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[bamtools.git] / src / api / BamReader.cpp
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 // ***************************************************************************
 // BamReader.cpp (c) 2009 Derek Barnett, Michael Str�mberg
 // Marth Lab, Department of Biology, Boston College
-// All rights reserved.
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Last modified: 9 October 2010 (DB)
+// Last modified: 10 October 2011 (DB)
 // ---------------------------------------------------------------------------
-// Uses BGZF routines were adapted from the bgzf.c code developed at the Broad
-// Institute.
-// ---------------------------------------------------------------------------
-// Provides the basic functionality for reading BAM files
+// Provides read access to BAM files.
 // ***************************************************************************
 
-// C++ includes
+#include <api/BamReader.h>
+#include <api/internal/BamReader_p.h>
+using namespace BamTools;
+using namespace BamTools::Internal;
+
 #include <algorithm>
+#include <iostream>
 #include <iterator>
 #include <string>
 #include <vector>
-#include <iostream>
-#include "BGZF.h"
-#include "BamReader.h"
-#include "BamIndex.h"
-using namespace BamTools;
 using namespace std;
 
-struct BamReader::BamReaderPrivate {
-
-    // -------------------------------
-    // structs, enums, typedefs
-    // -------------------------------
-    enum RegionState { BEFORE_REGION = 0
-                     , WITHIN_REGION
-                     , AFTER_REGION
-                     };
-
-    // -------------------------------
-    // data members
-    // -------------------------------
-
-    // general file data
-    BgzfData  mBGZF;
-    string    HeaderText;
-    BamIndex* Index;
-    RefVector References;
-    bool      IsIndexLoaded;
-    int64_t   AlignmentsBeginOffset;
-    string    Filename;
-    string    IndexFilename;
-    
-    // system data
-    bool IsBigEndian;
-
-    // user-specified region values
-    BamRegion Region;
-    bool HasAlignmentsInRegion;
-
-    // parent BamReader
-    BamReader* Parent;
-    
-    // BAM character constants
-    const char* DNA_LOOKUP;
-    const char* CIGAR_LOOKUP;
-
-    // -------------------------------
-    // constructor & destructor
-    // -------------------------------
-    BamReaderPrivate(BamReader* parent);
-    ~BamReaderPrivate(void);
-
-    // -------------------------------
-    // "public" interface
-    // -------------------------------
-
-    // file operations
-    void Close(void);
-    bool Open(const std::string& filename, 
-              const std::string& indexFilename, 
-              const bool lookForIndex, 
-              const bool preferStandardIndex);
-    bool Rewind(void);
-    bool SetRegion(const BamRegion& region);
-
-    // access alignment data
-    bool GetNextAlignment(BamAlignment& bAlignment);
-    bool GetNextAlignmentCore(BamAlignment& bAlignment);
-
-    // access auxiliary data
-    int GetReferenceID(const string& refName) const;
-
-    // index operations
-    bool CreateIndex(bool useStandardIndex);
-
-    // -------------------------------
-    // internal methods
-    // -------------------------------
-
-    // *** reading alignments and auxiliary data *** //
-
-    // adjusts requested region if necessary (depending on where data actually begins)
-    void AdjustRegion(BamRegion& region);
-    // fills out character data for BamAlignment data
-    bool BuildCharData(BamAlignment& bAlignment);
-    // checks to see if alignment overlaps current region
-    RegionState IsOverlap(BamAlignment& bAlignment);
-    // retrieves header text from BAM file
-    void LoadHeaderData(void);
-    // retrieves BAM alignment under file pointer
-    bool LoadNextAlignment(BamAlignment& bAlignment);
-    // builds reference data structure from BAM file
-    void LoadReferenceData(void);
-    // mark references with 'HasAlignments' status
-    void MarkReferences(void);
-
-    // *** index file handling *** //
-
-    // clear out inernal index data structure
-    void ClearIndex(void);
-    // loads index from BAM index file
-    bool LoadIndex(const bool lookForIndex, const bool preferStandardIndex);
-};
-
-// -----------------------------------------------------
-// BamReader implementation (wrapper around BRPrivate)
-// -----------------------------------------------------
-// constructor
-BamReader::BamReader(void) {
-    d = new BamReaderPrivate(this);
-}
+/*! \class BamTools::BamReader
+    \brief Provides read access to BAM files.
+*/
+
+/*! \fn BamReader::BamReader(void)
+    \brief constructor
+*/
+BamReader::BamReader(void)
+    : d(new BamReaderPrivate(this))
+{ }
 
-// destructor
+/*! \fn BamReader::~BamReader(void)
+    \brief destructor
+*/
 BamReader::~BamReader(void) {
     delete d;
     d = 0;
 }
 
-// file operations
-void BamReader::Close(void) { d->Close(); }
-bool BamReader::IsIndexLoaded(void) const { return d->IsIndexLoaded; }
-bool BamReader::IsOpen(void) const { return d->mBGZF.IsOpen; }
-bool BamReader::Jump(int refID, int position)  { return d->SetRegion( BamRegion(refID, position) ); }
-bool BamReader::Open(const std::string& filename, 
-                     const std::string& indexFilename, 
-                     const bool lookForIndex, 
-                     const bool preferStandardIndex) 
-{ 
-    return d->Open(filename, indexFilename, lookForIndex, preferStandardIndex); 
+/*! \fn bool BamReader::Close(void)
+    \brief Closes the current BAM file.
+
+    Also clears out all header and reference data.
+
+    \return \c true if file closed OK
+    \sa IsOpen(), Open()
+*/
+bool BamReader::Close(void) {
+    return d->Close();
 }
-bool BamReader::Rewind(void) { return d->Rewind(); }
-bool BamReader::SetRegion(const BamRegion& region) { return d->SetRegion(region); }
-bool BamReader::SetRegion(const int& leftRefID, const int& leftBound, const int& rightRefID, const int& rightBound) {
-    return d->SetRegion( BamRegion(leftRefID, leftBound, rightRefID, rightBound) );
+
+/*! \fn bool BamReader::CreateIndex(const BamIndex::IndexType& type)
+    \brief Creates an index file for current BAM file.
+
+    \param[in] type file format to create, see BamIndex::IndexType for available formats
+    \return \c true if index created OK
+    \sa LocateIndex(), OpenIndex()
+*/
+bool BamReader::CreateIndex(const BamIndex::IndexType& type) {
+    return d->CreateIndex(type);
 }
 
