector>
 #include <algorithm>
 
 #include "assertion.h"
 #include "registrar.h"
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 namespace GiNaC {
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 
-class basic;
 class ex;
+class ex_is_less;
 class symbol;
-class lst;
 class numeric;
 class relational;
 class archive_node;
+class print_context;
+template <class> class ptr;
+
+typedef std::vector<ex> exvector;
+typedef std::map<ex, ex, ex_is_less> exmap;
+
+
+/** Function object for map(). */
+struct map_function {
+       typedef const ex & argument_type;
+       typedef ex result_type;
+       virtual ex operator()(const ex & e) = 0;
+};
 
-// typedef std::vector<ex> exvector;
-typedef std::vector<ex,malloc_alloc> exvector; // CINT does not like vector<...,default_alloc>
 
-#define INLINE_BASIC_CONSTRUCTORS
+/** 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:
+       virtual ~visitor() {}
+};
+
 
 /** 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)
-
+       GINAC_DECLARE_REGISTERED_CLASS_NO_CTORS(basic, void)
+       
        friend class ex;
+       friend class ptr<basic>;
+       
+       // default constructor, destructor, copy constructor and assignment operator
+protected:
+       basic() : tinfo_key(TINFO_basic), flags(0), refcount(0) {}
 
-// 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
-
+       /** basic destructor, virtual because class ex will delete objects of
+        *  derived classes via a basic*. */
        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
-       
+       basic(const basic & other);
        const basic & operator=(const basic & other);
-       
-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
+protected:
+       /** Constructor with specified tinfo_key (used by derived classes instead
+        *  of the default constructor to avoid assigning tinfo_key twice). */
+       basic(unsigned ti) : tinfo_key(ti), flags(0), refcount(0) {}
        
        // 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;
+
+       /** 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); }
+
+       // evaluation
+       virtual ex eval(int level = 0) const;
+       virtual ex evalf(int level = 0) const;
+       virtual ex evalm() 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;
-       virtual unsigned nops() const;
-       virtual ex op(int i) const;
-       virtual ex & let_op(int i);
+
+       // operand access
+       virtual size_t nops() const;
+       virtual ex op(size_t i) const;
        virtual ex operator[](const ex & index) const;
-       virtual ex operator[](int i) 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) 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 bool match(const ex & pattern, lst & repl_lst) const;
+protected:
+       virtual bool match_same_type(const basic & other) const;
+public:
+
+       // substitutions
+       virtual ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const;
+
+       // function mapping
+       virtual ex map(map_function & f) const;
+
+       // visitors and tree traversal
+       virtual void accept(GiNaC::visitor & v) const
+       {
+               if (visitor *p = dynamic_cast<visitor *>(&v))
+                       p->visit(*this);
+       }
+
+       // degree/coeff
+       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;
-       virtual ex subs(const lst & ls, const lst & lr) const;
-       virtual ex normal(lst &sym_lst, lst &repl_lst, int level = 0) const;
+
+       // rational functions
+       virtual ex normal(exmap & repl, int level = 0) const;
        virtual ex to_rational(lst &repl_lst) const;
-       virtual numeric integer_content(void) const;
+       virtual ex to_polynomial(lst &repl_lst) const;
+
+       // polynomial algorithms
+       virtual numeric integer_content() 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 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 unsigned return_type_tinfo() const;
+
+protected: // functions that should be called from class ex only
        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;
 
+       virtual unsigned calchash() const;
+       
        // non-virtual functions in this class
 public:
-       ex subs(const ex & e) const;
-       ex diff(const symbol & s, unsigned nth=1) 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(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 & hold() const;
+       unsigned gethash() const { if (flags & status_flags::hash_calculated) return hashvalue; else return calchash(); }
+       unsigned tinfo() const {return tinfo_key;}
+
+       /** 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;}
-protected:
-       void ensure_if_modifiable(void) const;
 
-// member variables
+protected:
+       void ensure_if_modifiable() const;
        
+       // member variables
 protected:
-       unsigned tinfo_key;
-       mutable unsigned flags;
-       mutable unsigned hashvalue;
-       static unsigned precedence;
-       static unsigned delta_indent;
+       unsigned tinfo_key;                 ///< typeinfo
+       mutable unsigned flags;             ///< of type status_flags
+       mutable unsigned hashvalue;         ///< hash value
 private:
-       unsigned refcount;
+       size_t refcount;                    ///< reference counter, managed by ptr<basic>
 };
 
-// global constants
-
-extern const basic some_basic;
-extern const type_info & typeid_basic;
 
 // global variables
 
 extern int max_recursion_level;
 
-// convenience macros
-
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
-
-#define is_of_type(OBJ,TYPE) \
-       (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<GiNaC::basic *>(&OBJ))!=0)
-
-#define is_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-       ((OBJ).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
 
-#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
-       (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<GiNaC::basic *>((OBJ).bp))!=0)
+// convenience type checker template functions
 
-#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-       ((*(OBJ).bp).tinfo()==GiNaC::TINFO_##TYPE)
-
-#else // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
-
-#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)
+/** 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) != 0;
+}
+
+/** Check if obj is a T, not including base classes.  This one is just an
+ *  inefficient default.  It should in all time-critical cases be overridden
+ *  by template specializations that use the TINFO_* constants directly. */
+template <class T>
+inline bool is_exactly_a(const class basic &obj)
+{
+       return obj.tinfo() == T::reg_info.tinfo_key;
+}
 
-#define is_ex_of_type(OBJ,TYPE) \
-       (dynamic_cast<TYPE *>(const_cast<basic *>((OBJ).bp))!=0)
+/** Check if ex is a handle to a T, including base classes. */
+template <class T>
+inline bool is_a(const ex &obj)
+{
+       return is_a<T>(*obj.bp);
+}
 
-#define is_ex_exactly_of_type(OBJ,TYPE) \
-       ((*(OBJ).bp).tinfo()==TINFO_##TYPE)
+/** Check if ex is a handle to a T, not including base classes. */
+template <class T>
+inline bool is_exactly_a(const ex &obj)
+{
+       return is_exactly_a<T>(*obj.bp);
+}
 
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
+/** Return a reference to the basic-derived class T object embedded in an
+ *  expression.  This is fast but unsafe: the result is undefined if the
+ *  expression does not contain a T object at its top level.  Hence, you
+ *  should generally check the type of e first.
+ *
+ *  @param e expression
+ *  @return reference to pseries object
+ *  @see is_exactly_a<class T>() */
+template <class T>
+inline const T &ex_to(const ex &e)
+{
+       GINAC_ASSERT(is_a<T>(e));
+       return static_cast<const T &>(*e.bp);
+}
 
-#ifndef NO_NAMESPACE_GINAC
 } // namespace GiNaC
-#endif // ndef NO_NAMESPACE_GINAC
 
 #endif // ndef __GINAC_BASIC_H__