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Removed STDERR pollution by API
[bamtools.git] / src / api / BamAlignment.h
index 11233781b9a4995806e5a546bfb082a92a721406..b09649974dfd61c01c3d3704fdcf0dc2d111775f 100644 (file)
@@ -1,9 +1,8 @@
 // ***************************************************************************
 // BamAlignment.h (c) 2009 Derek Barnett
 // Marth Lab, Department of Biology, Boston College
-// All rights reserved.
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Last modified: 19 April 2011 (DB)
+// Last modified: 7 October 2011 (DB)
 // ---------------------------------------------------------------------------
 // Provides the BamAlignment data structure
 // ***************************************************************************
@@ -13,6 +12,9 @@
 
 #include <api/api_global.h>
 #include <api/BamAux.h>
+#include <api/BamConstants.h>
+#include <cstdlib>
+#include <cstring>
 #include <string>
 #include <vector>
 
@@ -69,77 +71,43 @@ struct API_EXPORT BamAlignment {
     // tag data access methods
     public:
 
-        // -------------------------------------------------------------------------------------
-        // N.B. - The following tag access methods may not be used on BamAlignments fetched
-        // using BamReader::GetNextAlignmentCore().  Attempting to use them will not result in 
-        // error message (to keep output clean) but will ALWAYS return false.  Only user-created
-        // BamAlignments or those retrieved using BamReader::GetNextAlignment() are valid here.
-        //
-        // You can call BuildCharData() on such an alignment retrieved by GetNextAlignmentCore().
-        // This populates all the character data, and will enable subsequent queries on tag data.
-        // -------------------------------------------------------------------------------------
-
-        // adds a tag
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::string& type, const std::string& value);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::string& type, const uint32_t& value);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::string& type, const int32_t& value);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::string& type, const float& value);
-
-        // adds a "binary array" tag
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<uint8_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<int8_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<uint16_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<int16_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<uint32_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<int32_t>& values);
-        bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<float>& values);
-
-        // edits a tag
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::string& type, const std::string& value);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::string& type, const uint32_t& value);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::string& type, const int32_t& value);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::string& type, const float& value);
-
-        // edits a "binary array" tag
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<uint8_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<int8_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<uint16_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<int16_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<uint32_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<int32_t>& values);
-        bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<float>& values);
-
-        // retrieves data for a tag
-        bool GetTag(const std::string& tag, std::string& destination) const;
-        bool GetTag(const std::string& tag, uint32_t& destination) const;
-        bool GetTag(const std::string& tag, int32_t& destination) const;
-        bool GetTag(const std::string& tag, float& destination) const;
-
-        // retrieves data for a "binary array" tag
-        bool GetTag(const std::string& tag, std::vector<uint32_t>& destination) const;
-        bool GetTag(const std::string& tag, std::vector<int32_t>& destination) const;
-        bool GetTag(const std::string& tag, std::vector<float>& destination) const;
-
-        // retrieves the BAM tag-type character for a tag
+        // add a new tag
+        template<typename T> bool AddTag(const std::string& tag, const std::string& type, const T& value);
+        template<typename T> bool AddTag(const std::string& tag, const std::vector<T>& values);
+
+        // edit (or append) tag
+        template<typename T> bool EditTag(const std::string& tag, const std::string& type, const T& value);
+        template<typename T> bool EditTag(const std::string& tag, const std::vector<T>& values);
+
+        // retrieves tag data
+        template<typename T> bool GetTag(const std::string& tag, T& destination) const;
+        template<typename T> bool GetTag(const std::string& tag, std::vector<T>& destination) const;
+
+        // retrieves the BAM type-code for requested tag
+        // (returns whether or not tag exists, and type-code is valid)
         bool GetTagType(const std::string& tag, char& type) const;
 
         // legacy methods (consider deprecated, but still available)
         bool GetEditDistance(uint32_t& editDistance) const;         // retrieves value of "NM" tag
         bool GetReadGroup(std::string& readGroup) const;            // retrieves value of "RG" tag
-        
+
         // returns true if alignment has a record for this tag name
         bool HasTag(const std::string& tag) const;
 