-// access alignment data
-bool BamReader::GetNextAlignment(BamAlignment& bAlignment) { return d->GetNextAlignment(bAlignment); }
-bool BamReader::GetNextAlignmentCore(BamAlignment& bAlignment) { return d->GetNextAlignmentCore(bAlignment); }
-
-// access auxiliary data
-const string BamReader::GetHeaderText(void) const { return d->HeaderText; }
-int BamReader::GetReferenceCount(void) const { return d->References.size(); }
-const RefVector& BamReader::GetReferenceData(void) const { return d->References; }
-int BamReader::GetReferenceID(const string& refName) const { return d->GetReferenceID(refName); }
-const std::string BamReader::GetFilename(void) const { return d->Filename; }
-
-// index operations
-bool BamReader::CreateIndex(bool useStandardIndex) { return d->CreateIndex(useStandardIndex); }
-
-// -----------------------------------------------------
-// BamReaderPrivate implementation
-// -----------------------------------------------------
-
-// constructor
-BamReader::BamReaderPrivate::BamReaderPrivate(BamReader* parent)
-    : Index(0)
-    , IsIndexLoaded(false)
-    , AlignmentsBeginOffset(0)
-    , HasAlignmentsInRegion(true)
-    , Parent(parent)
-    , DNA_LOOKUP("=ACMGRSVTWYHKDBN")
-    , CIGAR_LOOKUP("MIDNSHP")
-{ 
-    IsBigEndian = SystemIsBigEndian();
+/*! \fn std::string BamReader::GetErrorString(void) const
+    \brief Returns a human-readable description of the last error that occurred
+
+    This method allows elimination of STDERR pollution. Developers of client code
+    may choose how the messages are displayed to the user, if at all.
+
+    \return error description
+*/
+string BamReader::GetErrorString(void) const {
+    return d->GetErrorString();
 }
 
-// destructor
-BamReader::BamReaderPrivate::~BamReaderPrivate(void) {
-    Close();
+/*! \fn const std::string BamReader::GetFilename(void) const
+    \brief Returns name of current BAM file.
+
+    Retrieved filename will contain whatever was passed via Open().
+    If you need full directory paths here, be sure to include them
+    when you open the BAM file.
+
+    \returns name of open BAM file. If no file is open, returns an empty string.
+    \sa IsOpen()
+*/
+const std::string BamReader::GetFilename(void) const {
+    return d->Filename();
+}
+
+/*! \fn SamHeader BamReader::GetHeader(void) const
+    \brief Returns SAM header data.
+
+    Header data is wrapped in a SamHeader object that can be conveniently queried & modified.
+
+    \note Modifying the retrieved SamHeader object does NOT affect the
+    current BAM file. This file has been opened in a read-only mode.
+    However, your modified SamHeader object can be used in conjunction with
+    BamWriter to generate a new BAM file with the appropriate header information.
+
+    \returns header data object
+    \sa GetHeaderText()
+*/
+SamHeader BamReader::GetHeader(void) const {
+    return d->GetSamHeader();
 }
 
-// adjusts requested region if necessary (depending on where data actually begins)
-void BamReader::BamReaderPrivate::AdjustRegion(BamRegion& region) {
-  
-    // check for valid index first
-    if ( Index == 0 ) return;
-  
-    // see if any references in region have alignments
-    HasAlignmentsInRegion = false;
-    int currentId = region.LeftRefID;
-    while ( currentId <= region.RightRefID ) { 
-       HasAlignmentsInRegion = Index->HasAlignments(currentId);
-       if ( HasAlignmentsInRegion ) break;
-       ++currentId;
-    }
-    
-    // if no data found on any reference in region
-    if ( !HasAlignmentsInRegion ) return;
-
-    // if left bound of desired region had no data, use first reference that had data
-    // otherwise, leave requested region as-is
-    if ( currentId != region.LeftRefID ) {
-       region.LeftRefID = currentId;
-       region.LeftPosition = 0;
-    }
+/*! \fn std::string BamReader::GetHeaderText(void) const
+    \brief Returns SAM header data, as SAM-formatted text.
+
+    \note Modifying the retrieved text does NOT affect the current
+    BAM file. This file has been opened in a read-only mode. However,
+    your modified header text can be used in conjunction with BamWriter
+    to generate a new BAM file with the appropriate header information.
+
+    \returns SAM-formatted header text
+    \sa GetHeader()
+*/
+std::string BamReader::GetHeaderText(void) const {
+    return d->GetHeaderText();
 }
 
