]> git.donarmstrong.com Git - bamtools.git/blobdiff - src/api/BamIndex.cpp
Reorganized source tree & build system
[bamtools.git] / src / api / BamIndex.cpp
diff --git a/src/api/BamIndex.cpp b/src/api/BamIndex.cpp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..d74e751
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,926 @@
+// ***************************************************************************
+// BamIndex.cpp (c) 2009 Derek Barnett
+// Marth Lab, Department of Biology, Boston College
+// All rights reserved.
+// ---------------------------------------------------------------------------
+// Last modified: 17 August 2010 (DB)
+// ---------------------------------------------------------------------------
+// Provides index functionality - both for the default (standardized) BAM 
+// index format (.bai) as well as a BamTools-specific (nonstandard) index 
+// format (.bti).
+// ***************************************************************************
+
+#include <cstdio>
+#include <cstdlib>
+#include <algorithm>
+// #include <iostream>
+#include <map>
+#include "BamIndex.h"
+#include "BamReader.h"
+#include "BGZF.h"
+using namespace std;
+using namespace BamTools;
+
+// -------------------------------
+// BamIndex implementation
+
+BamIndex::BamIndex(BamTools::BgzfData* bgzf, BamTools::BamReader* reader, bool isBigEndian) 
+    : m_BGZF(bgzf)
+    , m_reader(reader)
+    , m_isBigEndian(isBigEndian)
+{ 
+    if ( m_reader && m_reader->IsOpen() ) 
+        m_references = m_reader->GetReferenceData();
+}
+
+bool BamIndex::HasAlignments(const int& referenceID) {
+    
+    // return false if invalid ID
+    if ( (referenceID < 0) || (referenceID >= (int)m_references.size()) ) 
+        return false;
+    
+    // else return status of reference (has alignments?)
+    else
+        return m_references.at(referenceID).RefHasAlignments;
+}
+
+// #########################################################################################
+// #########################################################################################
+
+// -------------------------------
+// BamDefaultIndex structs & typedefs 
+namespace BamTools { 
+
+// --------------------------------------------------
+// BamDefaultIndex data structures & typedefs
+struct Chunk {
+
+    // data members
+    uint64_t Start;
+    uint64_t Stop;
+
+    // constructor
+    Chunk(const uint64_t& start = 0, 
+          const uint64_t& stop = 0)
+        : Start(start)
+        , Stop(stop)
+    { }
+};
+
+bool ChunkLessThan(const Chunk& lhs, const Chunk& rhs) {
+    return lhs.Start < rhs.Start;
+}
+
+typedef vector<Chunk> ChunkVector;
+typedef map<uint32_t, ChunkVector> BamBinMap;
+typedef vector<uint64_t> LinearOffsetVector;
+
+struct ReferenceIndex {
+    
+    // data members
+    BamBinMap Bins;
+    LinearOffsetVector Offsets;
+    
+    // constructor
+    ReferenceIndex(const BamBinMap& binMap = BamBinMap(),
+                   const LinearOffsetVector& offsets = LinearOffsetVector())
+        : Bins(binMap)
+        , Offsets(offsets)
+    { }
+};
+
+typedef vector<ReferenceIndex> BamDefaultIndexData;
+
+} // namespace BamTools
+// -------------------------------
+// BamDefaultIndex implementation
+  
+struct BamDefaultIndex::BamDefaultIndexPrivate { 
+  
+    // -------------------------
+    // data members
+    
+    BamDefaultIndexData m_indexData;
+    BamDefaultIndex*    m_parent;
+    
+    // -------------------------
+    // ctor & dtor
+    
+    BamDefaultIndexPrivate(BamDefaultIndex* parent) : m_parent(parent) { }
+    ~BamDefaultIndexPrivate(void) { }
+    
+    // -------------------------
+    // internal methods
+    
+    // calculate bins that overlap region
+    int BinsFromRegion(const BamTools::BamRegion& region, const bool isRightBoundSpecified, uint16_t bins[BamTools::MAX_BIN]);
+    // saves BAM bin entry for index
+    void InsertBinEntry(BamBinMap& binMap, const uint32_t& saveBin, const uint64_t& saveOffset, const uint64_t& lastOffset);
+    // saves linear offset entry for index
+    void InsertLinearOffset(LinearOffsetVector& offsets, const BamAlignment& bAlignment, const uint64_t& lastOffset);
+    // simplifies index by merging 'chunks'
+    void MergeChunks(void);
+    
+};
+BamDefaultIndex::BamDefaultIndex(BgzfData* bgzf, BamReader* reader, bool isBigEndian)
+    : BamIndex(bgzf, reader, isBigEndian)
+{
