0026937: Eliminate NO_CXX_EXCEPTION macro support
[occt.git] / src / NCollection / NCollection_CellFilter.hxx
1 // Created on: 2007-05-26
2 // Created by: Andrey BETENEV
3 // Copyright (c) 2007-2014 OPEN CASCADE SAS
4 //
5 // This file is part of Open CASCADE Technology software library.
6 //
7 // This library is free software; you can redistribute it and/or modify it under
8 // the terms of the GNU Lesser General Public License version 2.1 as published
9 // by the Free Software Foundation, with special exception defined in the file
10 // OCCT_LGPL_EXCEPTION.txt. Consult the file LICENSE_LGPL_21.txt included in OCCT
11 // distribution for complete text of the license and disclaimer of any warranty.
12 //
13 // Alternatively, this file may be used under the terms of Open CASCADE
14 // commercial license or contractual agreement.
15
16 #ifndef NCollection_CellFilter_HeaderFile
17 #define NCollection_CellFilter_HeaderFile
18
19 #include <Standard_Real.hxx>
20 #include <NCollection_LocalArray.hxx>
21 #include <NCollection_Array1.hxx>
22 #include <NCollection_List.hxx>
23 #include <NCollection_Map.hxx>
24 #include <NCollection_DataMap.hxx>
25 #include <NCollection_IncAllocator.hxx>
26 #include <NCollection_TypeDef.hxx>
27
28 //! Auxiliary enumeration serving as responce from method Inspect
29 enum NCollection_CellFilter_Action 
30 {
31   CellFilter_Keep  = 0, //!< Target is needed and should be kept
32   CellFilter_Purge = 1  //!< Target is not needed and can be removed from the current cell
33 };
34
35 /**
36  * A data structure for sorting geometric objects (called targets) in 
37  * n-dimensional space into cells, with associated algorithm for fast checking 
38  * of coincidence (overlapping, intersection, etc.) with other objects 
39  * (called here bullets).
40  *
41  * Description
42  * 
43  * The algorithm is based on hash map, thus it has linear time of initialization 
44  * (O(N) where N is number of cells covered by added targets) and constant-time 
45  * search for one bullet (more precisely, O(M) where M is number of cells covered 
46  * by the bullet).
47  *
48  * The idea behind the algorithm is to separate each co-ordinate of the space 
49  * into equal-size cells. Note that this works well when cell size is 
50  * approximately equal to the characteristic size of the involved objects 
51  * (targets and bullets; including tolerance eventually used for coincidence 
52  * check). 
53  *
54  * Usage
55  *
56  * The target objects to be searched are added to the tool by methods Add(); 
57  * each target is classified as belonging to some cell(s). The data on cells 
58  * (list of targets found in each one) are stored in the hash map with key being 
59  * cumulative index of the cell by all co-ordinates.
60  * Thus the time needed to find targets in some cell is O(1) * O(number of 
61  * targets in the cell).
62  *
63  * As soon as all the targets are added, the algorithm is ready to check for 
64  * coincidence.
65  * To find the targets coincident with any given bullet, it checks all the 
66  * candidate targets in the cell(s) covered by the bullet object 
67  * (methods Inspect()).
68  *
69  * The methods Add() and Inspect() have two flavours each: one accepts
70  * single point identifying one cell, another accept two points specifying
71  * the range of cells. It should be noted that normally at least one of these
72  * methods is called as for range of cells: either due to objects having non-
73  * zero size, or in order to account for the tolerance when objects are points.
74  *
75  * The set of targets can be modified during the process: new targets can be
76  * added by Add(), existing targets can be removed by Remove().
77  *
78  * Implementation
79  *
80  * The algorithm is implemented as template class, thus it is capable to 
81  * work with objects of any type. The only argument of the template should be 
82  * the specific class providing all necessary features required by the 
83  * algorithm:
84  *
85  * - typedef "Target" defining type of target objects.
86  *   This type must have copy constructor
87  *
88  * - typedef "Point" defining type of geometrical points used 
89  *
90  * - enum Dimension whose value must be dimension of the point
91  *
92  * - method Coord() returning value of the i-th coordinate of the point:
93  *
94  *   static Standard_Real Coord (int i, const Point& thePnt);
95  *
96  *   Note that index i is from 0 to Dimension-1.