-// fills out character data for BamAlignment data
-bool BamReader::BamReaderPrivate::BuildCharData(BamAlignment& bAlignment) {
-  
-    // calculate character lengths/offsets
-    const unsigned int dataLength      = bAlignment.SupportData.BlockLength - BAM_CORE_SIZE;
-    const unsigned int seqDataOffset   = bAlignment.SupportData.QueryNameLength + (bAlignment.SupportData.NumCigarOperations * 4);
-    const unsigned int qualDataOffset  = seqDataOffset + (bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength+1)/2;
-    const unsigned int tagDataOffset   = qualDataOffset + bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength;
-    const unsigned int tagDataLength   = dataLength - tagDataOffset;
-      
-    // set up char buffers
-    const char*     allCharData = bAlignment.SupportData.AllCharData.data();
-    const char*     seqData     = ((const char*)allCharData) + seqDataOffset;
-    const char*     qualData    = ((const char*)allCharData) + qualDataOffset;
-          char*     tagData     = ((char*)allCharData) + tagDataOffset;
-  
-    // store alignment name (relies on null char in name as terminator)
-    bAlignment.Name.assign((const char*)(allCharData));    
-
-    // save query sequence
-    bAlignment.QueryBases.clear();
-    bAlignment.QueryBases.reserve(bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength);
-    for (unsigned int i = 0; i < bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength; ++i) {
-        char singleBase = DNA_LOOKUP[ ( ( seqData[(i/2)] >> (4*(1-(i%2)))) & 0xf ) ];
-        bAlignment.QueryBases.append(1, singleBase);
-    }
-  
-    // save qualities, converting from numeric QV to 'FASTQ-style' ASCII character
-    bAlignment.Qualities.clear();
-    bAlignment.Qualities.reserve(bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength);
-    for (unsigned int i = 0; i < bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength; ++i) {
-        char singleQuality = (char)(qualData[i]+33);
-        bAlignment.Qualities.append(1, singleQuality);
-    }
-    
-    // if QueryBases is empty (and this is a allowed case)
-    if ( bAlignment.QueryBases.empty() ) 
-        bAlignment.AlignedBases = bAlignment.QueryBases;
-    
-    // if QueryBases contains data, then build AlignedBases using CIGAR data
-    else {
-    
-        // resize AlignedBases
-        bAlignment.AlignedBases.clear();
-        bAlignment.AlignedBases.reserve(bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength);
-      
-        // iterate over CigarOps
-        int k = 0;
-        vector<CigarOp>::const_iterator cigarIter = bAlignment.CigarData.begin();
-        vector<CigarOp>::const_iterator cigarEnd  = bAlignment.CigarData.end();
-        for ( ; cigarIter != cigarEnd; ++cigarIter ) {
-            
-            const CigarOp& op = (*cigarIter);
-            switch(op.Type) {
-              
-                case ('M') :
-                case ('I') :
-                    bAlignment.AlignedBases.append(bAlignment.QueryBases.substr(k, op.Length)); // for 'M', 'I' - write bases
-                    // fall through
-                
-                case ('S') :
-                    k += op.Length;                                     // for 'S' - soft clip, skip over query bases
-                    break;
-                    
-                case ('D') :
-                    bAlignment.AlignedBases.append(op.Length, '-');     // for 'D' - write gap character
-                    break;
-                    
-                case ('P') :
-                    bAlignment.AlignedBases.append( op.Length, '*' );   // for 'P' - write padding character
-                    break;
-                    
-                case ('N') :
-                    bAlignment.AlignedBases.append( op.Length, 'N' );  // for 'N' - write N's, skip bases in original query sequence
-                    break;
-                    
-                case ('H') :
-                    break;  // for 'H' - hard clip, do nothing to AlignedBases, move to next op
-                    
-                default:
-                    fprintf(stderr, "ERROR: Invalid Cigar op type\n"); // shouldn't get here
-                    exit(1);
-            }
-        }
-    }
-    // -----------------------
-    // Added: 3-25-2010 DB
-    // Fixed: endian-correctness for tag data
-    // -----------------------
-    if ( IsBigEndian ) {
-        int i = 0;
-        while ( (unsigned int)i < tagDataLength ) {
-          
-            i += 2; // skip tag type (e.g. "RG", "NM", etc)
-            uint8_t type = toupper(tagData[i]);     // lower & upper case letters have same meaning 
-            ++i;                                    // skip value type
-    
-            switch (type) {
-                
-                case('A') :
-                case('C') : 
-                    ++i;
-                    break;
-
-                case('S') : 
-                    SwapEndian_16p(&tagData[i]); 
-                    i += sizeof(uint16_t);
-                    break;
-                    
-                case('F') :
-                case('I') : 
-                    SwapEndian_32p(&tagData[i]);
-                    i += sizeof(uint32_t);
-                    break;
-                
-                case('D') : 
-                    SwapEndian_64p(&tagData[i]);
-                    i += sizeof(uint64_t);
-                    break;
-                
-                case('H') :
-                case('Z') : 
-                    while (tagData[i]) { ++i; }
-                    ++i; // increment one more for null terminator
-                    break;
-                
-                default : 
-                    fprintf(stderr, "ERROR: Invalid tag value type\n"); // shouldn't get here
-                    exit(1);
-            }
-        }
-    }
-    
-    // store TagData
-    bAlignment.TagData.clear();
-    bAlignment.TagData.resize(tagDataLength);
-    memcpy((char*)bAlignment.TagData.data(), tagData, tagDataLength);
-    
-    // clear the core-only flag
-    bAlignment.SupportData.HasCoreOnly = false;
-    
-    // return success
-    return true;
+/*! \fn bool BamReader::GetNextAlignment(BamAlignment& alignment)
+    \brief Retrieves next available alignment.
+
+    Attempts to read the next alignment record from BAM file, and checks to see
+    if it overlaps the current region. If no region is currently set, then the
+    next alignment available is always considered valid.
+
+    If a region has been set, via Jump() or SetRegion(), an alignment is only
+    considered valid if it overlaps the region. If the actual 'next' alignment record
+    in the BAM file does not overlap this region, then this function will read sequentially
+    through the file until the next alignment that overlaps this region is found.
+    Once the region has been exhausted (i.e. the next alignment loaded is beyond the region),
+    the function aborts and returns \c false. In this case, there is no point to continue
+    reading, assuming properly sorted alignments.
+
+    This function fully populates all of the alignment's available data fields,
+    including the string data fields (read name, bases, qualities, tags, filename).
+    If only positional data (refID, position, CIGAR ops, alignment flags, etc.)
+    are required, consider using GetNextAlignmentCore() for a significant
+    performance boost.
+
+    \param[out] alignment destination for alignment record data
+    \returns \c true if a valid alignment was found
+*/
+bool BamReader::GetNextAlignment(BamAlignment& alignment) {
+    return d->GetNextAlignment(alignment);
 }
 
