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Major update to BamTools version 1.0
[bamtools.git] / src / api / BamIndex.h
index 9da858fe025f5922468111e8a5afa3729e64d84a..5ba1469382d70b8f4a050082737f977e929ffec7 100644 (file)
 // Marth Lab, Department of Biology, Boston College
 // All rights reserved.
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Last modified: 8 October 2010 (DB)
+// Last modified: 24 February 2011 (DB)
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Provides index functionality - both for the standardized BAM index format
-// (".bai") as well as a BamTools-specific (nonstandard) index format (".bti").
+// Provides basic BAM index interface
 // ***************************************************************************
 
 #ifndef BAM_INDEX_H
 #define BAM_INDEX_H
 
+#include <api/api_global.h>
+#include <api/BamAux.h>
 #include <iostream>
 #include <string>
 #include <vector>
-#include "BamAlignment.h"
 
 namespace BamTools {
 
 class BamReader;
-class BgzfData;
-  
+
+namespace Internal {
+    class BamReaderPrivate;
+} // namespace Internal
+
 // --------------------------------------------------  
 // BamIndex base class
-class BamIndex {
+class API_EXPORT BamIndex {
 
+    // enums
+    public:
+        // specify index-caching behavior
+        enum IndexCacheMode { FullIndexCaching = 0 // store entire index file contents in memory
+                            , LimitedIndexCaching  // store only index data for current reference
+                            , NoIndexCaching       // do not store any index data between jumps
+                            };
+
+        // list of supported BamIndex types
+        enum IndexType { BAMTOOLS = 0
+                       , STANDARD
+                       };
+  
     // ctor & dtor
     public:
-        BamIndex(BamTools::BgzfData* bgzf, BamTools::BamReader* reader, bool isBigEndian);
-        virtual ~BamIndex(void) { }
+        BamIndex(void);
+        virtual ~BamIndex(void);
         
     // index interface
     public:
-        // creates index data (in-memory) from current reader data
-        virtual bool Build(void) =0;
+        // creates index data (in-memory) from @reader data
+        virtual bool Build(Internal::BamReaderPrivate* reader) =0;
         // returns supported file extension
-        virtual const std::string Extension(void) const =0;
-        // attempts to use index to jump to region; returns success/fail
-        // a "successful" jump indicates no error, but not whether this region has data
-        //   * thus, the method sets a flag to indicate whether there are alignments 
-        //     available after the jump position
-        virtual bool Jump(const BamTools::BamRegion& region, bool* hasAlignmentsInRegion) =0;
+        virtual const std::string Extension(void) =0;
         // returns whether reference has alignments or no
         virtual bool HasAlignments(const int& referenceID) const =0;
+        // attempts to use index data to jump to @region in @reader; returns success/fail
+        // a "successful" jump indicates no error, but not whether this region has data
+        //   * thus, the method sets a flag to indicate whether there are alignments
+        //     available after the jump position
+        virtual bool Jump(Internal::BamReaderPrivate* reader,
+                          const BamTools::BamRegion& region,
+                          bool* hasAlignmentsInRegion) =0;
         // loads existing data from file into memory
-        virtual bool Load(const std::string& filename)  =0;
+        virtual bool Load(const std::string& filename);
+        // change the index caching behavior
+        virtual void SetCacheMode(const BamIndex::IndexCacheMode& mode);
         // writes in-memory index data out to file 
         // N.B. - (this is the original BAM filename, method will modify it to use applicable extension)
-        virtual bool Write(const std::string& bamFilename) =0;
-        
-    // factory methods for returning proper BamIndex-derived type based on available index files
-    public:
-      
-        // returns index based on BAM filename 'stub'
-        // checks first for preferred type, returns that type if found
-        // (if not found, attmempts to load other type(s), returns 0 if NONE found)
-        //
-        // ** default preferred type is BamToolsIndex ** use this anytime it exists
-        enum PreferredIndexType { BAMTOOLS = 0, STANDARD };
-        static BamIndex* FromBamFilename(const std::string& bamFilename, 
-                                         BamTools::BgzfData* bgzf, 
-                                         BamTools::BamReader* reader, 
-                                         bool isBigEndian, 
-                                         const BamIndex::PreferredIndexType& type = BamIndex::BAMTOOLS);
-        
-        // returns index based on explicitly named index file (or 0 if not found)
-        static BamIndex* FromIndexFilename(const std::string& indexFilename, 
-                                           BamTools::BgzfData* bgzf, 
-                                           BamTools::BamReader* reader, 
-                                           bool isBigEndian);
+        virtual bool Write(const std::string& bamFilename);
 