+    d = new BamDefaultIndexPrivate(this);
+}    
+
+BamDefaultIndex::~BamDefaultIndex(void) {
+    d->m_indexData.clear();
+    delete d;
+    d = 0;
+}
+
+// calculate bins that overlap region
+int BamDefaultIndex::BamDefaultIndexPrivate::BinsFromRegion(const BamRegion& region, const bool isRightBoundSpecified, uint16_t bins[MAX_BIN]) {
+  
+    // get region boundaries
+    uint32_t begin = (unsigned int)region.LeftPosition;
+    uint32_t end;
+    
+    // if right bound specified AND left&right bounds are on same reference
+    // OK to use right bound position
+    if ( isRightBoundSpecified && ( region.LeftRefID == region.RightRefID ) )
+        end = (unsigned int)region.RightPosition;
+    
+    // otherwise, use end of left bound reference as cutoff
+    else
+        end = (unsigned int)m_parent->m_references.at(region.LeftRefID).RefLength - 1;
+    
+    // initialize list, bin '0' always a valid bin
+    int i = 0;
+    bins[i++] = 0;
+
+    // get rest of bins that contain this region
+    unsigned int k;
+    for (k =    1 + (begin>>26); k <=    1 + (end>>26); ++k) { bins[i++] = k; }
+    for (k =    9 + (begin>>23); k <=    9 + (end>>23); ++k) { bins[i++] = k; }
+    for (k =   73 + (begin>>20); k <=   73 + (end>>20); ++k) { bins[i++] = k; }
+    for (k =  585 + (begin>>17); k <=  585 + (end>>17); ++k) { bins[i++] = k; }
+    for (k = 4681 + (begin>>14); k <= 4681 + (end>>14); ++k) { bins[i++] = k; }
+
+    // return number of bins stored
+    return i;
+}
+
+bool BamDefaultIndex::Build(void) { 
+  
+    // be sure reader & BGZF file are valid & open for reading
+    if ( m_reader == 0 || m_BGZF == 0 || !m_BGZF->IsOpen ) 
+        return false;
+
+    // move file pointer to beginning of alignments
+    m_reader->Rewind();
+
+    // get reference count, reserve index space
+    int numReferences = (int)m_references.size();
+    for ( int i = 0; i < numReferences; ++i ) {
+        d->m_indexData.push_back(ReferenceIndex());
+    }
+    
+    // sets default constant for bin, ID, offset, coordinate variables
+    const uint32_t defaultValue = 0xffffffffu;
+
+    // bin data
+    uint32_t saveBin(defaultValue);
+    uint32_t lastBin(defaultValue);
+
+    // reference ID data
+    int32_t saveRefID(defaultValue);
+    int32_t lastRefID(defaultValue);
+
+    // offset data
+    uint64_t saveOffset = m_BGZF->Tell();
+    uint64_t lastOffset = saveOffset;
+
+    // coordinate data
+    int32_t lastCoordinate = defaultValue;
+
+    BamAlignment bAlignment;
+    while ( m_reader->GetNextAlignmentCore(bAlignment) ) {
+
+        // change of chromosome, save ID, reset bin
+        if ( lastRefID != bAlignment.RefID ) {
+            lastRefID = bAlignment.RefID;
+            lastBin   = defaultValue;
+        }
+
+        // if lastCoordinate greater than BAM position - file not sorted properly
+        else if ( lastCoordinate > bAlignment.Position ) {
+            printf("BAM file not properly sorted:\n");
+            printf("Alignment %s : %d > %d on reference (id = %d)", bAlignment.Name.c_str(), lastCoordinate, bAlignment.Position, bAlignment.RefID);
+            exit(1);
+        }
+
+        // if valid reference && BAM bin spans some minimum cutoff (smaller bin ids span larger regions)
+        if ( (bAlignment.RefID >= 0) && (bAlignment.Bin < 4681) ) {
+
+            // save linear offset entry (matched to BAM entry refID)
+            ReferenceIndex& refIndex = d->m_indexData.at(bAlignment.RefID);
+            LinearOffsetVector& offsets = refIndex.Offsets;
+            d->InsertLinearOffset(offsets, bAlignment, lastOffset);
+        }
+
+        // if current BamAlignment bin != lastBin, "then possibly write the binning index"
+        if ( bAlignment.Bin != lastBin ) {
+
+            // if not first time through
+            if ( saveBin != defaultValue ) {
+
+                // save Bam bin entry
+                ReferenceIndex& refIndex = d->m_indexData.at(saveRefID);
+                BamBinMap& binMap = refIndex.Bins;
+                d->InsertBinEntry(binMap, saveBin, saveOffset, lastOffset);
+            }
+
+            // update saveOffset
+            saveOffset = lastOffset;
+
+            // update bin values
+            saveBin = bAlignment.Bin;
+            lastBin = bAlignment.Bin;
+
+            // update saveRefID
+            saveRefID = bAlignment.RefID;
+
+            // if invalid RefID, break out (why?)