-// clear index data structure
-void BamReader::BamReaderPrivate::ClearIndex(void) {
-    delete Index;
-    Index = 0;
-    IsIndexLoaded = false;
+/*! \fn bool BamReader::GetNextAlignmentCore(BamAlignment& alignment)
+    \brief Retrieves next available alignment, without populating the alignment's string data fields.
+
+    Equivalent to GetNextAlignment() with respect to what is a valid overlapping alignment.
+
+    However, this method does NOT populate the alignment's string data fields
+    (read name, bases, qualities, tags, filename). This provides a boost in speed
+    when these fields are not required for every alignment. These fields can be
+    populated 'lazily' (as needed) by calling BamAlignment::BuildCharData() later.
+
+    \param[out] alignment destination for alignment record data
+    \returns \c true if a valid alignment was found
+    \sa SetRegion()
+*/
+bool BamReader::GetNextAlignmentCore(BamAlignment& alignment) {
+    return d->GetNextAlignmentCore(alignment);
 }
 
-// closes the BAM file
-void BamReader::BamReaderPrivate::Close(void) {
-    
-    // close BGZF file stream
-    mBGZF.Close();
-    
-    // clear out index data
-    ClearIndex();
-    
-    // clear out header data
-    HeaderText.clear();
-    
-    // clear out region flags
-    Region.clear();
+/*! \fn int BamReader::GetReferenceCount(void) const
+    \brief Returns number of reference sequences.
+*/
+int BamReader::GetReferenceCount(void) const {
+    return d->GetReferenceCount();
 }
 
-// creates index for BAM file, saves to file
-// default behavior is to create the BAM standard index (".bai")
-// set flag to false to create the BamTools-specific index (".bti")
-bool BamReader::BamReaderPrivate::CreateIndex(bool useStandardIndex) {
-
-    // clear out prior index data
-    ClearIndex();
-    
-    // create index based on type requested
-    if ( useStandardIndex ) 
-        Index = new BamStandardIndex(&mBGZF, Parent, IsBigEndian);
-    // create BamTools 'custom' index
-    else
-        Index = new BamToolsIndex(&mBGZF, Parent, IsBigEndian);
-    
-    // build new index
-    bool ok = true;
-    ok &= Index->Build();
-    IsIndexLoaded = ok;
-    
-    // mark empty references
-    MarkReferences();
-    
-    // attempt to save index data to file
-    ok &= Index->Write(Filename); 
-    
-    // return success/fail of both building & writing index
-    return ok;
+/*! \fn const RefVector& BamReader::GetReferenceData(void) const
+    \brief Returns all reference sequence entries.
+    \sa RefData
+*/
+const RefVector& BamReader::GetReferenceData(void) const {
+    return d->GetReferenceData();
 }
 
-// get next alignment (from specified region, if given)
-bool BamReader::BamReaderPrivate::GetNextAlignment(BamAlignment& bAlignment) {
+/*! \fn int BamReader::GetReferenceID(const std::string& refName) const
+    \brief Returns the ID of the reference with this name.
+
+    If \a refName is not found, returns -1.
 
-    // if valid alignment found, attempt to parse char data, and return success/failure
-    if ( GetNextAlignmentCore(bAlignment) )
-        return BuildCharData(bAlignment);
-    
-    // no valid alignment found
-    else return false;
+    \param[in] refName name of reference to look up
+*/
+int BamReader::GetReferenceID(const std::string& refName) const {
+    return d->GetReferenceID(refName);
 }
 
-// retrieves next available alignment core data (returns success/fail)
-// ** DOES NOT parse any character data (read name, bases, qualities, tag data)
-//    these can be accessed, if necessary, from the supportData 
-// useful for operations requiring ONLY positional or other alignment-related information
-bool BamReader::BamReaderPrivate::GetNextAlignmentCore(BamAlignment& bAlignment) {
-
-    // if region is set but has no alignments
-    if ( !Region.isNull() && !HasAlignmentsInRegion )
-        return false;
-  
-    // if valid alignment available
-    if ( LoadNextAlignment(bAlignment) ) {
-
-        // set core-only flag
-        bAlignment.SupportData.HasCoreOnly = true;
-      
-       // if region not specified with at least a left boundary, return success
-       if ( !Region.isLeftBoundSpecified() ) return true;
-       
-        // determine region state (before, within, after)
-        BamReader::BamReaderPrivate::RegionState state = IsOverlap(bAlignment);
-
-        // if alignment lies after region, return false
-        if ( state == AFTER_REGION ) return false;
-
-        while ( state != WITHIN_REGION ) {
-            // if no valid alignment available (likely EOF) return failure
-            if ( !LoadNextAlignment(bAlignment) ) return false;
-            // if alignment lies after region, return false (no available read within region)
-            state = IsOverlap(bAlignment);
-            if ( state == AFTER_REGION ) return false;
-        }
-
-        // return success (alignment found that overlaps region)
-        return true;
-    }
-
-    // no valid alignment
-    else return false;
+/*! \fn bool BamReader::HasIndex(void) const
+    \brief Returns \c true if index data is available.
+*/
+bool BamReader::HasIndex(void) const {
+    return d->HasIndex();
 }
 