         // removes a tag
-        bool RemoveTag(const std::string& tag);
+        void RemoveTag(const std::string& tag);
 
     // additional methods
     public:
         // populates alignment string fields
         bool BuildCharData(void);
+
         // calculates alignment end position
         int GetEndPosition(bool usePadded = false, bool zeroBased = true) const;  
 
+        // returns a description of the last error that occurred
+        std::string GetErrorString(void) const;
+
     // public data fields
     public:
         std::string Name;               // read name
@@ -159,9 +127,24 @@ struct API_EXPORT BamAlignment {
         int32_t     InsertSize;         // mate-pair insert size
         std::string Filename;           // name of BAM file which this alignment comes from
 
+    //! \cond
+    // internal utility methods
+    private:
+        bool FindTag(const std::string& tag,
+                     char*& pTagData,
+                     const unsigned int& tagDataLength,
+                     unsigned int& numBytesParsed) const;
+        bool IsValidSize(const std::string& tag,
+                         const std::string& type) const;
+        void SetErrorString(const std::string& where,
+                            const std::string& what) const;
+        bool SkipToNextTag(const char storageType,
+                           char*& pTagData,
+                           unsigned int& numBytesParsed) const;
+
     // internal data
     private:
-        //! \cond
+
         struct BamAlignmentSupportData {
       
             // data members
@@ -184,9 +167,416 @@ struct API_EXPORT BamAlignment {
         BamAlignmentSupportData SupportData;
         friend class Internal::BamReaderPrivate;
         friend class Internal::BamWriterPrivate;
-        //! \endcond
+
+        mutable std::string ErrorString; // mutable to allow updates even in logically const methods
+    //! \endcond
 };
 