+            if ( saveRefID < 0 ) { break; }
+        }
+
+        // make sure that current file pointer is beyond lastOffset
+        if ( m_BGZF->Tell() <= (int64_t)lastOffset ) {
+            printf("Error in BGZF offsets.\n");
+            exit(1);
+        }
+
+        // update lastOffset
+        lastOffset = m_BGZF->Tell();
+
+        // update lastCoordinate
+        lastCoordinate = bAlignment.Position;
+    }
+
+    // save any leftover BAM data (as long as refID is valid)
+    if ( saveRefID >= 0 ) {
+        // save Bam bin entry
+        ReferenceIndex& refIndex = d->m_indexData.at(saveRefID);
+        BamBinMap& binMap = refIndex.Bins;
+        d->InsertBinEntry(binMap, saveBin, saveOffset, lastOffset);
+    }
+
+    // simplify index by merging chunks
+    d->MergeChunks();
+    
+    // iterate through references in index
+    // store whether reference has data &
+    // sort offsets in linear offset vector
+    BamDefaultIndexData::iterator indexIter = d->m_indexData.begin();
+    BamDefaultIndexData::iterator indexEnd  = d->m_indexData.end();
+    for ( int i = 0; indexIter != indexEnd; ++indexIter, ++i ) {
+
+        // get reference index data
+        ReferenceIndex& refIndex = (*indexIter);
+        BamBinMap& binMap = refIndex.Bins;
+        LinearOffsetVector& offsets = refIndex.Offsets;
+
+        // store whether reference has alignments or no
+        m_references[i].RefHasAlignments = ( binMap.size() > 0 );
+
+        // sort linear offsets
+        sort(offsets.begin(), offsets.end());
+    }
+
+    // rewind file pointer to beginning of alignments, return success/fail
+    return m_reader->Rewind();
+}
+
+bool BamDefaultIndex::GetOffsets(const BamRegion& region, const bool isRightBoundSpecified, vector<int64_t>& offsets) { 
+  
+    // calculate which bins overlap this region
+    uint16_t* bins = (uint16_t*)calloc(MAX_BIN, 2);
+    int numBins = d->BinsFromRegion(region, isRightBoundSpecified, bins);
+
+    // get bins for this reference
+    const ReferenceIndex& refIndex = d->m_indexData.at(region.LeftRefID);
+    const BamBinMap& binMap        = refIndex.Bins;
+
+    // get minimum offset to consider
+    const LinearOffsetVector& linearOffsets = refIndex.Offsets;
+    uint64_t minOffset = ( (unsigned int)(region.LeftPosition>>BAM_LIDX_SHIFT) >= linearOffsets.size() ) ? 0 : linearOffsets.at(region.LeftPosition>>BAM_LIDX_SHIFT);
+
+    // store all alignment 'chunk' starts (file offsets) for bins in this region
+    for ( int i = 0; i < numBins; ++i ) {
+      
+        const uint16_t binKey = bins[i];
+        map<uint32_t, ChunkVector>::const_iterator binIter = binMap.find(binKey);
+        if ( (binIter != binMap.end()) && ((*binIter).first == binKey) ) {
+
+            const ChunkVector& chunks = (*binIter).second;
+            std::vector<Chunk>::const_iterator chunksIter = chunks.begin();
+            std::vector<Chunk>::const_iterator chunksEnd  = chunks.end();
+            for ( ; chunksIter != chunksEnd; ++chunksIter) {
+              
+                // if valid chunk found, store its file offset
+                const Chunk& chunk = (*chunksIter);
+                if ( chunk.Stop > minOffset )
+                    offsets.push_back( chunk.Start );
+            }
+        }
+    }
+
+    // clean up memory
+    free(bins);
+
+    // sort the offsets before returning
+    sort(offsets.begin(), offsets.end());
+    
+    // return whether any offsets were found
+    return ( offsets.size() != 0 );
+}
+
+// saves BAM bin entry for index
+void BamDefaultIndex::BamDefaultIndexPrivate::InsertBinEntry(BamBinMap&      binMap,
+                                     const uint32_t& saveBin,
+                                     const uint64_t& saveOffset,
+                                     const uint64_t& lastOffset)
+{
+    // look up saveBin
+    BamBinMap::iterator binIter = binMap.find(saveBin);
+
+    // create new chunk
