]> git.donarmstrong.com Git - bamtools.git/blobdiff - src/api/internal/index/BamStandardIndex_p.cpp
Organized api/internal into subdirs
[bamtools.git] / src / api / internal / index / BamStandardIndex_p.cpp
diff --git a/src/api/internal/index/BamStandardIndex_p.cpp b/src/api/internal/index/BamStandardIndex_p.cpp
new file mode 100644 (file)
index 0000000..706c7c1
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,954 @@
+// ***************************************************************************
+// BamStandardIndex.cpp (c) 2010 Derek Barnett
+// Marth Lab, Department of Biology, Boston College
+// ---------------------------------------------------------------------------
+// Last modified: 25 October 2011 (DB)
+// ---------------------------------------------------------------------------
+// Provides index operations for the standardized BAM index format (".bai")
+// ***************************************************************************
+
+#include "api/BamAlignment.h"
+#include "api/internal/bam/BamReader_p.h"
+#include "api/internal/index/BamStandardIndex_p.h"
+#include "api/internal/utils/BamException_p.h"
+using namespace BamTools;
+using namespace BamTools::Internal;
+
+#include <cstdio>
+#include <cstdlib>
+#include <cstring>
+#include <algorithm>
+#include <sstream>
+using namespace std;
+
+// -----------------------------------
+// static BamStandardIndex constants
+// -----------------------------------
+
+const int BamStandardIndex::MAX_BIN               = 37450;  // =(8^6-1)/7+1
+const int BamStandardIndex::BAM_LIDX_SHIFT        = 14;
+const string BamStandardIndex::BAI_EXTENSION      = ".bai";
+const char* const BamStandardIndex::BAI_MAGIC     = "BAI\1";
+const int BamStandardIndex::SIZEOF_ALIGNMENTCHUNK = sizeof(uint64_t)*2;
+const int BamStandardIndex::SIZEOF_BINCORE        = sizeof(uint32_t) + sizeof(int32_t);
+const int BamStandardIndex::SIZEOF_LINEAROFFSET   = sizeof(uint64_t);
+
+// ----------------------------
+// RaiiWrapper implementation
+// ----------------------------
+
+BamStandardIndex::RaiiWrapper::RaiiWrapper(void)
+    : IndexStream(0)
+    , Buffer(0)
+{ }
+
+BamStandardIndex::RaiiWrapper::~RaiiWrapper(void) {
+
+    if ( IndexStream ) {
+        fclose(IndexStream);
+        IndexStream = 0;
+    }
+
+    if ( Buffer ) {
+        delete[] Buffer;
+        Buffer = 0;
+    }
+}
+
+// ---------------------------------
+// BamStandardIndex implementation
+// ---------------------------------
+
+// ctor
+BamStandardIndex::BamStandardIndex(Internal::BamReaderPrivate* reader)
+    : BamIndex(reader)
+    , m_bufferLength(0)
+{
+     m_isBigEndian = BamTools::SystemIsBigEndian();
+}
+
+// dtor
+BamStandardIndex::~BamStandardIndex(void) {
+    CloseFile();
+}
+
+void BamStandardIndex::AdjustRegion(const BamRegion& region, uint32_t& begin, uint32_t& end) {
+
+    // retrieve references from reader
+    const RefVector& references = m_reader->GetReferenceData();
+
+    // LeftPosition cannot be greater than or equal to reference length
+    if ( region.LeftPosition >= references.at(region.LeftRefID).RefLength )
+        throw BamException("BamStandardIndex::AdjustRegion", "invalid region requested");
+
+    // set region 'begin'
+    begin = (unsigned int)region.LeftPosition;
+
+    // if right bound specified AND left&right bounds are on same reference
+    // OK to use right bound position as region 'end'
+    if ( region.isRightBoundSpecified() && ( region.LeftRefID == region.RightRefID ) )
+        end = (unsigned int)region.RightPosition;
+
+    // otherwise, set region 'end' to last reference base
+    else end = (unsigned int)references.at(region.LeftRefID).RefLength;
+}
+
+// [begin, end)
+void BamStandardIndex::CalculateCandidateBins(const uint32_t& begin,
+                                              const uint32_t& end,
+                                              set<uint16_t>& candidateBins)
+{
+    // initialize list, bin '0' is always a valid bin
+    candidateBins.insert(0);
+
+    // get rest of bins that contain this region
+    unsigned int k;
+    for (k =    1 + (begin>>26); k <=    1 + (end>>26); ++k) { candidateBins.insert(k); }
+    for (k =    9 + (begin>>23); k <=    9 + (end>>23); ++k) { candidateBins.insert(k); }
+    for (k =   73 + (begin>>20); k <=   73 + (end>>20); ++k) { candidateBins.insert(k); }
+    for (k =  585 + (begin>>17); k <=  585 + (end>>17); ++k) { candidateBins.insert(k); }
+    for (k = 4681 + (begin>>14); k <= 4681 + (end>>14); ++k) { candidateBins.insert(k); }
+}
+