-// returns RefID for given RefName (returns References.size() if not found)
-int BamReader::BamReaderPrivate::GetReferenceID(const string& refName) const {
+/*! \fn bool BamReader::IsOpen(void) const
+    \brief Returns \c true if a BAM file is open for reading.
+*/
+bool BamReader::IsOpen(void) const {
+    return d->IsOpen();
+}
 
-    // retrieve names from reference data
-    vector<string> refNames;
-    RefVector::const_iterator refIter = References.begin();
-    RefVector::const_iterator refEnd  = References.end();
-    for ( ; refIter != refEnd; ++refIter) 
-        refNames.push_back( (*refIter).RefName );
+/*! \fn bool BamReader::Jump(int refID, int position)
+    \brief Performs a random-access jump within BAM file.
 
-    // return 'index-of' refName ( if not found, returns refNames.size() )
-    return distance(refNames.begin(), find(refNames.begin(), refNames.end(), refName));
-}
+    This is a convenience method, equivalent to calling SetRegion()
+    with only a left boundary specified.
+
+    \param[in] refID    left-bound reference ID
+    \param[in] position left-bound position
 
-// returns region state - whether alignment ends before, overlaps, or starts after currently specified region
-// this *internal* method should ONLY called when (at least) IsLeftBoundSpecified == true
-BamReader::BamReaderPrivate::RegionState BamReader::BamReaderPrivate::IsOverlap(BamAlignment& bAlignment) {
-    
-    // if alignment is on any reference sequence before left bound
-    if ( bAlignment.RefID < Region.LeftRefID ) return BEFORE_REGION;
-  
-    // if alignment starts on left bound reference 
-    else if ( bAlignment.RefID == Region.LeftRefID ) {
-      
-       // if alignment starts at or after left boundary
-       if ( bAlignment.Position >= Region.LeftPosition) {
-         
-           // if right boundary is specified AND 
-           // left/right boundaries are on same reference AND 
-           // alignment starts past right boundary
-           if ( Region.isRightBoundSpecified() && 
-                Region.LeftRefID == Region.RightRefID && 
-                bAlignment.Position > Region.RightPosition )
-               return AFTER_REGION;
-           
-           // otherwise, alignment is within region
-           return WITHIN_REGION;
-       }
-       
-       // alignment starts before left boundary
-       else {
-           // check if alignment overlaps left boundary
-           if ( bAlignment.GetEndPosition() >= Region.LeftPosition ) return WITHIN_REGION;
-           else return BEFORE_REGION;
-       }
-    }
-  
-    // alignment starts on a reference after the left bound
-    else {
-      
-       // if region has a right boundary
-       if ( Region.isRightBoundSpecified() ) {
-         
-           // alignment is on reference between boundaries
-           if ( bAlignment.RefID < Region.RightRefID ) return WITHIN_REGION;
-         
-           // alignment is on reference after right boundary
-           else if ( bAlignment.RefID > Region.RightRefID ) return AFTER_REGION;
-         
-           // alignment is on right bound reference
-           else {
-               // check if alignment starts before or at right boundary
-               if ( bAlignment.Position <= Region.RightPosition ) return WITHIN_REGION;                
-               else return AFTER_REGION;
-           }
-       }
-      
-       // otherwise, alignment is after left bound reference, but there is no right boundary
-       else return WITHIN_REGION;
-    }
+    \returns \c true if jump was successful
+    \sa HasIndex()
+*/
+bool BamReader::Jump(int refID, int position) {
+    return d->SetRegion( BamRegion(refID, position) );
 }
 
-// load BAM header data
-void BamReader::BamReaderPrivate::LoadHeaderData(void) {
-
-    // check to see if proper BAM header
-    char buffer[4];
-    if (mBGZF.Read(buffer, 4) != 4) {
-        fprintf(stderr, "Could not read header type\n");
-        exit(1);
-    }
-
-    if (strncmp(buffer, "BAM\001", 4)) {
-        fprintf(stderr, "wrong header type!\n");
-        exit(1);
-    }
-
-    // get BAM header text length
-    mBGZF.Read(buffer, 4);
-    unsigned int headerTextLength = BgzfData::UnpackUnsignedInt(buffer);
-    if ( IsBigEndian ) SwapEndian_32(headerTextLength); 
-    
-    // get BAM header text
-    char* headerText = (char*)calloc(headerTextLength + 1, 1);
-    mBGZF.Read(headerText, headerTextLength);
-    HeaderText = (string)((const char*)headerText);
-
-    // clean up calloc-ed temp variable
-    free(headerText);
+/*! \fn bool BamReader::LocateIndex(const BamIndex::IndexType& preferredType)
+    \brief Looks in BAM file's directory for a matching index file.
+
+    Use this function when you need an index file, and perhaps have a
+    preferred index format, but do not depend heavily on which format
+    actually gets loaded at runtime.
+
+    This function will defer to your \a preferredType whenever possible.
+    However, if an index file of \a preferredType can not be found, then
+    it will look for any other index file that corresponds to this BAM file.
+
+    If you want precise control over which index file is loaded, use OpenIndex()
+    with the desired index filename. If that function returns false, you can use
+    CreateIndex() to then build an index of the exact requested format.
+
+    \param[in] preferredType desired index file format, see BamIndex::IndexType for available formats
+
+    \returns \c true if (any) index file could be found
+*/
+bool BamReader::LocateIndex(const BamIndex::IndexType& preferredType) {
+    return d->LocateIndex(preferredType);
 }
 