+    Chunk newChunk(saveOffset, lastOffset);
+
+    // if entry doesn't exist
+    if ( binIter == binMap.end() ) {
+        ChunkVector newChunks;
+        newChunks.push_back(newChunk);
+        binMap.insert( pair<uint32_t, ChunkVector>(saveBin, newChunks));
+    }
+
+    // otherwise
+    else {
+        ChunkVector& binChunks = (*binIter).second;
+        binChunks.push_back( newChunk );
+    }
+}
+
+// saves linear offset entry for index
+void BamDefaultIndex::BamDefaultIndexPrivate::InsertLinearOffset(LinearOffsetVector& offsets,
+                                        const BamAlignment& bAlignment,
+                                        const uint64_t&     lastOffset)
+{
+    // get converted offsets
+    int beginOffset = bAlignment.Position >> BAM_LIDX_SHIFT;
+    int endOffset   = (bAlignment.GetEndPosition() - 1) >> BAM_LIDX_SHIFT;
+
+    // resize vector if necessary
+    int oldSize = offsets.size();
+    int newSize = endOffset + 1;
+    if ( oldSize < newSize )
+        offsets.resize(newSize, 0);
+
+    // store offset
+    for( int i = beginOffset + 1; i <= endOffset; ++i ) {
+        if ( offsets[i] == 0 ) 
+            offsets[i] = lastOffset;
+    }
+}      
+
+bool BamDefaultIndex::Load(const string& filename)  { 
+    
+    // open index file, abort on error
+    FILE* indexStream = fopen(filename.c_str(), "rb");
+    if( !indexStream ) {
+        printf("ERROR: Unable to open the BAM index file %s for reading.\n", filename.c_str());
+        return false;
+    }
+
+    // set placeholder to receive input byte count (suppresses compiler warnings)
+    size_t elementsRead = 0;
+        
+    // see if index is valid BAM index
+    char magic[4];
+    elementsRead = fread(magic, 1, 4, indexStream);
+    if ( strncmp(magic, "BAI\1", 4) ) {
+        printf("Problem with index file - invalid format.\n");
+        fclose(indexStream);
+        return false;
+    }
+
+    // get number of reference sequences
+    uint32_t numRefSeqs;
+    elementsRead = fread(&numRefSeqs, 4, 1, indexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numRefSeqs); }
+    
+    // intialize space for BamDefaultIndexData data structure
+    d->m_indexData.reserve(numRefSeqs);
+
+    // iterate over reference sequences
+    for ( unsigned int i = 0; i < numRefSeqs; ++i ) {
+
+        // get number of bins for this reference sequence
+        int32_t numBins;
+        elementsRead = fread(&numBins, 4, 1, indexStream);
+        if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numBins); }
+
+        if ( numBins > 0 ) {
+            RefData& refEntry = m_references[i];
+            refEntry.RefHasAlignments = true;
+        }
+
+        // intialize BinVector
+        BamBinMap binMap;
+
+        // iterate over bins for that reference sequence
+        for ( int j = 0; j < numBins; ++j ) {
+
+            // get binID
+            uint32_t binID;
+            elementsRead = fread(&binID, 4, 1, indexStream);
+
+            // get number of regionChunks in this bin
+            uint32_t numChunks;
+            elementsRead = fread(&numChunks, 4, 1, indexStream);
+
+            if ( m_isBigEndian ) { 
+              SwapEndian_32(binID);
+              SwapEndian_32(numChunks);
+            }
+            
+            // intialize ChunkVector
+            ChunkVector regionChunks;
+            regionChunks.reserve(numChunks);
+
+            // iterate over regionChunks in this bin
+            for ( unsigned int k = 0; k < numChunks; ++k ) {
+
+                // get chunk boundaries (left, right)
+                uint64_t left;
+                uint64_t right;
+                elementsRead = fread(&left, 8, 1, indexStream);
+                elementsRead = fread(&right, 8, 1, indexStream);
+
+                if ( m_isBigEndian ) {
+                    SwapEndian_64(left);
+                    SwapEndian_64(right);
+                }
+                
