simgear/structure/SGExpression.hxx

   1 /* -*-c++-*-
   2  *
   3  * Copyright (C) 2006-2007 Mathias Froehlich
   4  *
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  16  * along with this program; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston,
  18  * MA 02110-1301, USA.
  19  *
  20  */
  21
  22 #ifndef _SG_EXPRESSION_HXX
  23 #define _SG_EXPRESSION_HXX 1
  24
  25 #include <string>
  26 #include <vector>
  27 #include <functional>
  28
  29 #include <simgear/props/condition.hxx>
  30 #include <simgear/props/props.hxx>
  31 #include <simgear/math/interpolater.hxx>
  32 #include <simgear/math/SGMath.hxx>
  33 #include <simgear/scene/model/persparam.hxx>
  34 #include <simgear/structure/exception.hxx>
  35 #include <simgear/structure/Singleton.hxx>
  36
  37 /// Expression tree implementation.
  38
  39 namespace simgear
  40 {
  41   namespace expression
  42   {
  43     enum Type {
  44       BOOL = 0,
  45       INT,
  46       FLOAT,
  47       DOUBLE
  48     };
  49     template<typename T> struct TypeTraits;
  50     template<> struct TypeTraits<bool> {
  51       static const Type typeTag = BOOL;
  52     };
  53     template<> struct TypeTraits<int> {
  54       static const Type typeTag = INT;
  55     };
  56     template<> struct TypeTraits<float> {
  57       static const Type typeTag = FLOAT;
  58     };
  59     template<> struct TypeTraits<double> {
  60       static const Type typeTag = DOUBLE;
  61     };
  62
  63     struct Value
  64     {
  65       Type typeTag;
  66       union {
  67         bool boolVal;
  68         int intVal;
  69         float floatVal;
  70         double doubleVal;
  71       } val;
  72
  73       Value() : typeTag(DOUBLE)
  74       {
  75         val.doubleVal = 0.0;
  76       }
  77
  78       Value(bool val_) : typeTag(BOOL)
  79       {
  80         val.boolVal = val_;
  81       }
  82
  83       Value(int val_) : typeTag(INT)
  84       {
  85         val.intVal = val_;
  86       }
  87
  88       Value(float val_) : typeTag(FLOAT)
  89       {
  90         val.floatVal = val_;
  91       }
  92
  93       Value(double val_) : typeTag(DOUBLE)
  94       {
  95         val.doubleVal = val_;
  96       }
  97
  98     };
  99
 100     class Binding;
 101   }
 102
 103   class Expression : public SGReferenced
 104   {
 105   public:
 106     virtual ~Expression() {}
 107     virtual expression::Type getType() const = 0;
 108   };
 109
 110   const expression::Value eval(const Expression* exp,
 111                                const expression::Binding* binding = 0);
 112
 113 }
 114
 115 template<typename T>
 116 class SGExpression : public simgear::Expression {
 117 public:
 118   virtual ~SGExpression() {}
 119   typedef T result_type;
 120   typedef T operand_type;
 121   virtual void eval(T&, const simgear::expression::Binding*) const = 0;
 122
 123   T getValue(const simgear::expression::Binding* binding = 0) const
 124   { T value; eval(value, binding); return value; }
 125
 126   double getDoubleValue(const simgear::expression::Binding* binding = 0) const
 127   { T value; eval(value, binding); return value; }
 128
 129   virtual bool isConst() const { return false; }
 130   virtual SGExpression* simplify();
 131   virtual simgear::expression::Type getType() const
 132   {
 133     return simgear::expression::TypeTraits<T>::typeTag;
 134   }
 135   virtual simgear::expression::Type getOperandType() const
 136   {
 137     return simgear::expression::TypeTraits<T>::typeTag;
 138   }
 139 };
 140
 141 /// Constant value expression
 142 template<typename T>
 143 class SGConstExpression : public SGExpression<T> {
 144 public:
 145   SGConstExpression(const T& value = T()) : _value(value)
 146   { }
 147   void setValue(const T& value)
 148   { _value = value; }
 149   const T& getValue(const simgear::expression::Binding* binding = 0) const
 150   { return _value; }
 151   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding*) const
 152   { value = _value; }
 153   virtual bool isConst() const { return true; }
 154 private:
 155   T _value;
 156 };
 157
 158 template<typename T>
 159 SGExpression<T>*
 160 SGExpression<T>::simplify()
 161 {
 162   if (isConst())
 163     return new SGConstExpression<T>(getValue());
 164   return this;
 165 }
 166
 167 template<typename T>
 168 class SGUnaryExpression : public SGExpression<T> {
 169 public:
 170   const SGExpression<T>* getOperand() const
 171   { return _expression; }
 172   SGExpression<T>* getOperand()
 173   { return _expression; }
 174   void setOperand(SGExpression<T>* expression)
 175   {
 176     if (!expression)
 177       expression = new SGConstExpression<T>(T());
 178     _expression = expression;
 179   }
 180   virtual bool isConst() const
 181   { return getOperand()->isConst(); }
 182   virtual SGExpression<T>* simplify()
 183   {
 184     _expression = _expression->simplify();
 185     return SGExpression<T>::simplify();
 186   }
 187
 188 protected:
 189   SGUnaryExpression(SGExpression<T>* expression = 0)
 190   { setOperand(expression); }
 191
 192 private:
 193   SGSharedPtr<SGExpression<T> > _expression;
 194 };
 195
 196 template<typename T>
 197 class SGBinaryExpression : public SGExpression<T> {
 198 public:
 199   const SGExpression<T>* getOperand(unsigned i) const
 200   { return _expressions[i]; }