97  *
98  * - method IsEqual() used by Remove() to identify objects to be removed:
99  *
100  *   Standard_Boolean IsEqual (const Target& theT1, const Target& theT2);
101  *
102  * - method Inspect() performing necessary actions on the candidate target 
103  *   object (usially comparison with the currently checked bullet object):
104  *
105  *   NCollection_CellFilter_Action Inspect (const Target& theObject);
106  *
107  *   The returned value can be used to command CellFilter
108  *   to remove the inspected item from the current cell; this allows
109  *   to exclude the items that has been processed and are not needed any 
110  *   more in further search (for better performance).
111  *
112  *   Note that method Inspect() can be const and/or virtual.
113  */
114
115 template <class Inspector> class NCollection_CellFilter
116 {
117 public:
118   typedef TYPENAME Inspector::Target Target;
119   typedef TYPENAME Inspector::Point  Point;
120
121 public:
122
123   //! Constructor; initialized by dimension count and cell size.
124   //!
125   //! Note: the cell size must be ensured to be greater than
126   //! maximal co-ordinate of the involved points divided by INT_MAX,
127   //! in order to avoid integer overflow of cell index.
128   //! 
129   //! By default cell size is 0, which is invalid; thus if default
130   //! constructor is used, the tool must be initialized later with
131   //! appropriate cell size by call to Reset()
132   //! Constructor when dimension count is unknown at compilation time.
133   NCollection_CellFilter (const Standard_Integer theDim,
134                           const Standard_Real theCellSize = 0,
135                           const Handle(NCollection_IncAllocator)& theAlloc = 0)
136   : myCellSize(0, theDim - 1)
137   {
138     myDim = theDim;
139     Reset (theCellSize, theAlloc);
140   }
141
142   //! Constructor when dimenstion count is known at compilation time.
143   NCollection_CellFilter (const Standard_Real theCellSize = 0,
144                           const Handle(NCollection_IncAllocator)& theAlloc = 0)
145   : myCellSize(0, Inspector::Dimension - 1)
146   {
147     myDim = Inspector::Dimension;
148     Reset (theCellSize, theAlloc);
149   }
150
151   //! Clear the data structures, set new cell size and allocator
152   void Reset (Standard_Real theCellSize, 
153               const Handle(NCollection_IncAllocator)& theAlloc=0)
154   {
155     for (int i=0; i < myDim; i++)
156       myCellSize(i) = theCellSize;
157     resetAllocator ( theAlloc );
158   }
159
160   //! Clear the data structures and set new cell sizes and allocator
161   void Reset (NCollection_Array1<Standard_Real>& theCellSize, 
162               const Handle(NCollection_IncAllocator)& theAlloc=0)
163   {
164     myCellSize = theCellSize;
165     resetAllocator ( theAlloc );
166   }
167   
168   //! Adds a target object for further search at a point (into only one cell)
169   void Add (const Target& theTarget, const Point &thePnt)
170   {
171     Cell aCell (thePnt, myCellSize);
172     add (aCell, theTarget);
173   }
174
175   //! Adds a target object for further search in the range of cells 
176   //! defined by two points (the first point must have all co-ordinates equal or
177   //! less than the same co-ordinate of the second point)
178   void Add (const Target& theTarget, 
179             const Point &thePntMin, const Point &thePntMax)
180   {
181     // get cells range by minimal and maximal co-ordinates
182     Cell aCellMin (thePntMin, myCellSize);
183     Cell aCellMax (thePntMax, myCellSize);
184     Cell aCell = aCellMin;
185     // add object recursively into all cells in range
186     iterateAdd (myDim-1, aCell, aCellMin, aCellMax, theTarget);
187   }
188
189   //! Find a target object at a point and remove it from the structures.
190   //! For usage of this method "operator ==" should be defined for Target.
191   void Remove (const Target& theTarget, const Point &thePnt)
192   {
193     Cell aCell (thePnt, myCellSize);
194     remove (aCell, theTarget);
195   }
196
197   //! Find a target object in the range of cells defined by two points and
198   //! remove it from the structures
199   //! (the first point must have all co-ordinates equal or
200   //! less than the same co-ordinate of the second point).
201   //! For usage of this method "operator ==" should be defined for Target.