+                // save ChunkPair
+                regionChunks.push_back( Chunk(left, right) );
+            }
+
+            // sort chunks for this bin
+            sort( regionChunks.begin(), regionChunks.end(), ChunkLessThan );
+
+            // save binID, chunkVector for this bin
+            binMap.insert( pair<uint32_t, ChunkVector>(binID, regionChunks) );
+        }
+
+        // load linear index for this reference sequence
+
+        // get number of linear offsets
+        int32_t numLinearOffsets;
+        elementsRead = fread(&numLinearOffsets, 4, 1, indexStream);
+        if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numLinearOffsets); }
+
+        // intialize LinearOffsetVector
+        LinearOffsetVector offsets;
+        offsets.reserve(numLinearOffsets);
+
+        // iterate over linear offsets for this reference sequeence
+        uint64_t linearOffset;
+        for ( int j = 0; j < numLinearOffsets; ++j ) {
+            // read a linear offset & store
+            elementsRead = fread(&linearOffset, 8, 1, indexStream);
+            if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_64(linearOffset); }
+            offsets.push_back(linearOffset);
+        }
+
+        // sort linear offsets
+        sort( offsets.begin(), offsets.end() );
+
+        // store index data for that reference sequence
+        d->m_indexData.push_back( ReferenceIndex(binMap, offsets) );
+    }
+
+    // close index file (.bai) and return
+    fclose(indexStream);
+    return true;
+}
+
+// merges 'alignment chunks' in BAM bin (used for index building)
+void BamDefaultIndex::BamDefaultIndexPrivate::MergeChunks(void) {
+
+    // iterate over reference enties
+    BamDefaultIndexData::iterator indexIter = m_indexData.begin();
+    BamDefaultIndexData::iterator indexEnd  = m_indexData.end();
+    for ( ; indexIter != indexEnd; ++indexIter ) {
+
+        // get BAM bin map for this reference
+        ReferenceIndex& refIndex = (*indexIter);
+        BamBinMap& bamBinMap = refIndex.Bins;
+
+        // iterate over BAM bins
+        BamBinMap::iterator binIter = bamBinMap.begin();
+        BamBinMap::iterator binEnd  = bamBinMap.end();
+        for ( ; binIter != binEnd; ++binIter ) {
+
+            // get chunk vector for this bin
+            ChunkVector& binChunks = (*binIter).second;
+            if ( binChunks.size() == 0 ) { continue; }
+
+            ChunkVector mergedChunks;
+            mergedChunks.push_back( binChunks[0] );
+
+            // iterate over chunks
+            int i = 0;
+            ChunkVector::iterator chunkIter = binChunks.begin();
+            ChunkVector::iterator chunkEnd  = binChunks.end();
+            for ( ++chunkIter; chunkIter != chunkEnd; ++chunkIter) {
+
+                // get 'currentChunk' based on numeric index
+                Chunk& currentChunk = mergedChunks[i];
+
+                // get iteratorChunk based on vector iterator
+                Chunk& iteratorChunk = (*chunkIter);
+
+                // if currentChunk.Stop(shifted) == iterator Chunk.Start(shifted)
+                if ( currentChunk.Stop>>16 == iteratorChunk.Start>>16 ) {
+
+                    // set currentChunk.Stop to iteratorChunk.Stop
+                    currentChunk.Stop = iteratorChunk.Stop;
+                }
+
+                // otherwise
+                else {
+                    // set currentChunk + 1 to iteratorChunk
+                    mergedChunks.push_back(iteratorChunk);
+                    ++i;
+                }
+            }
+
+            // saved merged chunk vector
+            (*binIter).second = mergedChunks;
+        }
+    }
+}
+
+// writes in-memory index data out to file 
+// N.B. - (this is the original BAM filename, method will modify it to use applicable extension)
+bool BamDefaultIndex::Write(const std::string& bamFilename) { 
+
+    string indexFilename = bamFilename + ".bai";
+    FILE* indexStream = fopen(indexFilename.c_str(), "wb");
