]> www.ginac.de Git - ginac.git/blobdiff - ginac/ex.h
Removed debugging code.
[ginac.git] / ginac / ex.h
index eaa6b808c915b2433430f85974223bd1f68129af..2447c3f268061bd77ab59f58f5f01c21777c5be0 100644 (file)
@@ -24,7 +24,9 @@
 #define __GINAC_EX_H__
 
 #include <iosfwd>
+#include <iterator>
 #include <functional>
+#include <stack>
 
 #include "basic.h"
 #include "ptr.h"
@@ -52,6 +54,7 @@ static library_init library_initializer;
 
 
 class scalar_products;
+class const_iterator;
 
 
 /** Lightweight wrapper for GiNaC's symbolic objects.  Basically all it does is
@@ -61,14 +64,14 @@ class scalar_products;
 class ex
 {
        friend class archive_node;
-       friend bool are_ex_trivially_equal(const ex &, const ex &);
-       template<class T> friend const T &ex_to(const ex &);
-       template<class T> friend bool is_a(const ex &);
-       template<class T> friend bool is_exactly_a(const ex &);
+       friend inline bool are_ex_trivially_equal(const ex &, const ex &);
+       template<class T> friend inline const T &ex_to(const ex &);
+       template<class T> friend inline bool is_a(const ex &);
+       template<class T> friend inline bool is_exactly_a(const ex &);
        
        // default constructor, copy constructor and assignment operator
 public:
-       ex();
+       ex() throw();
 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
        ex(const ex & other);
        ex & operator=(const ex & other);
@@ -89,16 +92,21 @@ public:
         *  Undefined symbols and other parser errors will throw an exception. */
        ex(const std::string &s, const ex &l);
        
+public:
        // non-virtual functions in this class
 public:
        /** Efficiently swap the contents of two expressions. */
-       void swap(ex & other)
+       void swap(ex & other) throw()
        {
                GINAC_ASSERT(bp->flags & status_flags::dynallocated);
                GINAC_ASSERT(other.bp->flags & status_flags::dynallocated);
                bp.swap(other.bp);
        }
 
+       // iterators
+       const_iterator begin() const throw();
+       const_iterator end() const throw();
+
        // evaluation
        ex eval(int level = 0) const { return bp->eval(level); }
        ex evalf(int level = 0) const { return bp->evalf(level); }
@@ -131,8 +139,9 @@ public:
        bool match(const ex & pattern, lst & repl_lst) const { return bp->match(pattern, repl_lst); }
 
        // substitutions
-       ex subs(const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0) const { return bp->subs(ls, lr, options); }
-       ex subs(const ex & e, unsigned options = 0) const { return bp->subs(e, options); }
+       ex subs(const exmap & m, unsigned options = 0) const;
+       ex subs(const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0) const;
+       ex subs(const ex & e, unsigned options = 0) const;
 
        // function mapping
        ex map(map_function & f) const { return bp->map(f); }
@@ -161,25 +170,27 @@ public:
 
        // rational functions
        ex normal(int level = 0) const;
-       ex to_rational(lst &repl_lst) const;
-       ex to_polynomial(lst &repl_lst) const;
+       ex to_rational(exmap & repl) const;
+       ex to_rational(lst & repl_lst) const;
+       ex to_polynomial(exmap & repl) const;
+       ex to_polynomial(lst & repl_lst) const;
        ex numer() const;
        ex denom() const;
        ex numer_denom() const;
 
        // polynomial algorithms
-       ex unit(const symbol &x) const;
-       ex content(const symbol &x) const;
+       ex unit(const ex &x) const;
+       ex content(const ex &x) const;
        numeric integer_content() const;
-       ex primpart(const symbol &x) const;
-       ex primpart(const symbol &x, const ex &cont) const;
+       ex primpart(const ex &x) const;
+       ex primpart(const ex &x, const ex &cont) const;
        ex smod(const numeric &xi) const { return bp->smod(xi); }
        numeric max_coefficient() const;
 
        // indexed objects
        exvector get_free_indices() const { return bp->get_free_indices(); }
-       ex simplify_indexed() const;
-       ex simplify_indexed(const scalar_products & sp) const;
+       ex simplify_indexed(unsigned options = 0) const;
+       ex simplify_indexed(const scalar_products & sp, unsigned options = 0) const;
 