-// load existing index data from BAM index file (".bti" OR ".bai"), return success/fail
-bool BamReader::BamReaderPrivate::LoadIndex(const bool lookForIndex, const bool preferStandardIndex) {
-
-    // clear out any existing index data
-    ClearIndex();
-
-    // if no index filename provided, so we need to look for available index files
-    if ( IndexFilename.empty() ) {
-      
-        // attempt to load BamIndex based on current Filename provided & preferStandardIndex flag
-        const BamIndex::PreferredIndexType type = (preferStandardIndex ? BamIndex::STANDARD : BamIndex::BAMTOOLS);
-        Index = BamIndex::FromBamFilename(Filename, &mBGZF, Parent, IsBigEndian, type);
-        
-        // if null, return failure
-        if ( Index == 0 ) return false;
-        
-        // generate proper IndexFilename based on type of index created
-        IndexFilename = Filename + Index->Extension();
-    }
-    
-    else {
-      
-        // attempt to load BamIndex based on IndexFilename provided by client
-        Index = BamIndex::FromIndexFilename(IndexFilename, &mBGZF, Parent, IsBigEndian);
-        
-        // if null, return failure
-        if ( Index == 0 ) return false;
-    }
-    
-    // an index file was found
-    // return success of loading the index data from file
-    IsIndexLoaded = Index->Load(IndexFilename);
-    
-    // mark empty references
-    MarkReferences();
-    
-    // return index status
-    return IsIndexLoaded;
+/*! \fn bool BamReader::Open(const std::string& filename)
+    \brief Opens a BAM file.
+
+    If BamReader is already opened on another file, this function closes
+    that file, then attempts to open requested \a filename.
+
+    \param[in] filename name of BAM file to open
+
+    \returns \c true if BAM file was opened successfully
+    \sa Close(), IsOpen(), OpenIndex()
+*/
+bool BamReader::Open(const std::string& filename) {
+    return d->Open(filename);
 }
 
-// populates BamAlignment with alignment data under file pointer, returns success/fail
-bool BamReader::BamReaderPrivate::LoadNextAlignment(BamAlignment& bAlignment) {
-
-    // read in the 'block length' value, make sure it's not zero
-    char buffer[4];
-    mBGZF.Read(buffer, 4);
-    bAlignment.SupportData.BlockLength = BgzfData::UnpackUnsignedInt(buffer);
-    if ( IsBigEndian ) { SwapEndian_32(bAlignment.SupportData.BlockLength); }
-    if ( bAlignment.SupportData.BlockLength == 0 ) return false;
-
-    // read in core alignment data, make sure the right size of data was read
-    char x[BAM_CORE_SIZE];
-    if ( mBGZF.Read(x, BAM_CORE_SIZE) != BAM_CORE_SIZE ) return false; 
-
-    if ( IsBigEndian ) {
-        for ( int i = 0; i < BAM_CORE_SIZE; i+=sizeof(uint32_t) ) 
-            SwapEndian_32p(&x[i]); 
-    }
-    
-    // set BamAlignment 'core' and 'support' data
-    bAlignment.RefID    = BgzfData::UnpackSignedInt(&x[0]);  
-    bAlignment.Position = BgzfData::UnpackSignedInt(&x[4]);
-    
-    unsigned int tempValue = BgzfData::UnpackUnsignedInt(&x[8]);
-    bAlignment.Bin        = tempValue >> 16;
-    bAlignment.MapQuality = tempValue >> 8 & 0xff;
-    bAlignment.SupportData.QueryNameLength = tempValue & 0xff;
-
-    tempValue = BgzfData::UnpackUnsignedInt(&x[12]);
-    bAlignment.AlignmentFlag = tempValue >> 16;
-    bAlignment.SupportData.NumCigarOperations = tempValue & 0xffff;
-
-    bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength = BgzfData::UnpackUnsignedInt(&x[16]);
-    bAlignment.MateRefID    = BgzfData::UnpackSignedInt(&x[20]);
-    bAlignment.MatePosition = BgzfData::UnpackSignedInt(&x[24]);
-    bAlignment.InsertSize   = BgzfData::UnpackSignedInt(&x[28]);
-    
-    // set BamAlignment length
-    bAlignment.Length = bAlignment.SupportData.QuerySequenceLength;
-    
-    // read in character data - make sure proper data size was read
-    bool readCharDataOK = false;
-    const unsigned int dataLength = bAlignment.SupportData.BlockLength - BAM_CORE_SIZE;
-    char* allCharData = (char*)calloc(sizeof(char), dataLength);
-    
-    if ( mBGZF.Read(allCharData, dataLength) == (signed int)dataLength) { 
-      
-        // store 'allCharData' in supportData structure
-        bAlignment.SupportData.AllCharData.assign((const char*)allCharData, dataLength);
-        
-        // set success flag
-        readCharDataOK = true;
-        
-        // save CIGAR ops 
-        // need to calculate this here so that  BamAlignment::GetEndPosition() performs correctly, 
-        // even when BamReader::GetNextAlignmentCore() is called 
-        const unsigned int cigarDataOffset = bAlignment.SupportData.QueryNameLength;
-        uint32_t* cigarData = (uint32_t*)(allCharData + cigarDataOffset);
-        CigarOp op;
-        bAlignment.CigarData.clear();
-        bAlignment.CigarData.reserve(bAlignment.SupportData.NumCigarOperations);
-        for (unsigned int i = 0; i < bAlignment.SupportData.NumCigarOperations; ++i) {
-
-            // swap if necessary
-            if ( IsBigEndian ) SwapEndian_32(cigarData[i]);
-          
-            // build CigarOp structure
-            op.Length = (cigarData[i] >> BAM_CIGAR_SHIFT);
-            op.Type   = CIGAR_LOOKUP[ (cigarData[i] & BAM_CIGAR_MASK) ];
-
-            // save CigarOp
-            bAlignment.CigarData.push_back(op);
-        }
-    }
-
-    free(allCharData);
-    return readCharDataOK;
+/*! \fn bool BamReader::OpenIndex(const std::string& indexFilename)
+    \brief Opens a BAM index file.
+
+    \param[in] indexFilename name of BAM index file to open
+
+    \returns \c true if BAM index file was opened & data loaded successfully
+    \sa LocateIndex(), Open(), SetIndex()
+*/
+bool BamReader::OpenIndex(const std::string& indexFilename) {
+    return d->OpenIndex(indexFilename);
 }
 