+    if ( indexStream == 0 ) {
+        printf("ERROR: Could not open file to save index.\n");
+        return false;
+    }
+
+    // write BAM index header
+    fwrite("BAI\1", 1, 4, indexStream);
+
+    // write number of reference sequences
+    int32_t numReferenceSeqs = d->m_indexData.size();
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numReferenceSeqs); }
+    fwrite(&numReferenceSeqs, 4, 1, indexStream);
+
+    // iterate over reference sequences
+    BamDefaultIndexData::const_iterator indexIter = d->m_indexData.begin();
+    BamDefaultIndexData::const_iterator indexEnd  = d->m_indexData.end();
+    for ( ; indexIter != indexEnd; ++ indexIter ) {
+
+        // get reference index data
+        const ReferenceIndex& refIndex = (*indexIter);
+        const BamBinMap& binMap = refIndex.Bins;
+        const LinearOffsetVector& offsets = refIndex.Offsets;
+
+        // write number of bins
+        int32_t binCount = binMap.size();
+        if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(binCount); }
+        fwrite(&binCount, 4, 1, indexStream);
+
+        // iterate over bins
+        BamBinMap::const_iterator binIter = binMap.begin();
+        BamBinMap::const_iterator binEnd  = binMap.end();
+        for ( ; binIter != binEnd; ++binIter ) {
+
+            // get bin data (key and chunk vector)
+            uint32_t binKey = (*binIter).first;
+            const ChunkVector& binChunks = (*binIter).second;
+
+            // save BAM bin key
+            if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(binKey); }
+            fwrite(&binKey, 4, 1, indexStream);
+
+            // save chunk count
+            int32_t chunkCount = binChunks.size();
+            if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(chunkCount); }
+            fwrite(&chunkCount, 4, 1, indexStream);
+
+            // iterate over chunks
+            ChunkVector::const_iterator chunkIter = binChunks.begin();
+            ChunkVector::const_iterator chunkEnd  = binChunks.end();
+            for ( ; chunkIter != chunkEnd; ++chunkIter ) {
+
+                // get current chunk data
+                const Chunk& chunk    = (*chunkIter);
+                uint64_t start = chunk.Start;
+                uint64_t stop  = chunk.Stop;
+
+                if ( m_isBigEndian ) {
+                    SwapEndian_64(start);
+                    SwapEndian_64(stop);
+                }
+                
+                // save chunk offsets
+                fwrite(&start, 8, 1, indexStream);
+                fwrite(&stop,  8, 1, indexStream);
+            }
+        }
+
+        // write linear offsets size
+        int32_t offsetSize = offsets.size();
+        if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(offsetSize); }
+        fwrite(&offsetSize, 4, 1, indexStream);
+
+        // iterate over linear offsets
+        LinearOffsetVector::const_iterator offsetIter = offsets.begin();
+        LinearOffsetVector::const_iterator offsetEnd  = offsets.end();
+        for ( ; offsetIter != offsetEnd; ++offsetIter ) {
+
+            // write linear offset value
+            uint64_t linearOffset = (*offsetIter);
+            if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_64(linearOffset); }
+            fwrite(&linearOffset, 8, 1, indexStream);
+        }
+    }
+
+    // flush buffer, close file, and return success
+    fflush(indexStream);
+    fclose(indexStream);
+    return true;
+}
+
+// #########################################################################################
+// #########################################################################################
+
+// -------------------------------------
+// BamToolsIndex implementation
+
+namespace BamTools {
+  
+struct BamToolsIndexEntry {
+    
+    // data members
+    int64_t Offset;
+    int RefID;
+    int Position;
+    
+    // ctor
+    BamToolsIndexEntry(const uint64_t& offset = 0,