+void BamStandardIndex::CalculateCandidateOffsets(const BaiReferenceSummary& refSummary,
+                                                 const uint64_t& minOffset,
+                                                 set<uint16_t>& candidateBins,
+                                                 vector<int64_t>& offsets)
+{
+    // seek to first bin
+    Seek(refSummary.FirstBinFilePosition, SEEK_SET);
+
+    // iterate over reference bins
+    uint32_t binId;
+    int32_t numAlignmentChunks;
+    set<uint16_t>::iterator candidateBinIter;
+    for ( int i = 0; i < refSummary.NumBins; ++i ) {
+
+        // read bin contents (if successful, alignment chunks are now in m_buffer)
+        ReadBinIntoBuffer(binId, numAlignmentChunks);
+
+        // see if bin is a 'candidate bin'
+        candidateBinIter = candidateBins.find(binId);
+
+        // if not, move on to next bin
+        if ( candidateBinIter == candidateBins.end() )
+            continue;
+
+        // otherwise, check bin's contents against for overlap
+        else {
+
+            size_t offset = 0;
+            uint64_t chunkStart;
+            uint64_t chunkStop;
+
+            // iterate over alignment chunks
+            for ( int j = 0; j < numAlignmentChunks; ++j ) {
+
+                // read chunk start & stop from buffer
+                memcpy((char*)&chunkStart, Resources.Buffer+offset, sizeof(uint64_t));
+                offset += sizeof(uint64_t);
+                memcpy((char*)&chunkStop, Resources.Buffer+offset, sizeof(uint64_t));
+                offset += sizeof(uint64_t);
+
+                // swap endian-ness if necessary
+                if ( m_isBigEndian ) {
+                    SwapEndian_64(chunkStart);
+                    SwapEndian_64(chunkStop);
+                }
+
+                // store alignment chunk's start offset
+                // if its stop offset is larger than our 'minOffset'
+                if ( chunkStop >= minOffset )
+                    offsets.push_back(chunkStart);
+            }
+
+            // 'pop' bin ID from candidate bins set
+            candidateBins.erase(candidateBinIter);
+
+            // quit if no more candidates
+            if ( candidateBins.empty() )
+                break;
+        }
+    }
+}
+
+uint64_t BamStandardIndex::CalculateMinOffset(const BaiReferenceSummary& refSummary,
+                                              const uint32_t& begin)
+{
+    // if no linear offsets exist, return 0
+    if ( refSummary.NumLinearOffsets == 0 )
+        return 0;
+
+    // if 'begin' starts beyond last linear offset, use the last linear offset as minimum
+    // else use the offset corresponding to the requested start position
+    const int shiftedBegin = begin>>BamStandardIndex::BAM_LIDX_SHIFT;
+    if ( shiftedBegin >= refSummary.NumLinearOffsets )
+        return LookupLinearOffset( refSummary, refSummary.NumLinearOffsets-1 );
+    else
+        return LookupLinearOffset( refSummary, shiftedBegin );
+}
+
+void BamStandardIndex::CheckBufferSize(char*& buffer,
+                                       unsigned int& bufferLength,
+                                       const unsigned int& requestedBytes)
+{
+    try {
+        if ( requestedBytes > bufferLength ) {
+            bufferLength = requestedBytes + 10;
+            delete[] buffer;
+            buffer = new char[bufferLength];
+        }
+    } catch ( std::bad_alloc&  ) {
+        stringstream s("");
+        s << "out of memory when allocating " << requestedBytes << " bytes";
+        throw BamException("BamStandardIndex::CheckBufferSize", s.str());
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::CheckBufferSize(unsigned char*& buffer,
+                                       unsigned int& bufferLength,
+                                       const unsigned int& requestedBytes)
+{
+    try {
+        if ( requestedBytes > bufferLength ) {
+            bufferLength = requestedBytes + 10;
+            delete[] buffer;
+            buffer = new unsigned char[bufferLength];
+        }
+    } catch ( std::bad_alloc& ) {
+        stringstream s("");
+        s << "out of memory when allocating " << requestedBytes << " bytes";
+        throw BamException("BamStandardIndex::CheckBufferSize", s.str());
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::CheckMagicNumber(void) {
+
+    // check 'magic number' to see if file is BAI index
+    char magic[4];
+    const size_t elementsRead = fread(magic, sizeof(char), 4, Resources.IndexStream);
+    if ( elementsRead != 4 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::CheckMagicNumber", "could not read BAI magic number");