 201   SGExpression<T>* getOperand(unsigned i)
 202   { return _expressions[i]; }
 203   void setOperand(unsigned i, SGExpression<T>* expression)
 204   {
 205     if (!expression)
 206       expression = new SGConstExpression<T>(T());
 207     if (2 <= i)
 208       i = 0;
 209     _expressions[i] = expression;
 210   }
 211
 212   virtual bool isConst() const
 213   { return getOperand(0)->isConst() && getOperand(1)->isConst(); }
 214   virtual SGExpression<T>* simplify()
 215   {
 216     _expressions[0] = _expressions[0]->simplify();
 217     _expressions[1] = _expressions[1]->simplify();
 218     return SGExpression<T>::simplify();
 219   }
 220
 221 protected:
 222   SGBinaryExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 223   { setOperand(0, expr0); setOperand(1, expr1); }
 224
 225 private:
 226   SGSharedPtr<SGExpression<T> > _expressions[2];
 227 };
 228
 229 template<typename T>
 230 class SGNaryExpression : public SGExpression<T> {
 231 public:
 232   unsigned getNumOperands() const
 233   { return _expressions.size(); }
 234   const SGExpression<T>* getOperand(unsigned i) const
 235   { return _expressions[i]; }
 236   SGExpression<T>* getOperand(unsigned i)
 237   { return _expressions[i]; }
 238   unsigned addOperand(SGExpression<T>* expression)
 239   {
 240     if (!expression)
 241       return ~unsigned(0);
 242     _expressions.push_back(expression);
 243     return _expressions.size() - 1;
 244   }
 245
 246   template<typename Iter>
 247   void addOperands(Iter begin, Iter end)
 248   {
 249     for (Iter iter = begin; iter != end; ++iter)
 250       {
 251         addOperand(static_cast< ::SGExpression<T>*>(*iter));
 252       }
 253   }
 254
 255   virtual bool isConst() const
 256   {
 257     for (unsigned i = 0; i < _expressions.size(); ++i)
 258       if (!_expressions[i]->isConst())
 259         return false;
 260     return true;
 261   }
 262   virtual SGExpression<T>* simplify()
 263   {
 264     for (unsigned i = 0; i < _expressions.size(); ++i)
 265       _expressions[i] = _expressions[i]->simplify();
 266     return SGExpression<T>::simplify();
 267   }
 268
 269 protected:
 270   SGNaryExpression()
 271   { }
 272   SGNaryExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 273   { addOperand(expr0); addOperand(expr1); }
 274
 275 private:
 276   std::vector<SGSharedPtr<SGExpression<T> > > _expressions;
 277 };
 278
 279
 280
 281
 282 template<typename T>
 283 class SGPropertyExpression : public SGExpression<T> {
 284 public:
 285   SGPropertyExpression(const SGPropertyNode* prop) : _prop(prop)
 286   { }
 287   void setPropertyNode(const SGPropertyNode* prop)
 288   { _prop = prop; }
 289   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding*) const
 290   { doEval(value); }
 291 private:
 292   void doEval(float& value) const
 293   { if (_prop) value = _prop->getFloatValue(); }
 294   void doEval(double& value) const
 295   { if (_prop) value = _prop->getDoubleValue(); }
 296   void doEval(int& value) const
 297   { if (_prop) value = _prop->getIntValue(); }
 298   void doEval(long& value) const
 299   { if (_prop) value = _prop->getLongValue(); }
 300   void doEval(bool& value) const
 301   { if (_prop) value = _prop->getBoolValue(); }
 302   SGSharedPtr<const SGPropertyNode> _prop;
 303 };
 304
 305 template<typename T>
 306 class SGAbsExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 307 public:
 308   SGAbsExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 309     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 310   { }
 311
 312   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 313   { value = getOperand()->getValue(b); if (value <= 0) value = -value; }
 314
 315   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 316 };
 317
 318 template<typename T>
 319 class SGACosExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 320 public:
 321   SGACosExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 322     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 323   { }
 324
 325   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 326   { value = acos((double)SGMisc<T>::clip(getOperand()->getValue(b), -1, 1)); }
 327
 328   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 329 };
 330
 331 template<typename T>
 332 class SGASinExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 333 public:
 334   SGASinExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 335     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 336   { }
 337
 338   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 339   { value = asin((double)SGMisc<T>::clip(getOperand()->getValue(b), -1, 1)); }
 340
 341   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 342 };
 343
 344 template<typename T>
 345 class SGATanExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 346 public:
 347   SGATanExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 348     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 349   { }
 350
 351   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 352   { value = atan(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 353
 354   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 355 };
 356
 357 template<typename T>
 358 class SGCeilExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 359 public:
 360   SGCeilExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 361     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 362   { }
 363
 364   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 365   { value = ceil(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 366
 367   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 368 };
 369
 370 template<typename T>
 371 class SGCosExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 372 public:
 373   SGCosExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 374     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 375   { }
 376
 377   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 378   { value = cos(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 379
 380   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 381 };
 382
 383 template<typename T>
 384 class SGCoshExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 385 public:
 386   SGCoshExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 387     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 388   { }
 389
 390   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 391   { value = cosh(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 392
 393   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 394 };
 395
 396 template<typename T>
 397 class SGExpExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 398 public:
 399   SGExpExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 400     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 401   { }
 402
 403   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 404   { value = exp(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 405
 406   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 407 };
 408
 409 template<typename T>
 410 class SGFloorExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 411 public:
 412   SGFloorExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 413     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 414   { }
 415
 416   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 417   { value = floor(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 418
 419   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 420 };
 421
 422 template<typename T>
 423 class SGLogExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 424 public:
 425   SGLogExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 426     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 427   { }
 428
 429   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 430   { value = log(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 431
 432   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 433 };
 434
 435 template<typename T>
 436 class SGLog10Expression : public SGUnaryExpression<T> {
 437 public:
 438   SGLog10Expression(SGExpression<T>* expr = 0)
 439     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 440   { }
 441
 442   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 443   { value = log10(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 444
 445   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 446 };
 447
 448 template<typename T>
 449 class SGSinExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 450 public:
 451   SGSinExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 452     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 453   { }
 454
 455   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 456   { value = sin(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 457
 458   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 459 };
 460
 461 template<typename T>
 462 class SGSinhExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 463 public:
 464   SGSinhExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 465     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 466   { }
 467
 468   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 469   { value = sinh(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 470
 471   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 472 };
 473
 474 template<typename T>
 475 class SGSqrExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 476 public:
 477   SGSqrExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 478     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 479   { }
 480
 481   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 482   { value = getOperand()->getValue(b); value = value*value; }
 483
 484   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 485 };
 486
 487 template<typename T>
 488 class SGSqrtExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 489 public:
 490   SGSqrtExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 491     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 492   { }
 493
 494   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 495   { value = sqrt(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 496
 497   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 498 };
 499
 500 template<typename T>
 501 class SGTanExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 502 public:
 503   SGTanExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 504     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 505   { }
 506
 507   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 508   { value = tan(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 509