-    // data members
+    // derived-classes MUST provide implementation
     protected:
-        BamTools::BgzfData*  m_BGZF;
-        BamTools::BamReader* m_reader;
-        BamTools::RefVector  m_references;
-        bool m_isBigEndian;
-};
-
-// --------------------------------------------------
-// BamStandardIndex class
-// 
-// implements standardized (per SAM/BAM spec) index file ops
-class BamStandardIndex : public BamIndex {
+        // clear all current index offset data in memory
+        virtual void ClearAllData(void) =0;
+        // return file position after header metadata
+        virtual off_t DataBeginOffset(void) const =0;
+        // return true if all index data is cached
+        virtual bool HasFullDataCache(void) const =0;
+        // clears index data from all references except the first
+        virtual void KeepOnlyFirstReferenceOffsets(void) =0;
+        // load index data for all references, return true if loaded OK
+        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
+        virtual bool LoadAllReferences(bool saveData = true) =0;
+        // load first reference from file, return true if loaded OK
+        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
+        virtual bool LoadFirstReference(bool saveData = true) =0;
+        // load header data from index file, return true if loaded OK
+        virtual bool LoadHeader(void) =0;
+        // position file pointer to first reference begin, return true if skipped OK
+        virtual bool SkipToFirstReference(void) =0;
+        // write index reference data
+        virtual bool WriteAllReferences(void) =0;
+        // write index header data
+        virtual bool WriteHeader(void) =0;
+
+    // internal methods (but available to derived classes)
+    protected:
+        // rewind index file to beginning of index data, return true if rewound OK
+        bool Rewind(void);
 
-  
-    // ctor & dtor
-    public:
-        BamStandardIndex(BamTools::BgzfData*  bgzf, 
-                        BamTools::BamReader* reader,
-                        bool isBigEndian);
-        ~BamStandardIndex(void);
-        
-    // interface (implements BamIndex virtual methods)
-    public:
-        // creates index data (in-memory) from current reader data
-        bool Build(void);
-        // returns supported file extension
-        const std::string Extension(void) const { return std::string(".bai"); }
-        // returns whether reference has alignments or no
-        bool HasAlignments(const int& referenceID) const;
-        // attempts to use index to jump to region; returns success/fail
-        // a "successful" jump indicates no error, but not whether this region has data
-        //   * thus, the method sets a flag to indicate whether there are alignments 
-        //     available after the jump position
-        bool Jump(const BamTools::BamRegion& region, bool* hasAlignmentsInRegion);
-         // loads existing data from file into memory
-        bool Load(const std::string& filename);
-        // 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 Write(const std::string& bamFilename);
-      
-    // internal implementation
     private:
-        struct BamStandardIndexPrivate;
-        BamStandardIndexPrivate* d;
-};
+        // return true if FILE* is open
+        bool IsOpen(void) const;
+        // opens index file according to requested mode, return true if opened OK
+        bool OpenIndexFile(const std::string& filename, const std::string& mode);
+        // updates in-memory cache of index data, depending on current cache mode
+        void UpdateCache(void);
 