+
+    // compare to expected value
+    if ( strncmp(magic, BamStandardIndex::BAI_MAGIC, 4) != 0 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::CheckMagicNumber", "invalid BAI magic number");
+}
+
+void BamStandardIndex::ClearReferenceEntry(BaiReferenceEntry& refEntry) {
+    refEntry.ID = -1;
+    refEntry.Bins.clear();
+    refEntry.LinearOffsets.clear();
+}
+
+void BamStandardIndex::CloseFile(void) {
+
+    // close file stream
+    if ( IsFileOpen() ) {
+        fclose(Resources.IndexStream);
+        Resources.IndexStream = 0;
+    }
+
+    // clear index file summary data
+    m_indexFileSummary.clear();
+
+    // clean up I/O buffer
+    delete[] Resources.Buffer;
+    Resources.Buffer = 0;
+    m_bufferLength = 0;
+}
+
+// builds index from associated BAM file & writes out to index file
+bool BamStandardIndex::Create(void) {
+
+    // skip if BamReader is invalid or not open
+    if ( m_reader == 0 || !m_reader->IsOpen() ) {
+        SetErrorString("BamStandardIndex::Create", "could not create index: reader is not open");
+        return false;
+    }
+
+    // rewind BamReader
+    if ( !m_reader->Rewind() ) {
+        const string readerError = m_reader->GetErrorString();
+        const string message = "could not create index: \n\t" + readerError;
+        SetErrorString("BamStandardIndex::Create", message);
+        return false;
+    }
+
+    try {
+
+        // open new index file (read & write)
+        string indexFilename = m_reader->Filename() + Extension();
+        OpenFile(indexFilename, "w+b");
+
+        // initialize BaiFileSummary with number of references
+        const int& numReferences = m_reader->GetReferenceCount();
+        ReserveForSummary(numReferences);
+
+        // initialize output file
+        WriteHeader();
+
+        // set up bin, ID, offset, & coordinate markers
+        const uint32_t defaultValue = 0xffffffffu;
+        uint32_t currentBin    = defaultValue;
+        uint32_t lastBin       = defaultValue;
+        int32_t  currentRefID  = defaultValue;
+        int32_t  lastRefID     = defaultValue;
+        uint64_t currentOffset = (uint64_t)m_reader->Tell();
+        uint64_t lastOffset    = currentOffset;
+        int32_t  lastPosition  = defaultValue;
+
+        // iterate through alignments in BAM file
+        BamAlignment al;
+        BaiReferenceEntry refEntry;
+        while ( m_reader->LoadNextAlignment(al) ) {
+
+            // changed to new reference
+            if ( lastRefID != al.RefID ) {
+
+                // if not first reference, save previous reference data
+                if ( lastRefID != (int32_t)defaultValue ) {
+
+                    SaveAlignmentChunkToBin(refEntry.Bins, currentBin, currentOffset, lastOffset);
+                    WriteReferenceEntry(refEntry);
+                    ClearReferenceEntry(refEntry);
+
+                    // write any empty references between (but *NOT* including) lastRefID & al.RefID
+                    for ( int i = lastRefID+1; i < al.RefID; ++i ) {
+                        BaiReferenceEntry emptyEntry(i);
+                        WriteReferenceEntry(emptyEntry);
+                    }
+
+                    // update bin markers
+                    currentOffset = lastOffset;
+                    currentBin    = al.Bin;
+                    lastBin       = al.Bin;
+                    currentRefID  = al.RefID;
+                }
+
+                // otherwise, this is first pass
+                // be sure to write any empty references up to (but *NOT* including) current RefID
+                else {
+                    for ( int i = 0; i < al.RefID; ++i ) {
+                        BaiReferenceEntry emptyEntry(i);
+                        WriteReferenceEntry(emptyEntry);
+                    }
+                }
+
+                // update reference markers
+                refEntry.ID = al.RefID;
+                lastRefID   = al.RefID;
+                lastBin     = defaultValue;
+            }
+
+            // if lastPosition greater than current alignment position - file not sorted properly
+            else if ( lastPosition > al.Position ) {
+                stringstream s("");
+                s << "BAM file is not properly sorted by coordinate" << endl
+                  << "Current alignment position: " << al.Position
+                  << " < previous alignment position: " << lastPosition
+                  << " on reference ID: " << al.RefID << endl;