 510   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 511 };
 512
 513 template<typename T>
 514 class SGTanhExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 515 public:
 516   SGTanhExpression(SGExpression<T>* expr = 0)
 517     : SGUnaryExpression<T>(expr)
 518   { }
 519
 520   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 521   { value = tanh(getOperand()->getDoubleValue(b)); }
 522
 523   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 524 };
 525
 526 template<typename T>
 527 class SGScaleExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 528 public:
 529   SGScaleExpression(SGExpression<T>* expr = 0, const T& scale = T(1))
 530     : SGUnaryExpression<T>(expr), _scale(scale)
 531   { }
 532   void setScale(const T& scale)
 533   { _scale = scale; }
 534   const T& getScale() const
 535   { return _scale; }
 536
 537   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 538   { value = _scale * getOperand()->getValue(b); }
 539
 540   virtual SGExpression<T>* simplify()
 541   {
 542     if (_scale == 1)
 543       return getOperand()->simplify();
 544     return SGUnaryExpression<T>::simplify();
 545   }
 546
 547   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 548 private:
 549   T _scale;
 550 };
 551
 552 template<typename T>
 553 class SGBiasExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 554 public:
 555   SGBiasExpression(SGExpression<T>* expr = 0, const T& bias = T(0))
 556     : SGUnaryExpression<T>(expr), _bias(bias)
 557   { }
 558
 559   void setBias(const T& bias)
 560   { _bias = bias; }
 561   const T& getBias() const
 562   { return _bias; }
 563
 564   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 565   { value = _bias + getOperand()->getValue(b); }
 566
 567   virtual SGExpression<T>* simplify()
 568   {
 569     if (_bias == 0)
 570       return getOperand()->simplify();
 571     return SGUnaryExpression<T>::simplify();
 572   }
 573
 574   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 575 private:
 576   T _bias;
 577 };
 578
 579 template<typename T>
 580 class SGInterpTableExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 581 public:
 582   SGInterpTableExpression(SGExpression<T>* expr,
 583                           const SGInterpTable* interpTable) :
 584     SGUnaryExpression<T>(expr),
 585     _interpTable(interpTable)
 586   { }
 587
 588   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 589   {
 590     if (_interpTable)
 591       value = _interpTable->interpolate(getOperand()->getValue(b));
 592   }
 593
 594   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 595 private:
 596   SGSharedPtr<SGInterpTable const> _interpTable;
 597 };
 598
 599 template<typename T>
 600 class SGClipExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 601 public:
 602   SGClipExpression(SGExpression<T>* expr)
 603     : SGUnaryExpression<T>(expr),
 604       _clipMin(SGMisc<T>::min(-SGLimits<T>::max(), SGLimits<T>::min())),
 605       _clipMax(SGLimits<T>::max())
 606   { }
 607   SGClipExpression(SGExpression<T>* expr,
 608                    const T& clipMin, const T& clipMax)
 609     : SGUnaryExpression<T>(expr),
 610       _clipMin(clipMin),
 611       _clipMax(clipMax)
 612   { }
 613
 614   void setClipMin(const T& clipMin)
 615   { _clipMin = clipMin; }
 616   const T& getClipMin() const
 617   { return _clipMin; }
 618
 619   void setClipMax(const T& clipMax)
 620   { _clipMax = clipMax; }
 621   const T& getClipMax() const
 622   { return _clipMax; }
 623
 624   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 625   {
 626     value = SGMisc<T>::clip(getOperand()->getValue(b), _clipMin, _clipMax);
 627   }
 628
 629   virtual SGExpression<T>* simplify()
 630   {
 631     if (_clipMin <= SGMisc<T>::min(-SGLimits<T>::max(), SGLimits<T>::min()) &&
 632         _clipMax >= SGLimits<T>::max())
 633       return getOperand()->simplify();
 634     return SGUnaryExpression<T>::simplify();
 635   }
 636
 637   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 638 private:
 639   T _clipMin;
 640   T _clipMax;
 641 };
 642
 643 template<typename T>
 644 class SGStepExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 645 public:
 646   SGStepExpression(SGExpression<T>* expr = 0,
 647                    const T& step = T(1), const T& scroll = T(0))
 648     : SGUnaryExpression<T>(expr), _step(step), _scroll(scroll)
 649   { }
 650
 651   void setStep(const T& step)
 652   { _step = step; }
 653   const T& getStep() const
 654   { return _step; }
 655
 656   void setScroll(const T& scroll)
 657   { _scroll = scroll; }
 658   const T& getScroll() const
 659   { return _scroll; }
 660
 661   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 662   { value = apply_mods(getOperand()->getValue(b)); }
 663
 664   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 665
 666 private:
 667   T apply_mods(T property) const
 668   {
 669     if( _step <= SGLimits<T>::min() ) return property;
 670
 671     // apply stepping of input value
 672     T modprop = floor(property/_step)*_step;
 673
 674     // calculate scroll amount (for odometer like movement)
 675     T remainder = property <= SGLimits<T>::min() ? -fmod(property,_step) : (_step - fmod(property,_step));
 676     if( remainder > SGLimits<T>::min() && remainder < _scroll )