-// loads reference data from BAM file
-void BamReader::BamReaderPrivate::LoadReferenceData(void) {
-
-    // get number of reference sequences
-    char buffer[4];
-    mBGZF.Read(buffer, 4);
-    unsigned int numberRefSeqs = BgzfData::UnpackUnsignedInt(buffer);
-    if ( IsBigEndian ) SwapEndian_32(numberRefSeqs);
-    if ( numberRefSeqs == 0 ) return;
-    References.reserve((int)numberRefSeqs);
-
-    // iterate over all references in header
-    for (unsigned int i = 0; i != numberRefSeqs; ++i) {
-
-        // get length of reference name
-        mBGZF.Read(buffer, 4);
-        unsigned int refNameLength = BgzfData::UnpackUnsignedInt(buffer);
-        if ( IsBigEndian ) SwapEndian_32(refNameLength);
-        char* refName = (char*)calloc(refNameLength, 1);
-
-        // get reference name and reference sequence length
-        mBGZF.Read(refName, refNameLength);
-        mBGZF.Read(buffer, 4);
-        int refLength = BgzfData::UnpackSignedInt(buffer);
-        if ( IsBigEndian ) SwapEndian_32(refLength); 
-
-        // store data for reference
-        RefData aReference;
-        aReference.RefName   = (string)((const char*)refName);
-        aReference.RefLength = refLength;
-        References.push_back(aReference);
-
-        // clean up calloc-ed temp variable
-        free(refName);
-    }
+/*! \fn bool BamReader::Rewind(void)
+    \brief Returns the internal file pointer to the first alignment record.
+
+    Useful for performing multiple sequential passes through a BAM file.
+    Calling this function clears any prior region that may have been set.
+
+    \note This function sets the file pointer to first alignment record
+    in the BAM file, NOT the beginning of the file.
+
+    \returns \c true if rewind operation was successful
+    \sa Jump(), SetRegion()
+*/
+bool BamReader::Rewind(void) {
+    return d->Rewind();
 }
 
-// mark references with no alignment data
-void BamReader::BamReaderPrivate::MarkReferences(void) {
-    
-    // ensure index is available
-    if ( Index == 0 || !IsIndexLoaded ) return;
-    
-    // mark empty references
-    for ( int i = 0; i < (int)References.size(); ++i ) 
-       References.at(i).RefHasAlignments = Index->HasAlignments(i);
+/*! \fn void BamReader::SetIndex(BamIndex* index)
+    \brief Sets a custom BamIndex on this reader.
+
+    Only necessary for custom BamIndex subclasses. Most clients should
+    never have to use this function.
+
+    Example:
+    \code
+        BamReader reader;
+        reader.SetIndex(new MyCustomBamIndex);
+    \endcode
+
+    \note BamReader takes ownership of \a index - i.e. the BamReader will
+    take care of deleting it when the reader is destructed, when the current
+    BAM file is closed, or when a new index is requested.
+
+    \param[in] index custom BamIndex subclass created by client
+    \sa CreateIndex(), LocateIndex(), OpenIndex()
+*/
+void BamReader::SetIndex(BamIndex* index) {
+    d->SetIndex(index);
 }
 
-// opens BAM file (and index)
-bool BamReader::BamReaderPrivate::Open(const string& filename, const string& indexFilename, const bool lookForIndex, const bool preferStandardIndex) {
-
-    // store filenames
-    Filename = filename;
-    IndexFilename = indexFilename;
-
-    // open the BGZF file for reading, return false on failure
-    if ( !mBGZF.Open(filename, "rb") ) return false; 
-    
-    // retrieve header text & reference data
-    LoadHeaderData();
-    LoadReferenceData();
-
-    // store file offset of first alignment
-    AlignmentsBeginOffset = mBGZF.Tell();
-
-    // if no index filename provided 
-    if ( IndexFilename.empty() ) {
-     
-        // client did not specify that index SHOULD be found
-        // useful for cases where sequential access is all that is required
-        if ( !lookForIndex ) return true; 
-          
-        // otherwise, look for index file, return success/fail
-        return LoadIndex(lookForIndex, preferStandardIndex) ;
-    }
-    
-    // client supplied an index filename
-    // attempt to load index data, return success/fail
-    return LoadIndex(lookForIndex, preferStandardIndex);    
+/*! \fn void BamReader::SetIndexCacheMode(const BamIndex::IndexCacheMode& mode)
+    \brief Changes the caching behavior of the index data.
+
+    Default mode is BamIndex::LimitedIndexCaching.
+
+    \param[in] mode desired cache mode for index, see BamIndex::IndexCacheMode for
+                    description of the available cache modes
+    \sa HasIndex()
+*/
+void BamReader::SetIndexCacheMode(const BamIndex::IndexCacheMode& mode) {
+    d->SetIndexCacheMode(mode);
 }
 