        // comparison
        int compare(const ex & other) const;
@@ -209,6 +220,7 @@ private:
        static basic & construct_from_double(double d);
        static ptr<basic> construct_from_string_and_lst(const std::string &s, const ex &l);
        void makewriteable();
+       void share(const ex & other) const;
 
 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 public:
@@ -232,7 +244,7 @@ protected:
 // member variables
 
 private:
-       ptr<basic> bp;      ///< pointer to basic object managed by this
+       mutable ptr<basic> bp;  ///< pointer to basic object managed by this
 
 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
 public:
@@ -250,7 +262,7 @@ public:
 extern const basic *_num0_bp;
 
 inline
-ex::ex() : bp(*const_cast<basic *>(_num0_bp))
+ex::ex() throw() : bp(*const_cast<basic *>(_num0_bp))
 {
        GINAC_ASSERT(bp->flags & status_flags::dynallocated);
 #ifdef OBSCURE_CINT_HACK
@@ -345,7 +357,14 @@ int ex::compare(const ex & other) const
 {
        if (bp == other.bp)  // trivial case: both expressions point to same basic
                return 0;
-       return bp->compare(*other.bp);
+       const int cmpval = bp->compare(*other.bp);
+       if (cmpval == 0) {
+               // Expressions point to different, but equal, trees: conserve
+               // memory and make subsequent compare() operations faster by
+               // making both expression point to the same tree.
+               share(other);
+       }
+       return cmpval;
 }
 