202   void Remove (const Target& theTarget, 
203                const Point &thePntMin, const Point &thePntMax)
204   {
205     // get cells range by minimal and maximal co-ordinates
206     Cell aCellMin (thePntMin, myCellSize);
207     Cell aCellMax (thePntMax, myCellSize);
208     Cell aCell = aCellMin;
209     // remove object recursively from all cells in range
210     iterateRemove (myDim-1, aCell, aCellMin, aCellMax, theTarget);
211   }
212
213   //! Inspect all targets in the cell corresponding to the given point
214   void Inspect (const Point& thePnt, Inspector &theInspector) 
215   {
216     Cell aCell (thePnt, myCellSize);
217     inspect (aCell, theInspector);
218   }
219
220   //! Inspect all targets in the cells range limited by two given points
221   //! (the first point must have all co-ordinates equal or
222   //! less than the same co-ordinate of the second point)
223   void Inspect (const Point& thePntMin, const Point& thePntMax, 
224                 Inspector &theInspector) 
225   {
226     // get cells range by minimal and maximal co-ordinates
227     Cell aCellMin (thePntMin, myCellSize);
228     Cell aCellMax (thePntMax, myCellSize);
229     Cell aCell = aCellMin;
230     // inspect object recursively into all cells in range
231     iterateInspect (myDim-1, aCell, 
232                     aCellMin, aCellMax, theInspector);
233   }
234
235 #if defined(__SUNPRO_CC) && (__SUNPRO_CC <= 0x530)
236 public: // work-around against obsolete SUN WorkShop 5.3 compiler
237 #else
238 protected:
239 #endif
240  
241   /**
242    * Auxiliary class for storing points belonging to the cell as the list
243    */
244   struct ListNode
245   {
246     ListNode()
247     {
248       // Empty constructor is forbidden.
249       throw Standard_NoSuchObject("NCollection_CellFilter::ListNode()");
250     }
251
252     Target Object;
253     ListNode *Next;
254   };
255
256   /**
257    * Auxilary structure representing a cell in the space. 
258    * Cells are stored in the map, each cell contains list of objects 
259    * that belong to that cell.
260    */
261   struct Cell
262   {
263   public:
264
265     //! Constructor; computes cell indices
266     Cell (const Point& thePnt, 
267           const NCollection_Array1<Standard_Real>& theCellSize)
268       : index(theCellSize.Size()),
269         Objects(0)
270     {
271       for (int i = 0; i < theCellSize.Size(); i++)
272       {
273           Standard_Real val = (Standard_Real)(Inspector::Coord(i, thePnt) / theCellSize(theCellSize.Lower() + i));
274           //If the value of index is greater than
275           //INT_MAX it is decreased correspondingly for the value of INT_MAX. If the value
276           //of index is less than INT_MIN it is increased correspondingly for the absolute
277           //value of INT_MIN.
278           index[i] = long((val > INT_MAX - 1) ? fmod(val, (Standard_Real) INT_MAX) 
279                                                : (val < INT_MIN + 1) ? fmod(val, (Standard_Real) INT_MIN)
280                                                                      : val);
281       }
282     }
283
284     //! Copy constructor: ensure that list is not deleted twice
285     Cell (const Cell& theOther)
286       : index(theOther.index.Size())
287     {
288       (*this) = theOther;
289     }
290
291     //! Assignment operator: ensure that list is not deleted twice
292     void operator = (const Cell& theOther)
293     {
294       Standard_Integer aDim = Standard_Integer(theOther.index.Size());
295       for(Standard_Integer anIdx = 0; anIdx < aDim; anIdx++)
296         index[anIdx] = theOther.index[anIdx];
297
298       Objects = theOther.Objects;
299       ((Cell&)theOther).Objects = 0;
300     }
301
302     //! Destructor; calls destructors for targets contained in the list
303     ~Cell ()
304     {
305       for ( ListNode* aNode = Objects; aNode; aNode = aNode->Next )
306         aNode->Object.~Target();
307       // note that list nodes need not to be freed, since IncAllocator is used
308       Objects = 0;
309     }
310
311     //! Compare cell with other one
312     Standard_Boolean IsEqual (const Cell& theOther) const
313     {
314       Standard_Integer aDim = Standard_Integer(theOther.index.Size());
315       for (int i=0; i < aDim; i++) 
316         if ( index[i] != theOther.index[i] ) return Standard_False;
317       return Standard_True;
318     }
319
320     //! Compute hash code
321     Standard_Integer HashCode (const Standard_Integer theUpper) const
322     {