+                SetErrorString("BamStandardIndex::Create", s.str());
+                return false;
+            }
+
+            // if alignment's ref ID is valid & its bin is not a 'leaf'
+            if ( (al.RefID >= 0) && (al.Bin < 4681) )
+                SaveLinearOffsetEntry(refEntry.LinearOffsets, al.Position, al.GetEndPosition(), lastOffset);
+
+            // changed to new BAI bin
+            if ( al.Bin != lastBin ) {
+
+                // if not first bin on reference, save previous bin data
+                if ( currentBin != defaultValue )
+                    SaveAlignmentChunkToBin(refEntry.Bins, currentBin, currentOffset, lastOffset);
+
+                // update markers
+                currentOffset = lastOffset;
+                currentBin    = al.Bin;
+                lastBin       = al.Bin;
+                currentRefID  = al.RefID;
+
+                // if invalid RefID, break out
+                if ( currentRefID < 0 )
+                    break;
+            }
+
+            // make sure that current file pointer is beyond lastOffset
+            if ( m_reader->Tell() <= (int64_t)lastOffset ) {
+                SetErrorString("BamStandardIndex::Create", "calculating offsets failed");
+                return false;
+            }
+
+            // update lastOffset & lastPosition
+            lastOffset   = m_reader->Tell();
+            lastPosition = al.Position;
+        }
+
+        // after finishing alignments, if any data was read, check:
+        if ( currentRefID >= 0 ) {
+
+            // store last alignment chunk to its bin, then write last reference entry with data
+            SaveAlignmentChunkToBin(refEntry.Bins, currentBin, currentOffset, lastOffset);
+            WriteReferenceEntry(refEntry);
+
+            // then write any empty references remaining at end of file
+            for ( int i = currentRefID+1; i < numReferences; ++i ) {
+                BaiReferenceEntry emptyEntry(i);
+                WriteReferenceEntry(emptyEntry);
+            }
+        }
+
+    } catch ( BamException& e) {
+        m_errorString = e.what();
+        return false;
+    }
+
+    // rewind BamReader
+    if ( !m_reader->Rewind() ) {
+        const string readerError = m_reader->GetErrorString();
+        const string message = "could not create index: \n\t" + readerError;
+        SetErrorString("BamStandardIndex::Create", message);
+        return false;
+    }
+
+    // return success
+    return true;
+}
+
+// returns format's file extension
+const string BamStandardIndex::Extension(void) {
+    return BamStandardIndex::BAI_EXTENSION;
+}
+
+void BamStandardIndex::GetOffset(const BamRegion& region, int64_t& offset, bool* hasAlignmentsInRegion) {
+
+    // cannot calculate offsets if unknown/invalid reference ID requested
+    if ( region.LeftRefID < 0 || region.LeftRefID >= (int)m_indexFileSummary.size() )
+        throw BamException("BamStandardIndex::GetOffset", "invalid reference ID requested");
+
+    // retrieve index summary for left bound reference
+    const BaiReferenceSummary& refSummary = m_indexFileSummary.at(region.LeftRefID);
+
+    // set up region boundaries based on actual BamReader data
+    uint32_t begin;
+    uint32_t end;
+    AdjustRegion(region, begin, end);
+
+    // retrieve all candidate bin IDs for region
+    set<uint16_t> candidateBins;
+    CalculateCandidateBins(begin, end, candidateBins);
+
+    // use reference's linear offsets to calculate the minimum offset
+    // that must be considered to find overlap
+    const uint64_t& minOffset = CalculateMinOffset(refSummary, begin);
+
+    // attempt to use reference summary, minOffset, & candidateBins to calculate offsets
+    // no data should not be error, just bail
+    vector<int64_t> offsets;
+    CalculateCandidateOffsets(refSummary, minOffset, candidateBins, offsets);
+    if ( offsets.empty() )
+        return;
+    
+    // ensure that offsets are sorted before processing
+    sort( offsets.begin(), offsets.end() );
+
+    // binary search for an overlapping block (may not be first one though)
+    BamAlignment al;
+    typedef vector<int64_t>::const_iterator OffsetConstIterator;
+    OffsetConstIterator offsetFirst = offsets.begin();
+    OffsetConstIterator offsetIter  = offsetFirst;
+    OffsetConstIterator offsetLast  = offsets.end();
+    iterator_traits<OffsetConstIterator>::difference_type count = distance(offsetFirst, offsetLast);
+    iterator_traits<OffsetConstIterator>::difference_type step;
+    while ( count > 0 ) {
+        offsetIter = offsetFirst;
+        step = count/2;