 inline
@@ -357,6 +376,304 @@ bool ex::is_equal(const ex & other) const
 }
 
 
+// Iterators
+
+class const_iterator : public std::iterator<std::random_access_iterator_tag, ex, ptrdiff_t, const ex *, const ex &>
+{
+       friend class ex;
+       friend class const_preorder_iterator;
+       friend class const_postorder_iterator;
+
+public:
+       const_iterator() throw() {}
+
+private:
+       const_iterator(const ex &e_, size_t i_) throw() : e(e_), i(i_) {}
+
+public:
+       // This should return an ex&, but that would be a reference to a
+       // temporary value
+       ex operator*() const
+       {
+               return e.op(i);
+       }
+
+       // This should return an ex*, but that would be a pointer to a
+       // temporary value
+       std::auto_ptr<ex> operator->() const
+       {
+               return std::auto_ptr<ex>(new ex(operator*()));
+       }
+
+       ex operator[](difference_type n) const
+       {
+               return e.op(i + n);
+       }
+
+       const_iterator &operator++() throw()
+       {
+               ++i;
+               return *this;
+       }
+
+       const_iterator operator++(int) throw()
+       {
+               const_iterator tmp = *this;
+               ++i;
+               return tmp;
+       }
+
+       const_iterator &operator+=(difference_type n) throw()
+       {
+               i += n;
+               return *this;
+       }
+
+       const_iterator operator+(difference_type n) const throw()
+       {
+               return const_iterator(e, i + n);
+       }
+
+       inline friend const_iterator operator+(difference_type n, const const_iterator &it) throw()
+       {
+               return const_iterator(it.e, it.i + n);
+       }
+
+       const_iterator &operator--() throw()
+       {
+               --i;
+               return *this;
+       }
+
+       const_iterator operator--(int) throw()
+       {
+               const_iterator tmp = *this;
+               --i;
+               return tmp;
+       }
+
+       const_iterator &operator-=(difference_type n) throw()
+       {
+               i -= n;
+               return *this;
+       }
+
+       const_iterator operator-(difference_type n) const throw()
+       {
+               return const_iterator(e, i - n);
+       }
+
+       inline friend difference_type operator-(const const_iterator &lhs, const const_iterator &rhs) throw()
+       {
+               return lhs.i - rhs.i;
+       }
+
+       bool operator==(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return are_ex_trivially_equal(e, other.e) && i == other.i;
+       }
+
+       bool operator!=(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return !(*this == other);
+       }
+
+       bool operator<(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return i < other.i;
+       }
+
+       bool operator>(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return other < *this;
+       }
+
+       bool operator<=(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return !(other < *this);
+       }
+
+       bool operator>=(const const_iterator &other) const throw()
+       {
+               return !(*this < other);
+       }
+
+protected:
+       ex e; // this used to be a "const basic *", but in view of object fusion that wouldn't be safe
+       size_t i;
+};
+
+namespace internal {
+
+struct _iter_rep {
+       _iter_rep(const ex &e_, size_t i_, size_t i_end_) : e(e_), i(i_), i_end(i_end_) {}
+
+       bool operator==(const _iter_rep &other) const throw()
+       {
+               return are_ex_trivially_equal(e, other.e) && i == other.i;
+       }
+
+       bool operator!=(const _iter_rep &other) const throw()
+       {
+               return !(*this == other);
+       }
+
+       ex e;
+       size_t i;
+       size_t i_end;
+};
+
+} // namespace internal
+
+class const_preorder_iterator : public std::iterator<std::forward_iterator_tag, ex, ptrdiff_t, const ex *, const ex &>
+{
+public:
+       const_preorder_iterator() throw() {}
+
+       // Provide implicit conversion from const_iterator, so ex::begin() and
+       // ex::end() can be used to create const_preorder_iterators
+       const_preorder_iterator(const const_iterator & cit)
+       {
+               s.push(internal::_iter_rep(cit.e, cit.i, cit.e.nops()));
+       }
+
+public:
+       ex operator*() const
+       {
+               return s.top().e;
+       }
+
+       std::auto_ptr<ex> operator->() const
+       {
+               return std::auto_ptr<ex>(new ex(operator*()));
+       }
+
+       const_preorder_iterator &operator++()
+       {
+               increment();
+               return *this;
+       }
+
+       const_preorder_iterator operator++(int)
+       {
+               const_preorder_iterator tmp = *this;
+               increment();
+               return tmp;
+       }
+
+       bool operator==(const const_preorder_iterator &other) const throw()
+       {
+               return s.top() == other.s.top();
+       }
+
+       bool operator!=(const const_preorder_iterator &other) const throw()
+       {
+               return !(*this == other);
+       }
+
+private:
+       std::stack<internal::_iter_rep, std::vector<internal::_iter_rep> > s;
+
+       void increment()
+       {
+               while (s.top().i == s.top().i_end && s.size() > 1) {
+                       s.pop();
+                       ++s.top().i;
+               }
+
+               internal::_iter_rep & current = s.top();
+
+               if (current.i != current.i_end) {
+                       const ex & child = current.e.op(current.i);
+                       s.push(internal::_iter_rep(child, 0, child.nops()));
+               }
+       }
+};
+
+class const_postorder_iterator : public std::iterator<std::forward_iterator_tag, ex, ptrdiff_t, const ex *, const ex &>
+{
+public:
+       const_postorder_iterator() throw() {}
+
+       // Provide implicit conversion from const_iterator, so ex::begin() and
+       // ex::end() can be used to create const_postorder_iterators
+       const_postorder_iterator(const const_iterator & cit)
+       {
+               size_t n = cit.e.nops();
+               if (cit.i != n) {
+                       s.push(internal::_iter_rep(cit.e, cit.i, n));
+                       descend();
+               }
+       }
+
+public:
+       ex operator*() const
+       {
+               return s.top().e;
+       }
+
+       std::auto_ptr<ex> operator->() const
+       {
+               return std::auto_ptr<ex>(new ex(operator*()));
+       }
+
+       const_postorder_iterator &operator++()
+       {
+               increment();
+               return *this;
+       }
+
+       const_postorder_iterator operator++(int)
+       {
+               const_postorder_iterator tmp = *this;
+               increment();
+               return tmp;
+       }
+
+       bool operator==(const const_postorder_iterator &other) const throw()
+       {
+               return s == other.s;
+       }
+
+       bool operator!=(const const_postorder_iterator &other) const throw()
+       {
+               return !(*this == other);
+       }
+
+private:
+       std::stack<internal::_iter_rep, std::vector<internal::_iter_rep> > s;
+
+       void descend()
+       {
+               while (s.top().i != s.top().i_end) {
+                       internal::_iter_rep & current = s.top();
+                       const ex & child = current.e.op(current.i);
+                       s.push(internal::_iter_rep(child, 0, child.nops()));
+               }
+       }
+
+       void increment()
+       {
+               if (s.top().i == s.top().i_end)
+                       s.pop();
+               if (s.size() > 0) {
+                       ++s.top().i;
+                       descend();
+               }
+       }
+};
+
+inline const_iterator ex::begin() const throw()
+{
+       return const_iterator(*this, 0);
+}
+
+inline const_iterator ex::end() const throw()
+{
+       return const_iterator(*this, nops());
+}
+
+
 // utility functions
 