+// ---------------------------------------------------------
+// BamAlignment tag access methods
+
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::AddTag(const std::string& tag,
+                                 const std::string& type,
+                                 const T& value)
+{
+    // if char data not populated, do that first
+    if ( SupportData.HasCoreOnly )
+        BuildCharData();
+
+    // check tag/type size
+    if ( !IsValidSize(tag, type) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // check that storage type code is OK for T
+    if ( !TagTypeHelper<T>::CanConvertTo(type.at(0)) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // if tag already exists, return false
+    // use EditTag explicitly instead
+    if ( FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // otherwise, convert value to string
+    union { T value; char valueBuffer[sizeof(T)]; } un;
+    un.value = value;
+
+    // copy original tag data to temp buffer
+    const std::string newTag = tag + type;
+    const size_t newTagDataLength = tagDataLength + newTag.size() + sizeof(T); // leave room for new T
+    RaiiBuffer originalTagData(newTagDataLength);
+    memcpy(originalTagData.Buffer, TagData.c_str(), tagDataLength + 1);    // '+1' for TagData null-term
+
+    // append newTag
+    strcat(originalTagData.Buffer + tagDataLength, newTag.data());
+    memcpy(originalTagData.Buffer + tagDataLength + newTag.size(), un.valueBuffer, sizeof(T));
+
+    // store temp buffer back in TagData
+    const char* newTagData = (const char*)originalTagData.Buffer;
+    TagData.assign(newTagData, newTagDataLength);
+    return true;
+}
+
+template<>
+inline bool BamAlignment::AddTag<std::string>(const std::string& tag,
+                                              const std::string& type,
+                                              const std::string& value)
+{
+    // if char data not populated, do that first
+    if ( SupportData.HasCoreOnly )
+        BuildCharData();
+
+    // check tag/type size
+    if ( !IsValidSize(tag, type) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // check that storage type code is OK for string
+    if ( !TagTypeHelper<std::string>::CanConvertTo(type.at(0)) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // if tag already exists, return false
+    // use EditTag explicitly instead
+    if ( FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // otherwise, copy tag data to temp buffer
+    const std::string newTag = tag + type + value;
+    const size_t newTagDataLength = tagDataLength + newTag.size() + 1; // leave room for null-term
+    RaiiBuffer originalTagData(newTagDataLength);
+    memcpy(originalTagData.Buffer, TagData.c_str(), tagDataLength + 1);    // '+1' for TagData null-term
+
+    // append newTag (removes original null-term, then appends newTag + null-term)
+    strcat(originalTagData.Buffer + tagDataLength, newTag.data());
+
+    // store temp buffer back in TagData
+    const char* newTagData = (const char*)originalTagData.Buffer;
+    TagData.assign(newTagData, newTagDataLength);
+    return true;
+}
+
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::AddTag(const std::string& tag,
+                                 const std::vector<T>& values)
+{
+    // if char data not populated, do that first
+    if ( SupportData.HasCoreOnly )
+        BuildCharData();
+
+    // check for valid tag name length
+    if ( tag.size() != Constants::BAM_TAG_TAGSIZE )
+        return false;
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // if tag already exists, return false
+    // use EditTag explicitly instead
+    if ( FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // build new tag's base information
+    char newTagBase[Constants::BAM_TAG_ARRAYBASE_SIZE];
+    memcpy( newTagBase, tag.c_str(), Constants::BAM_TAG_TAGSIZE );
+    newTagBase[2] = Constants::BAM_TAG_TYPE_ARRAY;
+    newTagBase[3] = TagTypeHelper<T>::TypeCode();
+
+    // add number of array elements to newTagBase
+    const int32_t numElements  = values.size();
+    memcpy(newTagBase + 4, &numElements, sizeof(int32_t));
+
+    // copy current TagData string to temp buffer, leaving room for new tag's contents
+    const size_t newTagDataLength = tagDataLength +
+                                    Constants::BAM_TAG_ARRAYBASE_SIZE +
+                                    numElements*sizeof(T);
+    RaiiBuffer originalTagData(newTagDataLength);
+    memcpy(originalTagData.Buffer, TagData.c_str(), tagDataLength+1); // '+1' for TagData's null-term
+
+    // write newTagBase (removes old null term)
+    strcat(originalTagData.Buffer + tagDataLength, (const char*)newTagBase);
+
+    // add vector elements to tag
+    int elementsBeginOffset = tagDataLength + Constants::BAM_TAG_ARRAYBASE_SIZE;
+    for ( int i = 0 ; i < numElements; ++i ) {
+        const T& value = values.at(i);
+        memcpy(originalTagData.Buffer + elementsBeginOffset + i*sizeof(T), &value, sizeof(T));
+    }
+
+    // store temp buffer back in TagData
+    const char* newTagData = (const char*)originalTagData.Buffer;
+    TagData.assign(newTagData, newTagDataLength);
+    return true;
+}
+
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::EditTag(const std::string& tag,
+                                  const std::string& type,
+                                  const T& value)
+{
+    // if char data not populated, do that first
+    if ( SupportData.HasCoreOnly )
+        BuildCharData();
+
+    // remove existing tag if present, then append tag with new value
+    if ( HasTag(tag) )
+        RemoveTag(tag);
+    return AddTag(tag, type, value);
+}
+
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::EditTag(const std::string& tag,
+                                  const std::vector<T>& values)
+{
+    // if char data not populated, do that first
+    if ( SupportData.HasCoreOnly )
+        BuildCharData();
+
+    // remove existing tag if present, then append tag with new values
+    if ( HasTag(tag) )
+        RemoveTag(tag);
+    return AddTag(tag, values);
+}
+
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::GetTag(const std::string& tag,