+        advance(offsetIter, step);
+
+        // attempt seek to candidate offset
+        const int64_t& candidateOffset = (*offsetIter);
+        if ( !m_reader->Seek(candidateOffset) ) {
+            const string readerError = m_reader->GetErrorString();
+            const string message = "could not seek in BAM file: \n\t" + readerError;
+            throw BamException("BamToolsIndex::GetOffset", message);
+        }
+
+        // load first available alignment, setting flag to true if data exists
+        *hasAlignmentsInRegion = m_reader->LoadNextAlignment(al);
+
+        // check alignment against region
+        if ( al.GetEndPosition() <= region.LeftPosition ) {
+            offsetFirst = ++offsetIter;
+            count -= step+1;
+        } else count = step;
+    }
+
+    // step back to the offset before the 'current offset' (to make sure we cover overlaps)
+    if ( offsetIter != offsets.begin() )
+        --offsetIter;
+    offset = (*offsetIter);
+}
+
+// returns whether reference has alignments or no
+bool BamStandardIndex::HasAlignments(const int& referenceID) const {
+    if ( referenceID < 0 || referenceID >= (int)m_indexFileSummary.size() )
+        return false;
+    const BaiReferenceSummary& refSummary = m_indexFileSummary.at(referenceID);
+    return ( refSummary.NumBins > 0 );
+}
+
+bool BamStandardIndex::IsFileOpen(void) const {
+    return ( Resources.IndexStream != 0 );
+}
+
+// attempts to use index data 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 BamStandardIndex::Jump(const BamRegion& region, bool* hasAlignmentsInRegion) {
+
+    // clear out flag
+    *hasAlignmentsInRegion = false;
+
+    // skip if invalid reader or not open
+    if ( m_reader == 0 || !m_reader->IsOpen() ) {
+        SetErrorString("BamStandardIndex::Jump", "could not jump: reader is not open");
+        return false;
+    }
+
+    // calculate nearest offset to jump to
+    int64_t offset;
+    try {
+        GetOffset(region, offset, hasAlignmentsInRegion);
+    } catch ( BamException& e ) {
+        m_errorString = e.what();
+        return false;
+    }
+
+    // if region has alignments, return success/fail of seeking there
+    if ( *hasAlignmentsInRegion )
+        return m_reader->Seek(offset);
+
+    // otherwise, simply return true (but hasAlignmentsInRegion flag has been set to false)
+    // (this is OK, BamReader will check this flag before trying to load data)
+    return true;
+}
+
+// loads existing data from file into memory
+bool BamStandardIndex::Load(const std::string& filename) {
+
+    try {
+
+        // attempt to open file (read-only)
+        OpenFile(filename, "rb");
+
+        // validate format
+        CheckMagicNumber();
+
+        // load in-memory summary of index data
+        SummarizeIndexFile();
+
+        // return success
+        return true;
+
+    } catch ( BamException& e ) {
+        m_errorString = e.what();
+        return false;
+    }
+}
+
+uint64_t BamStandardIndex::LookupLinearOffset(const BaiReferenceSummary& refSummary, const int& index) {
+
+    // attempt seek to proper index file position
+    const int64_t linearOffsetFilePosition = (int64_t)refSummary.FirstLinearOffsetFilePosition +
+                                             index*BamStandardIndex::SIZEOF_LINEAROFFSET;
+    Seek(linearOffsetFilePosition, SEEK_SET);
+
+    // read linear offset from BAI file
+    uint64_t linearOffset;
+    ReadLinearOffset(linearOffset);
+    return linearOffset;
+}
+
+void BamStandardIndex::MergeAlignmentChunks(BaiAlignmentChunkVector& chunks) {
+
+    // skip if chunks are empty, nothing to merge
+    if ( chunks.empty() )
+        return;
+
+    // set up merged alignment chunk container
+    BaiAlignmentChunkVector mergedChunks;
+    mergedChunks.push_back( chunks[0] );
+
+    // iterate over chunks
+    int i = 0;
+    BaiAlignmentChunkVector::iterator chunkIter = chunks.begin();
+    BaiAlignmentChunkVector::iterator chunkEnd  = chunks.end();
+    for ( ++chunkIter; chunkIter != chunkEnd; ++chunkIter) {
+
+        // get 'currentMergeChunk' based on numeric index
+        BaiAlignmentChunk& currentMergeChunk = mergedChunks[i];
+
+        // get sourceChunk based on source vector iterator
+        BaiAlignmentChunk& sourceChunk = (*chunkIter);
+
+        // if currentMergeChunk ends where sourceChunk starts, then merge the two
+        if ( currentMergeChunk.Stop>>16 == sourceChunk.Start>>16 )
+            currentMergeChunk.Stop = sourceChunk.Stop;
+
+        // otherwise
+        else {