 677       modprop += (_scroll - remainder) / _scroll * _step;
 678
 679     return modprop;
 680   }
 681
 682   T _step;
 683   T _scroll;
 684 };
 685
 686 template<typename T>
 687 class SGEnableExpression : public SGUnaryExpression<T> {
 688 public:
 689   SGEnableExpression(SGExpression<T>* expr = 0,
 690                      SGCondition* enable = 0,
 691                      const T& disabledValue = T(0))
 692     : SGUnaryExpression<T>(expr),
 693       _enable(enable),
 694       _disabledValue(disabledValue)
 695   { }
 696
 697   const T& getDisabledValue() const
 698   { return _disabledValue; }
 699   void setDisabledValue(const T& disabledValue)
 700   { _disabledValue = disabledValue; }
 701
 702   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 703   {
 704     if (_enable->test())
 705       value = getOperand()->getValue(b);
 706     else
 707       value = _disabledValue;
 708   }
 709
 710   virtual SGExpression<T>* simplify()
 711   {
 712     if (!_enable)
 713       return getOperand()->simplify();
 714     return SGUnaryExpression<T>::simplify();
 715   }
 716
 717   using SGUnaryExpression<T>::getOperand;
 718 private:
 719   SGSharedPtr<SGCondition> _enable;
 720   T _disabledValue;
 721 };
 722
 723 template<typename T>
 724 class SGAtan2Expression : public SGBinaryExpression<T> {
 725 public:
 726   SGAtan2Expression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 727     : SGBinaryExpression<T>(expr0, expr1)
 728   { }
 729   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 730   { value = atan2(getOperand(0)->getDoubleValue(b), getOperand(1)->getDoubleValue(b)); }
 731   using SGBinaryExpression<T>::getOperand;
 732 };
 733
 734 template<typename T>
 735 class SGDivExpression : public SGBinaryExpression<T> {
 736 public:
 737   SGDivExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 738     : SGBinaryExpression<T>(expr0, expr1)
 739   { }
 740   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 741   { value = getOperand(0)->getValue(b) / getOperand(1)->getValue(b); }
 742   using SGBinaryExpression<T>::getOperand;
 743 };
 744
 745 template<typename T>
 746 class SGModExpression : public SGBinaryExpression<T> {
 747 public:
 748   SGModExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 749     : SGBinaryExpression<T>(expr0, expr1)
 750   { }
 751   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 752   { value = mod(getOperand(0)->getValue(b), getOperand(1)->getValue(b)); }
 753   using SGBinaryExpression<T>::getOperand;
 754 private:
 755   int mod(const int& v0, const int& v1) const
 756   { return v0 % v1; }
 757   float mod(const float& v0, const float& v1) const
 758   { return fmod(v0, v1); }
 759   double mod(const double& v0, const double& v1) const
 760   { return fmod(v0, v1); }
 761 };
 762
 763 template<typename T>
 764 class SGPowExpression : public SGBinaryExpression<T> {
 765 public:
 766   SGPowExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 767     : SGBinaryExpression<T>(expr0, expr1)
 768   { }
 769   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 770   { value = pow(getOperand(0)->getDoubleValue(b), getOperand(1)->getDoubleValue(b)); }
 771   using SGBinaryExpression<T>::getOperand;
 772 };
 773
 774 template<typename T>
 775 class SGSumExpression : public SGNaryExpression<T> {
 776 public:
 777   SGSumExpression()
 778   { }
 779   SGSumExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 780     : SGNaryExpression<T>(expr0, expr1)
 781   { }
 782   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 783   {
 784     value = T(0);
 785     unsigned sz = SGNaryExpression<T>::getNumOperands();
 786     for (unsigned i = 0; i < sz; ++i)
 787       value += getOperand(i)->getValue(b);
 788   }
 789   using SGNaryExpression<T>::getValue;
 790   using SGNaryExpression<T>::getOperand;
 791 };
 792
 793 template<typename T>
 794 class SGDifferenceExpression : public SGNaryExpression<T> {
 795 public:
 796   SGDifferenceExpression()
 797   { }
 798   SGDifferenceExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 799     : SGNaryExpression<T>(expr0, expr1)
 800   { }
 801   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 802   {
 803     value = getOperand(0)->getValue(b);
 804     unsigned sz = SGNaryExpression<T>::getNumOperands();
 805     for (unsigned i = 1; i < sz; ++i)
 806       value -= getOperand(i)->getValue(b);
 807   }
 808   using SGNaryExpression<T>::getValue;
 809   using SGNaryExpression<T>::getOperand;
 810 };
 811
 812 template<typename T>
 813 class SGProductExpression : public SGNaryExpression<T> {
 814 public:
 815   SGProductExpression()
 816   { }
 817   SGProductExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 818     : SGNaryExpression<T>(expr0, expr1)
 819   { }
 820   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 821   {
 822     value = T(1);
 823     unsigned sz = SGNaryExpression<T>::getNumOperands();
 824     for (unsigned i = 0; i < sz; ++i)
 825       value *= getOperand(i)->getValue(b);
 826   }
 827   using SGNaryExpression<T>::getValue;
 828   using SGNaryExpression<T>::getOperand;
 829 };
 830
 831 template<typename T>
 832 class SGMinExpression : public SGNaryExpression<T> {
 833 public:
 834   SGMinExpression()
 835   { }