 /** Compare two objects of class quickly without doing a deep tree traversal.
@@ -368,6 +685,23 @@ inline bool are_ex_trivially_equal(const ex &e1, const ex &e2)
        return e1.bp == e2.bp;
 }
 
+/* Function objects for STL sort() etc. */
+struct ex_is_less : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
+       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.compare(rh) < 0; }
+};
+
+struct ex_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
+       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.is_equal(rh); }
+};
+
+struct op0_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
+       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.op(0).is_equal(rh.op(0)); }
+};
+
+struct ex_swap : public std::binary_function<ex, ex, void> {
+       void operator() (ex &lh, ex &rh) const { lh.swap(rh); }
+};
+
 // wrapper functions around member functions
 inline size_t nops(const ex & thisex)
 { return thisex.nops(); }
@@ -405,6 +739,12 @@ inline ex normal(const ex & thisex, int level=0)
 inline ex to_rational(const ex & thisex, lst & repl_lst)
 { return thisex.to_rational(repl_lst); }
 
+inline ex to_rational(const ex & thisex, exmap & repl)
+{ return thisex.to_rational(repl); }
+
+inline ex to_polynomial(const ex & thisex, exmap & repl)
+{ return thisex.to_polynomial(repl); }
+
 inline ex to_polynomial(const ex & thisex, lst & repl_lst)
 { return thisex.to_polynomial(repl_lst); }
 
@@ -429,17 +769,11 @@ inline ex series(const ex & thisex, const ex & r, int order, unsigned options =
 inline bool match(const ex & thisex, const ex & pattern, lst & repl_lst)
 { return thisex.match(pattern, repl_lst); }
 
-inline ex subs(const ex & thisex, const ex & e, unsigned options = 0)
-{ return thisex.subs(e, options); }
-
-inline ex subs(const ex & thisex, const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0)
-{ return thisex.subs(ls, lr, options); }
+inline ex simplify_indexed(const ex & thisex, unsigned options = 0)
+{ return thisex.simplify_indexed(options); }
 
-inline ex simplify_indexed(const ex & thisex)
-{ return thisex.simplify_indexed(); }
-
-inline ex simplify_indexed(const ex & thisex, const scalar_products & sp)
-{ return thisex.simplify_indexed(sp); }
+inline ex simplify_indexed(const ex & thisex, const scalar_products & sp, unsigned options = 0)
+{ return thisex.simplify_indexed(sp, options); }
 
 inline ex symmetrize(const ex & thisex)
 { return thisex.symmetrize(); }
@@ -474,28 +808,19 @@ inline bool is_zero(const ex & thisex)
 inline void swap(ex & e1, ex & e2)
 { e1.swap(e2); }
 
+inline ex ex::subs(const exmap & m, unsigned options) const
+{
+       return bp->subs(m, options);
+}
 
-// This makes STL algorithms use the more efficient swap operation for ex objects
-inline void iter_swap(std::vector<ex>::iterator i1, std::vector<ex>::iterator i2)
-{ i1->swap(*i2); }
-
-
-/* Function objects for STL sort() etc. */
-struct ex_is_less : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
-       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.compare(rh) < 0; }
-};
-
-struct ex_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
-       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.is_equal(rh); }
-};
+inline ex subs(const ex & thisex, const exmap & m, unsigned options = 0)
+{ return thisex.subs(m, options); }
 