+            // append sourceChunk after currentMergeChunk
+            mergedChunks.push_back(sourceChunk);
+
+            // update i, so the next iteration will consider the
+            // recently-appended sourceChunk as new mergeChunk candidate
+            ++i;
+        }
+    }
+
+    // saved newly-merged chunks into (parameter) chunks
+    chunks = mergedChunks;
+}
+
+void BamStandardIndex::OpenFile(const std::string& filename, const char* mode) {
+
+    // make sure any previous index file is closed
+    CloseFile();
+
+    // attempt to open file
+    Resources.IndexStream = fopen(filename.c_str(), mode);
+    if ( !IsFileOpen() ) {
+        const string message = string("could not open file: ") + filename;
+        throw BamException("BamStandardIndex::OpenFile", message);
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadBinID(uint32_t& binId) {
+    const size_t elementsRead = fread(&binId, sizeof(binId), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(binId);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadBinID", "could not read BAI bin ID");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadBinIntoBuffer(uint32_t& binId, int32_t& numAlignmentChunks) {
+
+    // read bin header
+    ReadBinID(binId);
+    ReadNumAlignmentChunks(numAlignmentChunks);
+
+    // read bin contents
+    const unsigned int bytesRequested = numAlignmentChunks*BamStandardIndex::SIZEOF_ALIGNMENTCHUNK;
+    ReadIntoBuffer(bytesRequested);
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadIntoBuffer(const unsigned int& bytesRequested) {
+
+    // ensure that our buffer is big enough for request
+    BamStandardIndex::CheckBufferSize(Resources.Buffer, m_bufferLength, bytesRequested);
+
+    // read from BAI file stream
+    const size_t bytesRead = fread( Resources.Buffer, sizeof(char), bytesRequested, Resources.IndexStream );
+    if ( bytesRead != (size_t)bytesRequested ) {
+        stringstream s("");
+        s << "expected to read: " << bytesRequested << " bytes, "
+          << "but instead read: " << bytesRead;
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadIntoBuffer", s.str());
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadLinearOffset(uint64_t& linearOffset) {
+    const size_t elementsRead = fread(&linearOffset, sizeof(linearOffset), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_64(linearOffset);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadLinearOffset", "could not read BAI linear offset");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadNumAlignmentChunks(int& numAlignmentChunks) {
+    const size_t elementsRead = fread(&numAlignmentChunks, sizeof(numAlignmentChunks), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(numAlignmentChunks);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadNumAlignmentChunks", "could not read BAI chunk count");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadNumBins(int& numBins) {
+    const size_t elementsRead = fread(&numBins, sizeof(numBins), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(numBins);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadNumBins", "could not read BAI bin count");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadNumLinearOffsets(int& numLinearOffsets) {
+    const size_t elementsRead = fread(&numLinearOffsets, sizeof(numLinearOffsets), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(numLinearOffsets);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadNumAlignmentChunks", "could not read BAI linear offset count");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReadNumReferences(int& numReferences) {
+    const size_t elementsRead = fread(&numReferences, sizeof(numReferences), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(numReferences);
+    if ( elementsRead != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::ReadNumReferences", "could not read reference count");
+}
+
+void BamStandardIndex::ReserveForSummary(const int& numReferences) {
+    m_indexFileSummary.clear();
+    m_indexFileSummary.assign( numReferences, BaiReferenceSummary() );
+}
+
+void BamStandardIndex::SaveAlignmentChunkToBin(BaiBinMap& binMap,
+                                               const uint32_t& currentBin,
+                                               const uint64_t& currentOffset,
+                                               const uint64_t& lastOffset)
+{
+    // create new alignment chunk
+    BaiAlignmentChunk newChunk(currentOffset, lastOffset);
+
+    // if no entry exists yet for this bin, create one and store alignment chunk