 836   SGMinExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 837     : SGNaryExpression<T>(expr0, expr1)
 838   { }
 839   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 840   {
 841     unsigned sz = SGNaryExpression<T>::getNumOperands();
 842     if (sz < 1)
 843       return;
 844
 845     value = getOperand(0)->getValue(b);
 846     for (unsigned i = 1; i < sz; ++i)
 847       value = SGMisc<T>::min(value, getOperand(i)->getValue(b));
 848   }
 849   using SGNaryExpression<T>::getOperand;
 850 };
 851
 852 template<typename T>
 853 class SGMaxExpression : public SGNaryExpression<T> {
 854 public:
 855   SGMaxExpression()
 856   { }
 857   SGMaxExpression(SGExpression<T>* expr0, SGExpression<T>* expr1)
 858     : SGNaryExpression<T>(expr0, expr1)
 859   { }
 860   virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
 861   {
 862     unsigned sz = SGNaryExpression<T>::getNumOperands();
 863     if (sz < 1)
 864       return;
 865
 866     value = getOperand(0)->getValue(b);
 867     for (unsigned i = 1; i < sz; ++i)
 868       value = SGMisc<T>::max(value, getOperand(i)->getValue(b));
 869   }
 870   using SGNaryExpression<T>::getOperand;
 871 };
 872
 873 typedef SGExpression<int> SGExpressioni;
 874 typedef SGExpression<float> SGExpressionf;
 875 typedef SGExpression<double> SGExpressiond;
 876 typedef SGExpression<bool> SGExpressionb;
 877
 878 /**
 879  * Global function to make an expression out of properties.
 880
 881   <clip>
 882     <clipMin>0</clipMin>
 883     <clipMax>79</clipMax>
 884     <abs>
 885       <sum>
 886         <rad2deg>
 887           <property>sim/model/whatever-rad</property>
 888         </rad2deg>
 889         <property>sim/model/someother-deg</property>
 890         <value>-90</value>
 891       </sum>
 892     </abs>
 893   <clip>
 894
 895 will evaluate to an expression:
 896
 897 SGMisc<T>::clip(abs(deg2rad*sim/model/whatever-rad + sim/model/someother-deg - 90), clipMin, clipMax);
 898
 899  */
 900 SGExpression<int>*
 901 SGReadIntExpression(SGPropertyNode *inputRoot,
 902                     const SGPropertyNode *configNode);
 903
 904 SGExpression<float>*
 905 SGReadFloatExpression(SGPropertyNode *inputRoot,
 906                       const SGPropertyNode *configNode);
 907
 908 SGExpression<double>*
 909 SGReadDoubleExpression(SGPropertyNode *inputRoot,
 910                        const SGPropertyNode *configNode);
 911
 912 SGExpression<bool>*
 913 SGReadBoolExpression(SGPropertyNode *inputRoot,
 914                      const SGPropertyNode *configNode);
 915
 916 namespace simgear
 917 {
 918   namespace expression
 919   {
 920   struct ParseError : public sg_exception
 921   {
 922       ParseError(const string& message = std::string())
 923           : sg_exception(message) {}
 924   };
 925
 926   // Support for binding variables around an expression.
 927   class Binding
 928   {
 929   public:
 930       virtual ~Binding() {}
 931       const virtual Value* getBindings() const = 0;
 932       virtual Value* getBindings() = 0;
 933   };
 934
 935   class VariableLengthBinding : public Binding
 936   {
 937   public:
 938       const Value* getBindings() const
 939       {
 940           if (_bindings.empty())
 941               return 0;
 942           else
 943               return &_bindings[0];
 944       }
 945       Value* getBindings()
 946       {
 947           if (_bindings.empty())
 948               return 0;
 949           else
 950               return &_bindings[0];
 951       }
 952       std::vector<Value> _bindings;
 953   };
 954
 955   template<int Size> class FixedLengthBinding : public Binding
 956   {
 957   public:
 958       Value* getBindings()
 959       {
 960           return &_bindings[0];
 961       }
 962       const Value* getBindings() const
 963       {
 964           return &_bindings[0];
 965       }
 966       Value _bindings[Size];
 967   };
 968
 969   struct VariableBinding
 970   {
 971       VariableBinding() : type(expression::DOUBLE), location(-1) {}
 972
 973       VariableBinding(const std::string& name_, expression::Type type_,
 974                       int location_)
 975           : name(name_), type(type_), location(location_)
 976       {
 977       }
 978       std::string name;
 979       expression::Type type;
 980       int location;
 981   };
 982
 983   class BindingLayout
 984   {
 985   public:
 986       int addBinding(const std::string& name, expression::Type type);
 987       bool findBinding(const string& name, VariableBinding& result) const;
 988       std::vector<VariableBinding> bindings;
 989   };
 990
 991   class Parser {
 992   public:
 993       typedef Expression* (*exp_parser)(const SGPropertyNode* exp,
 994                                         Parser* parser);
 995       void addParser(const std::string& name, exp_parser parser)
 996       {
 997           getParserMap().insert(std::make_pair(name, parser));
 998       }
 999       Expression* read(const SGPropertyNode* exp)
1000       {
1001           ParserMap& map = getParserMap();
1002           ParserMap::iterator itr = map.find(exp->getName());
1003           if (itr == map.end())
1004               throw ParseError(string("unknown expression ") + exp->getName());
1005           exp_parser parser = itr->second;
1006           return (*parser)(exp, this);
1007       }
1008       // XXX vector of SGSharedPtr?