-// returns BAM file pointer to beginning of alignment data
-bool BamReader::BamReaderPrivate::Rewind(void) {
-   
-    // rewind to first alignment, return false if unable to seek
-    if ( !mBGZF.Seek(AlignmentsBeginOffset) ) return false;
-  
-    // retrieve first alignment data, return false if unable to read
-    BamAlignment al;
-    if ( !LoadNextAlignment(al) ) return false;
-      
-    // reset default region info using first alignment in file
-    Region.clear();
-    HasAlignmentsInRegion = true;
-
-    // rewind back to beginning of first alignment
-    // return success/fail of seek
-    return mBGZF.Seek(AlignmentsBeginOffset);
+/*! \fn bool BamReader::SetRegion(const BamRegion& region)
+    \brief Sets a target region of interest
+
+    Requires that index data be available. Attempts a random-access
+    jump in the BAM file, near \a region left boundary position.
+
+    Subsequent calls to GetNextAlignment() or GetNextAlignmentCore()
+    will only return \c true when alignments can be found that overlap
+    this \a region.
+
+    A \a region with no right boundary is considered open-ended, meaning
+    that all alignments that lie downstream of the left boundary are
+    considered valid, continuing to the end of the BAM file.
+
+    \warning BamRegion now represents a zero-based, HALF-OPEN interval.
+    In previous versions of BamTools (0.x & 1.x) all intervals were treated
+    as zero-based, CLOSED.
+
+    \param[in] region desired region-of-interest to activate
+
+    \returns \c true if reader was able to jump successfully to the region's left boundary
+    \sa HasIndex(), Jump()
+*/
+bool BamReader::SetRegion(const BamRegion& region) {
+    return d->SetRegion(region);
 }
 
-// asks Index to attempt a Jump() to specified region
-// returns success/failure
-bool BamReader::BamReaderPrivate::SetRegion(const BamRegion& region) {
-      
-    // clear out any prior BamReader region data
-    //
-    // N.B. - this is cleared so that BamIndex now has free reign to call
-    // GetNextAlignmentCore() and do overlap checking without worrying about BamReader 
-    // performing any overlap checking of its own and moving on to the next read... Calls 
-    // to GetNextAlignmentCore() with no Region set, simply return the next alignment.
-    // This ensures that the Index is able to do just that. (All without exposing 
-    // LoadNextAlignment() to the public API, and potentially confusing clients with the nomenclature)
-    Region.clear();
-  
-    // check for existing index 
-    if ( !IsIndexLoaded || Index == 0 ) return false; 
-    
-    // adjust region if necessary to reflect where data actually begins
-    BamRegion adjustedRegion(region);
-    AdjustRegion(adjustedRegion);
-    
-    // if no data present, return true
-    // not an error, but BamReader knows that no data is there for future alignment access
-    // (this is useful in a MultiBamReader setting where some BAM files may lack data in regions
-    // that other BAMs have data)
-    if ( !HasAlignmentsInRegion ) { 
-       Region = adjustedRegion;
-       return true;
-    }
-    
-    // attempt jump to user-specified region return false if jump could not be performed at all
-    // (invalid index, unknown reference, etc)
-    //
-    // Index::Jump() is allowed to modify the HasAlignmentsInRegion flag
-    //  * This covers case where a region is requested that lies beyond the last alignment on a reference
-    //    If this occurs, any subsequent calls to GetNexAlignment[Core] simply return false
-    //    BamMultiReader is then able to successfully pull alignments from a region from multiple files
-    //    even if one or more have no data.
-    if ( !Index->Jump(adjustedRegion, &HasAlignmentsInRegion) )
-       return false;
-    
-    // save region and return success
-    Region = adjustedRegion;
-    return true;
+/*! \fn bool BamReader::SetRegion(const int& leftRefID,
+                                  const int& leftPosition,
+                                  const int& rightRefID,
+                                  const int& rightPosition)
+    \brief Sets a target region of interest.
+
+    This is an overloaded function.
+
+    \warning This function expects a zero-based, HALF-OPEN interval.
+    In previous versions of BamTools (0.x & 1.x) all intervals were treated
+    as zero-based, CLOSED.
+
+    \param[in] leftRefID     referenceID of region's left boundary
+    \param[in] leftPosition  position of region's left boundary
+    \param[in] rightRefID    reference ID of region's right boundary
+    \param[in] rightPosition position of region's right boundary
+
+    \returns \c true if reader was able to jump successfully to the region's left boundary
+    \sa HasIndex(), Jump()
+*/
+bool BamReader::SetRegion(const int& leftRefID,
+                          const int& leftBound,
+                          const int& rightRefID,
+                          const int& rightBound)
+{
+    return d->SetRegion( BamRegion(leftRefID, leftBound, rightRefID, rightBound) );
 }