+    BaiBinMap::iterator binIter = binMap.find(currentBin);
+    if ( binIter == binMap.end() ) {
+        BaiAlignmentChunkVector newChunks;
+        newChunks.push_back(newChunk);
+        binMap.insert( pair<uint32_t, BaiAlignmentChunkVector>(currentBin, newChunks));
+    }
+
+    // otherwise, just append alignment chunk
+    else {
+        BaiAlignmentChunkVector& binChunks = (*binIter).second;
+        binChunks.push_back( newChunk );
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::SaveBinsSummary(const int& refId, const int& numBins) {
+    BaiReferenceSummary& refSummary = m_indexFileSummary.at(refId);
+    refSummary.NumBins = numBins;
+    refSummary.FirstBinFilePosition = Tell();
+}
+
+void BamStandardIndex::SaveLinearOffsetEntry(BaiLinearOffsetVector& offsets,
+                                             const int& alignmentStartPosition,
+                                             const int& alignmentStopPosition,
+                                             const uint64_t& lastOffset)
+{
+    // get converted offsets
+    const int beginOffset = alignmentStartPosition >> BamStandardIndex::BAM_LIDX_SHIFT;
+    const int endOffset   = (alignmentStopPosition - 1) >> BamStandardIndex::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;
+    }
+}
+
+void BamStandardIndex::SaveLinearOffsetsSummary(const int& refId, const int& numLinearOffsets) {
+    BaiReferenceSummary& refSummary = m_indexFileSummary.at(refId);
+    refSummary.NumLinearOffsets = numLinearOffsets;
+    refSummary.FirstLinearOffsetFilePosition = Tell();
+}
+
+// seek to position in index file stream
+void BamStandardIndex::Seek(const int64_t& position, const int& origin) {
+    if ( fseek64(Resources.IndexStream, position, origin) != 0 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::Seek", "could not seek in BAI file");
+}
+
+void BamStandardIndex::SkipBins(const int& numBins) {
+    uint32_t binId;
+    int32_t numAlignmentChunks;
+    for (int i = 0; i < numBins; ++i)
+        ReadBinIntoBuffer(binId, numAlignmentChunks); // results & buffer ignored
+}
+
+void BamStandardIndex::SkipLinearOffsets(const int& numLinearOffsets) {
+    const unsigned int bytesRequested = numLinearOffsets*BamStandardIndex::SIZEOF_LINEAROFFSET;
+    ReadIntoBuffer(bytesRequested);
+}
+
+void BamStandardIndex::SortLinearOffsets(BaiLinearOffsetVector& linearOffsets) {
+    sort( linearOffsets.begin(), linearOffsets.end() );
+}
+
+void BamStandardIndex::SummarizeBins(BaiReferenceSummary& refSummary) {
+
+    // load number of bins
+    int numBins;
+    ReadNumBins(numBins);
+
+    // store bins summary for this reference
+    refSummary.NumBins = numBins;
+    refSummary.FirstBinFilePosition = Tell();
+
+    // skip this reference's bins
+    SkipBins(numBins);
+}
+
+void BamStandardIndex::SummarizeIndexFile(void) {
+
+    // load number of reference sequences
+    int numReferences;
+    ReadNumReferences(numReferences);
+
+    // initialize file summary data
+    ReserveForSummary(numReferences);
+
+    // iterate over reference entries
+    BaiFileSummary::iterator summaryIter = m_indexFileSummary.begin();
+    BaiFileSummary::iterator summaryEnd  = m_indexFileSummary.end();
+    for ( int i = 0; summaryIter != summaryEnd; ++summaryIter, ++i )
+        SummarizeReference(*summaryIter);
+}
+
+void BamStandardIndex::SummarizeLinearOffsets(BaiReferenceSummary& refSummary) {
+
+    // load number of linear offsets
+    int numLinearOffsets;
+    ReadNumLinearOffsets(numLinearOffsets);
+
+    // store bin summary data for this reference
+    refSummary.NumLinearOffsets = numLinearOffsets;
+    refSummary.FirstLinearOffsetFilePosition = Tell();
+
+    // skip linear offsets in index file
+    SkipLinearOffsets(numLinearOffsets);
+}
+
+void BamStandardIndex::SummarizeReference(BaiReferenceSummary& refSummary) {
+    SummarizeBins(refSummary);
+    SummarizeLinearOffsets(refSummary);
+}
+
+// return position of file pointer in index file stream
+int64_t BamStandardIndex::Tell(void) const {
+    return ftell64(Resources.IndexStream);
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteAlignmentChunk(const BaiAlignmentChunk& chunk) {
+
+    // localize alignment chunk offsets
+    uint64_t start = chunk.Start;
+    uint64_t stop  = chunk.Stop;
+
+    // swap endian-ness if necessary
+    if ( m_isBigEndian ) {
+        SwapEndian_64(start);
+        SwapEndian_64(stop);
+    }
+
+    // write to index file
+    size_t elementsWritten = 0;
+    elementsWritten += fwrite(&start, sizeof(start), 1, Resources.IndexStream);