1009       bool readChildren(const SGPropertyNode* exp,
1010                         std::vector<Expression*>& result);
1011       /**
1012        * Function that parses a property tree, producing an expression.
1013        */
1014       typedef std::map<const std::string, exp_parser> ParserMap;
1015       virtual ParserMap& getParserMap() = 0;
1016       /**
1017        * After an expression is parsed, the binding layout may contain
1018        * references that need to be bound during evaluation.
1019        */
1020       BindingLayout& getBindingLayout() { return _bindingLayout; }
1021   protected:
1022       BindingLayout _bindingLayout;
1023   };
1024
1025   class ExpressionParser : public Parser
1026   {
1027   public:
1028       ParserMap& getParserMap()
1029       {
1030           return ParserMapSingleton::instance()->_parserTable;
1031       }
1032       static void addExpParser(const std::string&, exp_parser);
1033   protected:
1034       struct ParserMapSingleton : public simgear::Singleton<ParserMapSingleton>
1035       {
1036           ParserMap _parserTable;
1037       };
1038   };
1039
1040   /**
1041    * Constructor for registering parser functions.
1042    */
1043   struct ExpParserRegistrar
1044   {
1045       ExpParserRegistrar(const std::string& token, Parser::exp_parser parser)
1046       {
1047           ExpressionParser::addExpParser(token, parser);
1048       }
1049   };
1050
1051   }
1052
1053   /**
1054    * Access a variable definition. Use a location from a BindingLayout.
1055    */
1056   template<typename T>
1057   class VariableExpression : public ::SGExpression<T> {
1058   public:
1059     VariableExpression(int location) : _location(location) {}
1060     virtual ~VariableExpression() {}
1061     virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
1062     {
1063       const expression::Value* values = b->getBindings();
1064       value = *reinterpret_cast<const T *>(&values[_location].val);
1065     }
1066   protected:
1067     int _location;
1068
1069   };
1070
1071   /**
1072    * An n-ary expression where the types of the argument aren't the
1073    * same as the return type.
1074    */
1075   template<typename T, typename OpType>
1076   class GeneralNaryExpression : public ::SGExpression<T> {
1077   public:
1078     typedef OpType operand_type;
1079     unsigned getNumOperands() const
1080     { return _expressions.size(); }
1081     const ::SGExpression<OpType>* getOperand(unsigned i) const
1082     { return _expressions[i]; }
1083     ::SGExpression<OpType>* getOperand(unsigned i)
1084     { return _expressions[i]; }
1085     unsigned addOperand(::SGExpression<OpType>* expression)
1086     {
1087       if (!expression)
1088         return ~unsigned(0);
1089       _expressions.push_back(expression);
1090       return _expressions.size() - 1;
1091     }
1092
1093     template<typename Iter>
1094     void addOperands(Iter begin, Iter end)
1095     {
1096       for (Iter iter = begin; iter != end; ++iter)
1097         {
1098           addOperand(static_cast< ::SGExpression<OpType>*>(*iter));
1099         }
1100     }
1101
1102     virtual bool isConst() const
1103     {
1104       for (unsigned i = 0; i < _expressions.size(); ++i)
1105         if (!_expressions[i]->isConst())
1106           return false;
1107       return true;
1108     }
1109     virtual ::SGExpression<T>* simplify()
1110     {
1111       for (unsigned i = 0; i < _expressions.size(); ++i)
1112         _expressions[i] = _expressions[i]->simplify();
1113       return SGExpression<T>::simplify();
1114     }
1115
1116     simgear::expression::Type getOperandType() const
1117     {
1118       return simgear::expression::TypeTraits<OpType>::typeTag;
1119     }
1120
1121   protected:
1122     GeneralNaryExpression()
1123     { }
1124     GeneralNaryExpression(::SGExpression<OpType>* expr0,
1125                           ::SGExpression<OpType>* expr1)
1126     { addOperand(expr0); addOperand(expr1); }
1127
1128     std::vector<SGSharedPtr<SGExpression<OpType> > > _expressions;
1129   };
1130
1131   /**
1132    * A predicate that wraps, for example the STL template predicate
1133    * expressions like std::equal_to.