-struct op0_is_equal : public std::binary_function<ex, ex, bool> {
-       bool operator() (const ex &lh, const ex &rh) const { return lh.op(0).is_equal(rh.op(0)); }
-};
+inline ex subs(const ex & thisex, const lst & ls, const lst & lr, unsigned options = 0)
+{ return thisex.subs(ls, lr, options); }
 
-struct ex_swap : public std::binary_function<ex, ex, void> {
-       void operator() (ex &lh, ex &rh) const { lh.swap(rh); }
-};
+inline ex subs(const ex & thisex, const ex & e, unsigned options = 0)
+{ return thisex.subs(e, options); }
 
 
 /* Convert function pointer to function object suitable for map(). */
@@ -503,7 +828,7 @@ class pointer_to_map_function : public map_function {
 protected:
        ex (*ptr)(const ex &);
 public:
-       explicit pointer_to_map_function(ex (*x)(const ex &)) : ptr(x) {}
+       explicit pointer_to_map_function(ex x(const ex &)) : ptr(x) {}
        ex operator()(const ex & e) { return ptr(e); }
 };
 
@@ -513,7 +838,7 @@ protected:
        ex (*ptr)(const ex &, T1);
        T1 arg1;
 public:
-       explicit pointer_to_map_function_1arg(ex (*x)(const ex &, T1), T1 a1) : ptr(x), arg1(a1) {}
+       explicit pointer_to_map_function_1arg(ex x(const ex &, T1), T1 a1) : ptr(x), arg1(a1) {}
        ex operator()(const ex & e) { return ptr(e, arg1); }
 };
 
@@ -524,7 +849,7 @@ protected:
        T1 arg1;
        T2 arg2;
 public:
-       explicit pointer_to_map_function_2args(ex (*x)(const ex &, T1, T2), T1 a1, T2 a2) : ptr(x), arg1(a1), arg2(a2) {}
+       explicit pointer_to_map_function_2args(ex x(const ex &, T1, T2), T1 a1, T2 a2) : ptr(x), arg1(a1), arg2(a2) {}
        ex operator()(const ex & e) { return ptr(e, arg1, arg2); }
 };
 
@@ -536,17 +861,76 @@ protected:
        T2 arg2;
        T3 arg3;
 public:
-       explicit pointer_to_map_function_3args(ex (*x)(const ex &, T1, T2, T3), T1 a1, T2 a2, T3 a3) : ptr(x), arg1(a1), arg2(a2), arg3(a3) {}
+       explicit pointer_to_map_function_3args(ex x(const ex &, T1, T2, T3), T1 a1, T2 a2, T3 a3) : ptr(x), arg1(a1), arg2(a2), arg3(a3) {}
        ex operator()(const ex & e) { return ptr(e, arg1, arg2, arg3); }
 };
 
-inline ex ex::map(ex (*f)(const ex & e)) const
+inline ex ex::map(ex f(const ex &)) const
 {
        pointer_to_map_function fcn(f);
        return bp->map(fcn);
 }
 
+// convenience type checker template functions
+
+/** 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);
+}
+
+/** 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);
+}
+
+/** 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.  Also, you shouldn't cache
+ *  the returned reference because GiNaC's garbage collector may destroy
+ *  the referenced object any time it's used in another expression.
+ *
+ *  @param e expression
+ *  @return reference to object of class T
+ *  @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);
+}
 
 } // namespace GiNaC
 
+
+// Specializations of Standard Library algorithms
+namespace std {
+
+/** Specialization of std::swap() for ex objects. */
+template <>
+inline void swap(GiNaC::ex &a, GiNaC::ex &b)
+{
+       a.swap(b);
+}
+
+/** Specialization of std::iter_swap() for vector<ex> iterators. */
+template <>
+inline void iter_swap(vector<GiNaC::ex>::iterator i1, vector<GiNaC::ex>::iterator i2)
+{
+       i1->swap(*i2);
+}
+
+/** Specialization of std::iter_swap() for list<ex> iterators. */
+template <>
+inline void iter_swap(list<GiNaC::ex>::iterator i1, list<GiNaC::ex>::iterator i2)
+{
+       i1->swap(*i2);
+}
+
+} // namespace std
+
 #endif // ndef __GINAC_EX_H__