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[bamtools.git] / src / api / BamIndex.h
index 89e9d2b06cd8361e8f7bac4d7c09e783a36909e7..067244ec2d2fd845458d7868dbee553771388be7 100644 (file)
 // ***************************************************************************
 // BamIndex.h (c) 2009 Derek Barnett
 // Marth Lab, Department of Biology, Boston College
-// All rights reserved.
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Last modified: 20 October 2010 (DB)
+// Last modified: 6 October 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 <iostream>
+#include <api/api_global.h>
+#include <api/BamAux.h>
 #include <string>
-#include <vector>
-#include "BamAux.h"
 
 namespace BamTools {
 
-class BamReader;
-class BgzfData;
-  
-// --------------------------------------------------  
-// BamIndex base class
-class BamIndex {
+namespace Internal {
+    class BamReaderPrivate;
+} // namespace Internal
 
-    // specify index-caching behavior
-    //
-    // @FullIndexCaching - store entire index file contents in memory
-    // @LimitedIndexCaching - store only index data for current reference
-    //   being processed
-    // @NoIndexCaching - do not store any index data.  Load as needed to 
-    //   calculate jump offset
-    public: enum BamIndexCacheMode { FullIndexCaching = 0
-                                   , LimitedIndexCaching
-                                   , NoIndexCaching
-                                   };
-  
-    // ctor & dtor
-    public:
-        BamIndex(BamTools::BgzfData* bgzf, BamTools::BamReader* reader);
-        virtual ~BamIndex(void);
-        
-    // index interface
-    public:
-        // creates index data (in-memory) from current reader data
-        virtual bool Build(void) =0;
-        // returns supported file extension
-        virtual const std::string Extension(void) const =0;
-        // returns whether reference has alignments or no
-        virtual bool HasAlignments(const int& referenceID) 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;
-        // loads existing data from file into memory
-        virtual bool Load(const std::string& filename);
-       // change the index caching behavior
-        virtual void SetCacheMode(const BamIndexCacheMode 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);
-        
-    // derived-classes MUST provide implementation
-    protected:
-        // clear all current index offset data in memory
-        virtual void ClearAllData(void) =0;
-        // return file position after header metadata
-        virtual const 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
-    protected:
-        // rewind index file to beginning of index data, return true if rewound OK
-        bool Rewind(void);
+/*! \class BamTools::BamIndex
+    \brief Provides methods for generating & loading BAM index files.
 
-    private:
-        // 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);
+    This class straddles the line between public API and internal
+    implementation detail. Most client code should never have to use this
+    class directly.
 
-    // 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, 
-                                         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);
+    It is exposed to the public API to allow advanced users to implement
+    their own custom indexing schemes.
 
-    // data members
-    protected:
-        BamTools::BgzfData*  m_BGZF;
-        BamTools::BamReader* m_reader;
-        BamTools::RefVector  m_references;
-        BamIndex::BamIndexCacheMode m_cacheMode;
-        FILE* m_indexStream;
-};
+    More documentation on methods & enums coming soon.
+*/
 
-// --------------------------------------------------
-// BamStandardIndex class
-// 
-// implements standardized (per SAM/BAM spec) index file ops
-class BamStandardIndex : public 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:
-        BamStandardIndex(BamTools::BgzfData*  bgzf, 
-                         BamTools::BamReader* reader);
-        ~BamStandardIndex(void);
+        BamIndex(Internal::BamReaderPrivate* reader) : m_reader(reader) { }
+        virtual ~BamIndex(void) { }
         
-    // interface (implements BamIndex virtual methods)
+    // index interface
     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);
-    protected:
-        // clear all current index offset data in memory
-        void ClearAllData(void);
-        // return file position after header metadata
-        const off_t DataBeginOffset(void) const;
-        // return true if all index data is cached
-        bool HasFullDataCache(void) const;
-        // clears index data from all references except the first
-        void KeepOnlyFirstReferenceOffsets(void);
-        // load index data for all references, return true if loaded OK
-        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
-        bool LoadAllReferences(bool saveData = true);
-        // load first reference from file, return true if loaded OK
-        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
-        bool LoadFirstReference(bool saveData = true);
-        // load header data from index file, return true if loaded OK
-        bool LoadHeader(void);
-        // position file pointer to first reference begin, return true if skipped OK
-        bool SkipToFirstReference(void);
-        // write index reference data
-        bool WriteAllReferences(void);
-        // write index header data
-        bool WriteHeader(void);
+        // builds index from associated BAM file & writes out to index file
+        virtual bool Create(void) =0;
 