-// --------------------------------------------------
-// BamToolsIndex class
-//
-// implements BamTools-specific index file ops
-class BamToolsIndex : public BamIndex {
-
-    // ctor & dtor
-    public:
-        BamToolsIndex(BamTools::BgzfData*  bgzf, 
-                      BamTools::BamReader* reader,
-                      bool isBigEndian);
-        ~BamToolsIndex(void);
-        
-    // interface (implements BamIndex virtual methods)
-    public:
-        // creates index data (in-memory) from current reader data
-        bool Build(void);
-        // returns supported file extension
-        const std::string Extension(void) const { return std::string(".bti"); }
-        // returns whether reference has alignments or no
-        bool HasAlignments(const int& referenceID) const;
-        // attempts to use index to jump to region; returns success/fail
-        // a "successful" jump indicates no error, but not whether this region has data
-        //   * thus, the method sets a flag to indicate whether there are alignments 
-        //     available after the jump position
-        bool Jump(const BamTools::BamRegion& region, bool* hasAlignmentsInRegion);
-         // loads existing data from file into memory
-        bool Load(const std::string& filename);
-        // 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 Write(const std::string& bamFilename);
-    
-    // internal implementation
-    private:
-        struct BamToolsIndexPrivate;
-        BamToolsIndexPrivate* d;
+    // data members
+    protected:
+        FILE* m_indexStream;
+        std::string m_indexFilename;
+        BamIndex::IndexCacheMode  m_cacheMode;
 };
 
-// --------------------------------------------------
-// BamIndex factory methods
-//
-// return proper BamIndex-derived type based on available index files
-
-inline
-BamIndex* BamIndex::FromBamFilename(const std::string& bamFilename, 
-                                    BamTools::BgzfData* bgzf, 
-                                    BamTools::BamReader* reader, 
-                                    bool isBigEndian, 
-                                    const BamIndex::PreferredIndexType& type)
-{
-    // ---------------------------------------------------
-    // attempt to load preferred type first
-    
-    const std::string bamtoolsIndexFilename = bamFilename + ".bti";
-    const bool bamtoolsIndexExists = BamTools::FileExists(bamtoolsIndexFilename);
-    if ( (type == BamIndex::BAMTOOLS) && bamtoolsIndexExists )
-        return new BamToolsIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-
-    const std::string standardIndexFilename = bamFilename + ".bai";
-    const bool standardIndexExists = BamTools::FileExists(standardIndexFilename);
-    if ( (type == BamIndex::STANDARD) && standardIndexExists ) 
-        return new BamStandardIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-    
-    // ----------------------------------------------------
-    // preferred type could not be found, try other (non-preferred) types
-    // if none found, return 0
-    
-    if ( bamtoolsIndexExists ) return new BamToolsIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-    if ( standardIndexExists ) return new BamStandardIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-    return 0;
-}
-
-inline
-BamIndex* BamIndex::FromIndexFilename(const std::string& indexFilename,
-                                      BamTools::BgzfData* bgzf, 
-                                      BamTools::BamReader* reader, 
-                                      bool isBigEndian) 
-{
-    // see if specified file exists
-    const bool indexExists = BamTools::FileExists(indexFilename);
-    if ( !indexExists ) return 0;
-  
-    const std::string bamtoolsIndexExtension(".bti");
-    const std::string standardIndexExtension(".bai");
-  
-    // if has bamtoolsIndexExtension
-    if ( indexFilename.find(bamtoolsIndexExtension) == (indexFilename.length() - bamtoolsIndexExtension.length()) )
-        return new BamToolsIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-    
-     // if has standardIndexExtension
-    if ( indexFilename.find(standardIndexExtension) == (indexFilename.length() - standardIndexExtension.length()) )
-        return new BamStandardIndex(bgzf, reader, isBigEndian);
-
-    // otherwise, unsupported file type
-    return 0;
-}
-
 } // namespace BamTools
 
 #endif // BAM_INDEX_H