+    elementsWritten += fwrite(&stop,  sizeof(stop),  1, Resources.IndexStream);
+    if ( elementsWritten != 2 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteAlignmentChunk", "could not write BAI alignment chunk");
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteAlignmentChunks(BaiAlignmentChunkVector& chunks) {
+
+    // make sure chunks are merged (simplified) before writing & saving summary
+    MergeAlignmentChunks(chunks);
+
+    // write chunks
+    int32_t chunkCount = chunks.size();
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(chunkCount);
+    const size_t elementsWritten = fwrite(&chunkCount, sizeof(chunkCount), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( elementsWritten != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteAlignmentChunks", "could not write BAI chunk count");
+
+    // iterate over chunks
+    BaiAlignmentChunkVector::const_iterator chunkIter = chunks.begin();
+    BaiAlignmentChunkVector::const_iterator chunkEnd  = chunks.end();
+    for ( ; chunkIter != chunkEnd; ++chunkIter )
+        WriteAlignmentChunk( (*chunkIter) );
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteBin(const uint32_t& binId, BaiAlignmentChunkVector& chunks) {
+
+    // write BAM bin ID
+    uint32_t binKey = binId;
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(binKey);
+    const size_t elementsWritten = fwrite(&binKey, sizeof(binKey), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( elementsWritten != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteBin", "could not write bin ID");
+
+    // write bin's alignment chunks
+    WriteAlignmentChunks(chunks);
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteBins(const int& refId, BaiBinMap& bins) {
+
+    // write number of bins
+    int32_t binCount = bins.size();
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(binCount);
+    const size_t elementsWritten = fwrite(&binCount, sizeof(binCount), 1, Resources.IndexStream);
+    if ( elementsWritten != 1 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteBins", "could not write bin count");
+
+    // save summary for reference's bins
+    SaveBinsSummary(refId, bins.size());
+
+    // iterate over bins
+    BaiBinMap::iterator binIter = bins.begin();
+    BaiBinMap::iterator binEnd  = bins.end();
+    for ( ; binIter != binEnd; ++binIter )
+        WriteBin( (*binIter).first, (*binIter).second );
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteHeader(void) {
+
+    size_t elementsWritten = 0;
+
+    // write magic number
+    elementsWritten += fwrite(BamStandardIndex::BAI_MAGIC, sizeof(char), 4, Resources.IndexStream);
+
+    // write number of reference sequences
+    int32_t numReferences = m_indexFileSummary.size();
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(numReferences);
+    elementsWritten += fwrite(&numReferences, sizeof(numReferences), 1, Resources.IndexStream);
+
+    if ( elementsWritten != 5 )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteHeader", "could not write BAI header");
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteLinearOffsets(const int& refId, BaiLinearOffsetVector& linearOffsets) {
+
+    // make sure linear offsets are sorted before writing & saving summary
+    SortLinearOffsets(linearOffsets);
+
+    size_t elementsWritten = 0;
+
+    // write number of linear offsets
+    int32_t offsetCount = linearOffsets.size();
+    if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_32(offsetCount);
+    elementsWritten += fwrite(&offsetCount, sizeof(offsetCount), 1, Resources.IndexStream);
+
+    // save summary for reference's linear offsets
+    SaveLinearOffsetsSummary(refId, linearOffsets.size());
+
+    // iterate over linear offsets
+    BaiLinearOffsetVector::const_iterator offsetIter = linearOffsets.begin();
+    BaiLinearOffsetVector::const_iterator offsetEnd  = linearOffsets.end();
+    for ( ; offsetIter != offsetEnd; ++offsetIter ) {
+
+        // write linear offset
+        uint64_t linearOffset = (*offsetIter);
+        if ( m_isBigEndian ) SwapEndian_64(linearOffset);
+        elementsWritten += fwrite(&linearOffset, sizeof(linearOffset), 1, Resources.IndexStream);
+    }
+
+    if ( elementsWritten != (linearOffsets.size() + 1) )
+        throw BamException("BamStandardIndex::WriteLinearOffsets", "could not write BAI linear offsets");
+}
+
+void BamStandardIndex::WriteReferenceEntry(BaiReferenceEntry& refEntry) {
+    WriteBins(refEntry.ID, refEntry.Bins);
+    WriteLinearOffsets(refEntry.ID, refEntry.LinearOffsets);
+}