-    // internal implementation
-    private:
-        struct BamStandardIndexPrivate;
-        BamStandardIndexPrivate* d;
-};
-
-// --------------------------------------------------
-// BamToolsIndex class
-//
-// implements BamTools-specific index file ops
-class BamToolsIndex : public BamIndex {
+        // returns a human-readable description of the last error encountered
+        std::string GetErrorString(void) { return m_errorString; }
 
-    // ctor & dtor
-    public:
-        BamToolsIndex(BamTools::BgzfData*  bgzf, 
-                      BamTools::BamReader* reader);
-        ~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
+        virtual bool HasAlignments(const int& referenceID) const =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 
+        //   * 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);
-    protected:
-        // clear all current index offset data in memory
-        void ClearAllData(void);
-        // return file position after header metadata
-        const off_t DataBeginOffset(void) const;
-        // return true if all index data is cached
-        bool HasFullDataCache(void) const;
-        // clears index data from all references except the first
-        void KeepOnlyFirstReferenceOffsets(void);
-        // load index data for all references, return true if loaded OK
-        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
-        bool LoadAllReferences(bool saveData = true);
-        // load first reference from file, return true if loaded OK
-        // @saveData - save data in memory if true, just read & discard if false
-        bool LoadFirstReference(bool saveData = true);
-        // load header data from index file, return true if loaded OK
-        bool LoadHeader(void);
-        // position file pointer to first reference begin, return true if skipped OK
-        bool SkipToFirstReference(void);
-        // write index reference data
-        bool WriteAllReferences(void);
-        // write index header data
-        bool WriteHeader(void);
-
-    // internal implementation
-    private:
-        struct BamToolsIndexPrivate;
-        BamToolsIndexPrivate* d;
-};
-
-// --------------------------------------------------
-// BamIndex factory methods
+        virtual bool Jump(const BamTools::BamRegion& region, bool* hasAlignmentsInRegion) =0;
 
-// 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
-inline
-BamIndex* BamIndex::FromBamFilename(const std::string& bamFilename, 
-                                    BamTools::BgzfData* bgzf, 
-                                    BamTools::BamReader* reader, 
-                                    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);
+        // loads existing data from file into memory
+        virtual bool Load(const std::string& filename) =0;
 
-    const std::string standardIndexFilename = bamFilename + ".bai";
-    const bool standardIndexExists = BamTools::FileExists(standardIndexFilename);
-    if ( (type == BamIndex::STANDARD) && standardIndexExists ) 
-        return new BamStandardIndex(bgzf, reader);
-    
-    // ----------------------------------------------------
-    // preferred type could not be found, try other (non-preferred) types
-    // if none found, return 0
-    
-    if ( bamtoolsIndexExists ) return new BamToolsIndex(bgzf, reader);
-    if ( standardIndexExists ) return new BamStandardIndex(bgzf, reader);
-    return 0;
-}
+        // change the index caching behavior
+        virtual void SetCacheMode(const BamIndex::IndexCacheMode& mode) =0;
 
-// returns index based on explicitly named index file (or 0 if not found)
-inline
-BamIndex* BamIndex::FromIndexFilename(const std::string&   indexFilename,
-                                      BamTools::BgzfData*  bgzf,
-                                      BamTools::BamReader* reader)
-{
-    // 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);
-    
-     // if has standardIndexExtension
-    if ( indexFilename.find(standardIndexExtension) == (indexFilename.length() - standardIndexExtension.length()) )
-        return new BamStandardIndex(bgzf, reader);
+    // internal methods
+    protected:
+        void SetErrorString(const std::string& where, const std::string& what) const {
+            m_errorString = where + ": " + what;
+        }
 
-    // otherwise, unsupported file type
-    return 0;
-}
+    // data members
+    protected:
+        Internal::BamReaderPrivate* m_reader; // copy, not owned
+        mutable std::string m_errorString;
+};
 
 } // namespace BamTools