+                                 T& destination) const
+{
+    // skip if alignment is core-only
+    if ( SupportData.HasCoreOnly ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // skip if no tags present
+    if ( TagData.empty() ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // return failure if tag not found
+    if ( FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // fetch data type
+    const char type = *(pTagData - 1);
+    if ( !TagTypeHelper<T>::CanConvertFrom(type) ) {
+        // TODO: set error string ?
+        return false;
+    }
+
+    // determine data length
+    int destinationLength = 0;
+    switch ( type ) {
+
+        // 1 byte data
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_ASCII) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT8)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT8) :
+            destinationLength = 1;
+            break;
+
+        // 2 byte data
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT16)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT16) :
+            destinationLength = 2;
+            break;
+
+        // 4 byte data
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT32)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT32) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_FLOAT)  :
+            destinationLength = 4;
+            break;
+
+        // var-length types not supported for numeric destination
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_STRING) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_HEX)    :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_ARRAY)  :
+            SetErrorString("BamAlignment::GetTag",
+                           "cannot store variable length tag data into a numeric destination");
+            return false;
+
+        // unrecognized tag type
+        default:
+            const std::string message = std::string("invalid tag type: ") + type;
+            SetErrorString("BamAlignment::GetTag", message);
+            return false;
+    }
+
+    // store data in destination
+    destination = 0;
+    memcpy(&destination, pTagData, destinationLength);
+
+    // return success
+    return true;
+}
+
+template<>
+inline bool BamAlignment::GetTag<std::string>(const std::string& tag,
+                                              std::string& destination) const
+{
+    // skip if alignment is core-only
+    if ( SupportData.HasCoreOnly ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // skip if no tags present
+    if ( TagData.empty() ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // return failure if tag not found
+    if ( FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // otherwise copy data into destination
+    const unsigned int dataLength = strlen(pTagData);
+    destination.clear();
+    destination.resize(dataLength);
+    memcpy( (char*)destination.data(), pTagData, dataLength );
+
+    // return success
+    return true;
+}
+
+// retrieves "binary-array" tag data
+template<typename T>
+inline bool BamAlignment::GetTag(const std::string& tag,
+                                 std::vector<T>& destination) const
+{
+    // skip if alignment is core-only
+    if ( SupportData.HasCoreOnly ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // skip if no tags present
+    if ( TagData.empty() ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // localize the tag data
+    char* pTagData = (char*)TagData.data();
+    const unsigned int tagDataLength = TagData.size();
+    unsigned int numBytesParsed = 0;
+
+    // return false if tag not found
+    if ( !FindTag(tag, pTagData, tagDataLength, numBytesParsed) ) {
+        // TODO: set error string?
+        return false;
+    }
+
+    // check that tag is array type
+    const char tagType = *(pTagData - 1);
+    if ( tagType != Constants::BAM_TAG_TYPE_ARRAY ) {
+        SetErrorString("BamAlignment::GetTag", "cannot store a non-array tag in array destination");
+        return false;
+    }
+
+    // fetch element type
+    const char elementType = *pTagData;
+    if ( !TagTypeHelper<T>::CanConvertFrom(elementType) ) {
+        // TODO: set error string ?
+        return false;
+    }
+    ++pTagData;
+
+    // calculate length of each element in tag's array
+    int elementLength = 0;
+    switch ( elementType ) {
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_ASCII) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT8)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT8) :
+            elementLength = sizeof(uint8_t);
+            break;
+
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT16)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT16) :
+            elementLength = sizeof(uint16_t);
+            break;
+
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_INT32)  :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_UINT32) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_FLOAT)  :
+            elementLength = sizeof(uint32_t);
+            break;
+
+        // var-length types not supported for numeric destination
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_STRING) :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_HEX)    :
+        case (Constants::BAM_TAG_TYPE_ARRAY)  :
+            SetErrorString("BamAlignment::GetTag",
+                           "invalid array data, variable-length elements are not allowed");
+            return false;
+
+        // unknown tag type
+        default:
+            const std::string message = std::string("invalid array element type: ") + elementType;
+            SetErrorString("BamAlignment::GetTag", message);
+            return false;
+    }
+
+    // get number of elements
+    int32_t numElements;
+    memcpy(&numElements, pTagData, sizeof(int32_t));
+    pTagData += 4;
+    destination.clear();
+    destination.reserve(numElements);
+
+    // read in elements
+    T value;
+    for ( int i = 0 ; i < numElements; ++i ) {
+        memcpy(&value, pTagData, sizeof(T));
+        pTagData += sizeof(T);
+        destination.push_back(value);
+    }
+
+    // return success
+    return true;
+}
+
 typedef std::vector<BamAlignment> BamAlignmentVector;
 
 } // namespace BamTools