1134    */
1135   template<typename OpType, template<typename PredOp> class Pred>
1136   class PredicateExpression : public GeneralNaryExpression<bool, OpType> {
1137   public:
1138     PredicateExpression()
1139     {
1140     }
1141     PredicateExpression(::SGExpression<OpType>* expr0,
1142                         ::SGExpression<OpType>* expr1)
1143       : GeneralNaryExpression<bool, OpType>(expr0, expr1)
1144     {
1145     }
1146     virtual void eval(bool& value, const simgear::expression::Binding* b) const
1147     {
1148       unsigned sz = this->getNumOperands();
1149       if (sz != 2)
1150         return;
1151       value = _pred(this->getOperand(0)->getValue(b),
1152                     this->getOperand(1)->getValue(b));
1153     }
1154   protected:
1155     Pred<OpType> _pred;
1156   };
1157
1158   template<template<typename OT> class Pred, typename OpType>
1159   PredicateExpression<OpType, Pred>*
1160   makePredicate(SGExpression<OpType>* op1, SGExpression<OpType>* op2)
1161   {
1162     return new PredicateExpression<OpType, Pred>(op1, op2);
1163   }
1164
1165   template<typename OpType>
1166   class EqualToExpression : public PredicateExpression<OpType, std::equal_to>
1167   {
1168   public:
1169     EqualToExpression() {}
1170     EqualToExpression(::SGExpression<OpType>* expr0,
1171                       ::SGExpression<OpType>* expr1)
1172       : PredicateExpression<OpType, std::equal_to>(expr0, expr1)
1173     {
1174     }
1175   };
1176
1177   template<typename OpType>
1178   class LessExpression : public PredicateExpression<OpType, std::less>
1179   {
1180   public:
1181     LessExpression() {}
1182     LessExpression(::SGExpression<OpType>* expr0, ::SGExpression<OpType>* expr1)
1183       : PredicateExpression<OpType, std::less>(expr0, expr1)
1184     {
1185     }
1186   };
1187
1188   template<typename OpType>
1189   class LessEqualExpression
1190     : public PredicateExpression<OpType, std::less_equal>
1191   {
1192   public:
1193     LessEqualExpression() {}
1194     LessEqualExpression(::SGExpression<OpType>* expr0,
1195                         ::SGExpression<OpType>* expr1)
1196       : PredicateExpression<OpType, std::less_equal>(expr0, expr1)
1197     {
1198     }
1199   };
1200
1201   class NotExpression : public ::SGUnaryExpression<bool>
1202   {
1203   public:
1204     NotExpression(::SGExpression<bool>* expr = 0)
1205       : ::SGUnaryExpression<bool>(expr)
1206     {
1207     }
1208     void eval(bool& value, const expression::Binding* b) const
1209     {
1210       value = !getOperand()->getValue(b);
1211     }
1212   };
1213
1214   class OrExpression : public ::SGNaryExpression<bool>
1215   {
1216   public:
1217     void eval(bool& value, const expression::Binding* b) const
1218     {
1219       value = false;
1220       for (int i = 0; i < (int)getNumOperands(); ++i) {
1221         value = value || getOperand(i)->getValue(b);
1222         if (value)
1223           return;
1224       }
1225     }
1226   };
1227
1228   class AndExpression : public ::SGNaryExpression<bool>
1229   {
1230   public:
1231     void eval(bool& value, const expression::Binding* b) const
1232     {
1233       value = true;
1234       for (int i = 0; i < (int)getNumOperands(); ++i) {
1235         value = value && getOperand(i)->getValue(b);
1236         if (!value)
1237           return;
1238       }
1239     }
1240   };
1241
1242   /**
1243    * Convert an operand from OpType to T.
1244    */
1245   template<typename T, typename OpType>
1246   class ConvertExpression : public GeneralNaryExpression<T, OpType>
1247   {
1248   public:
1249     ConvertExpression() {}
1250     ConvertExpression(::SGExpression<OpType>* expr0)
1251     {
1252       this->addOperand(expr0);
1253     }
1254     virtual void eval(T& value, const simgear::expression::Binding* b) const
1255     {
1256       typename ConvertExpression::operand_type result;
1257       this->_expressions.at(0)->eval(result, b);
1258       value = result;
1259     }
1260   };
1261 }
1262 #endif // _SG_EXPRESSION_HXX