+                       const int& id = -1,
+                       const int& position = -1)
+        : Offset(offset)
+        , RefID(id)
+        , Position(position)
+    { }
+};
+
+typedef vector<BamToolsIndexEntry> BamToolsIndexData;
+  
+} // namespace BamTools
+
+struct BamToolsIndex::BamToolsIndexPrivate {
+  
+    // -------------------------
+    // data members
+    BamToolsIndexData m_indexData;
+    BamToolsIndex*    m_parent;
+    int32_t           m_blockSize;
+    
+    // -------------------------
+    // ctor & dtor
+    
+    BamToolsIndexPrivate(BamToolsIndex* parent) 
+        : m_parent(parent)
+        , m_blockSize(1000)
+    { }
+    
+    ~BamToolsIndexPrivate(void) { }
+    
+    // -------------------------
+    // internal methods
+};
+
+BamToolsIndex::BamToolsIndex(BgzfData* bgzf, BamReader* reader, bool isBigEndian)
+    : BamIndex(bgzf, reader, isBigEndian)
+{ 
+    d = new BamToolsIndexPrivate(this);
+}    
+
+BamToolsIndex::~BamToolsIndex(void) { 
+    delete d;
+    d = 0;
+}
+
+bool BamToolsIndex::Build(void) { 
+  
+    // be sure reader & BGZF file are valid & open for reading
+    if ( m_reader == 0 || m_BGZF == 0 || !m_BGZF->IsOpen ) 
+        return false;
+
+    // move file pointer to beginning of alignments
+    m_reader->Rewind();
+    
+    // plow through alignments, store block offsets
+    int32_t currentBlockCount  = 0;
+    int64_t blockStartOffset   = m_BGZF->Tell();
+    int     blockStartId       = -1;
+    int     blockStartPosition = -1;
+    BamAlignment al;
+    while ( m_reader->GetNextAlignmentCore(al) ) {
+        
+        // set reference flag
+        m_references[al.RefID].RefHasAlignments = true;
+      
+        // if beginning of block, save first alignment's refID & position
+        if ( currentBlockCount == 0 ) {
+            blockStartId = al.RefID;
+            blockStartPosition = al.Position;
+        }
+      
+        // increment block counter
+        ++currentBlockCount;
+        
+        // if block is full, get offset for next block, reset currentBlockCount
+        if ( currentBlockCount == d->m_blockSize ) {
+          
+            d->m_indexData.push_back( BamToolsIndexEntry(blockStartOffset, blockStartId, blockStartPosition) );
+            blockStartOffset = m_BGZF->Tell();
+            currentBlockCount = 0;
+        }
+    }
+    
+    return m_reader->Rewind();
+}
+
+// N.B. - ignores isRightBoundSpecified
+bool BamToolsIndex::GetOffsets(const BamRegion& region, const bool isRightBoundSpecified, vector<int64_t>& offsets) { 
+  
+    // return false if no index data present 
+    if ( d->m_indexData.empty() ) return false;
+  
+    // clear any prior data
+    offsets.clear();
+  
+    // calculate nearest index to jump to
+    int64_t previousOffset = -1;
+    BamToolsIndexData::const_iterator indexIter = d->m_indexData.begin();
+    BamToolsIndexData::const_iterator indexEnd  = d->m_indexData.end();
+    for ( ; indexIter != indexEnd; ++indexIter ) {
+     
+        const BamToolsIndexEntry& entry = (*indexIter);
+        
+        // check if we are 'past' beginning of desired region
+        // if so, we will break out & use previously stored offset
+        if ( entry.RefID > region.LeftRefID ) break;
+        if ( (entry.RefID == region.LeftRefID) && (entry.Position > region.LeftPosition) ) break;
+        
+        // not past desired region, so store current entry offset in previousOffset
+        previousOffset = entry.Offset;
+    }
+  
+    // no index was found
+    if ( previousOffset == -1 ) 
+        return false;
+    
+    // store offset & return success
+    offsets.push_back(previousOffset);
+    return true; 
+}
+
+bool BamToolsIndex::Load(const string& filename) { 
+  
+    // open index file, abort on error
+    FILE* indexStream = fopen(filename.c_str(), "rb");
+    if( !indexStream ) {
+        printf("ERROR: Unable to open the BAM index file %s for reading.\n", filename.c_str());
+        return false;
+    }
+
+    // set placeholder to receive input byte count (suppresses compiler warnings)
+    size_t elementsRead = 0;
+        
+    // see if index is valid BAM index
+    char magic[4];
+    elementsRead = fread(magic, 1, 4, indexStream);
+    if ( strncmp(magic, "BTI\1", 4) ) {
+        printf("Problem with index file - invalid format.\n");
+        fclose(indexStream);
+        return false;
+    }
+
+    // read in block size
+    elementsRead = fread(&d->m_blockSize, sizeof(d->m_blockSize), 1, indexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(d->m_blockSize); }
+    
+    // read in number of offsets
+    uint32_t numOffsets;
+    elementsRead = fread(&numOffsets, sizeof(numOffsets), 1, indexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numOffsets); }
+    
+    // reserve space for index data
+    d->m_indexData.reserve(numOffsets);
+
+    // iterate over index entries
+    for ( unsigned int i = 0; i < numOffsets; ++i ) {
+      
+        uint64_t offset;
+        int id;
+        int position;
+        
+        // read in data
+        elementsRead = fread(&offset, sizeof(offset), 1, indexStream);
+        elementsRead = fread(&id, sizeof(id), 1, indexStream);
+        elementsRead = fread(&position, sizeof(position), 1, indexStream);
+        
+        // swap endian-ness if necessary
+        if ( m_isBigEndian ) {
+            SwapEndian_64(offset);
+            SwapEndian_32(id);
+            SwapEndian_32(position);
+        }
+        
+        // save reference index entry
+        d->m_indexData.push_back( BamToolsIndexEntry(offset, id, position) );
+        
+        // set reference flag
+        m_references[id].RefHasAlignments = true;       // what about sparse references? wont be able to set flag?
+    }
+
+    // close index file and return
+    fclose(indexStream);
+    return true;
+}
+
+// writes in-memory index data out to file 
+// N.B. - (this is the original BAM filename, method will modify it to use applicable extension)
+bool BamToolsIndex::Write(const std::string& bamFilename) { 
+    
+    string indexFilename = bamFilename + ".bti";
+    FILE* indexStream = fopen(indexFilename.c_str(), "wb");
+    if ( indexStream == 0 ) {
+        printf("ERROR: Could not open file to save index.\n");
+        return false;
+    }
+
+    // write BAM index header
+    fwrite("BTI\1", 1, 4, indexStream);
+
+    // write block size
+    int32_t blockSize = d->m_blockSize;
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(blockSize); }
+    fwrite(&blockSize, sizeof(blockSize), 1, indexStream);
+    
+    // write number of offset entries
+    uint32_t numOffsets = d->m_indexData.size();
+    if ( m_isBigEndian ) { SwapEndian_32(numOffsets); }
+    fwrite(&numOffsets, sizeof(numOffsets), 1, indexStream);
+    
+    // iterate over offset entries
+    BamToolsIndexData::const_iterator indexIter = d->m_indexData.begin();
+    BamToolsIndexData::const_iterator indexEnd  = d->m_indexData.end();
+    for ( ; indexIter != indexEnd; ++ indexIter ) {
+
+        // get reference index data
+        const BamToolsIndexEntry& entry = (*indexIter);
+        
+        // copy entry data
+        uint64_t offset = entry.Offset;
+        int id = entry.RefID;
+        int position = entry.Position;
+        
+        // swap endian-ness if necessary
+        if ( m_isBigEndian ) {
+            SwapEndian_64(offset);
+            SwapEndian_32(id);
+            SwapEndian_32(position);
+        }
+        
+        // write the reference index entry
+        fwrite(&offset,   sizeof(offset), 1, indexStream);
+        fwrite(&id,       sizeof(id), 1, indexStream);
+        fwrite(&position, sizeof(position), 1, indexStream);
+    }
+
+    // flush file buffer, close file, and return success
+    fflush(indexStream);
+    fclose(indexStream);
+    return true;
+}