323       // number of bits per each dimension in the hash code
324       Standard_Integer aDim = Standard_Integer(index.Size());
325       const Standard_Size aShiftBits = (BITS(long)-1) / aDim;
326       long aCode=0;
327       for (int i=0; i < aDim; i++)
328         aCode = ( aCode << aShiftBits ) ^ index[i];
329       return (unsigned)aCode % theUpper;
330     }
331
332   public:
333     NCollection_LocalArray<long, 10> index;
334     ListNode *Objects;
335   };
336
337   // definition of global functions is needed for map
338   friend Standard_Integer HashCode (const Cell &aCell, const Standard_Integer theUpper)
339   { return aCell.HashCode(theUpper); }
340   friend Standard_Boolean IsEqual (const Cell &aCell1, const Cell &aCell2)
341   { return aCell1.IsEqual(aCell2); }
342
343 protected:
344
345   //! Reset allocator to the new one
346   void resetAllocator (const Handle(NCollection_IncAllocator)& theAlloc)
347   {
348     if ( theAlloc.IsNull() )
349       myAllocator = new NCollection_IncAllocator;
350     else 
351       myAllocator = theAlloc;
352     myCells.Clear ( myAllocator );
353   }
354   
355   //! Add a new target object into the specified cell
356   void add (const Cell& theCell, const Target& theTarget)
357   {
358     // add a new cell or get reference to existing one
359     Cell& aMapCell = (Cell&)myCells.Added (theCell);
360
361     // create a new list node and add it to the beginning of the list
362     ListNode* aNode = (ListNode*)myAllocator->Allocate(sizeof(ListNode));
363     new (&aNode->Object) Target (theTarget);
364     aNode->Next = aMapCell.Objects;
365     aMapCell.Objects = aNode;
366   }
367
368   //! Internal addition function, performing iteration for adjacent cells
369   //! by one dimension; called recursively to cover all dimensions
370   void iterateAdd (int idim, Cell &theCell, 
371                    const Cell& theCellMin, const Cell& theCellMax, 
372                    const Target& theTarget)
373   {
374     int start = theCellMin.index[idim];
375     int end   = theCellMax.index[idim];
376     for (int i=start; i <= end; i++) {
377       theCell.index[idim] = i;
378       if ( idim ) // recurse
379         iterateAdd (idim-1, theCell, theCellMin, theCellMax, theTarget);
380       else // add to this cell
381         add (theCell, theTarget);
382     }
383   }
384   
385   //! Remove the target object from the specified cell
386   void remove (const Cell& theCell, const Target& theTarget)
387   {
388     // check if any objects are recorded in that cell
389     if ( ! myCells.Contains (theCell) ) 
390       return;
391
392     // iterate by objects in the cell and check each
393     Cell& aMapCell = (Cell&)myCells.Added (theCell);
394     ListNode* aNode = aMapCell.Objects;
395     ListNode* aPrev = NULL;
396     while (aNode)
397     {
398       ListNode* aNext = aNode->Next;
399       if (Inspector::IsEqual (aNode->Object, theTarget))
400       {
401         aNode->Object.~Target();
402         (aPrev ? aPrev->Next : aMapCell.Objects) = aNext;
403         // note that aNode itself need not to be freed, since IncAllocator is used
404       }
405       else
406         aPrev = aNode;
407       aNode = aNext;
408     }
409   }
410
411   //! Internal removal function, performing iteration for adjacent cells
412   //! by one dimension; called recursively to cover all dimensions
413   void iterateRemove (int idim, Cell &theCell, 
414                       const Cell& theCellMin, const Cell& theCellMax, 
415                       const Target& theTarget)
416   {
417     int start = theCellMin.index[idim];
418     int end   = theCellMax.index[idim];
419     for (int i=start; i <= end; i++) {
420       theCell.index[idim] = i;
421       if ( idim ) // recurse
422         iterateRemove (idim-1, theCell, theCellMin, theCellMax, theTarget);
423       else // remove from this cell
424         remove (theCell, theTarget);
425     }
426   }
427
428   //! Inspect the target objects in the specified cell.
429   void inspect (const Cell& theCell, Inspector& theInspector) 
430   {
431     // check if any objects are recorded in that cell
432     if ( ! myCells.Contains (theCell) ) 
433       return;
434
435     // iterate by objects in the cell and check each
436     Cell& aMapCell = (Cell&)myCells.Added (theCell);
437     ListNode* aNode = aMapCell.Objects;
438     ListNode* aPrev = NULL;
439     while(aNode) {
440       ListNode* aNext = aNode->Next;
441       NCollection_CellFilter_Action anAction = 
442         theInspector.Inspect (aNode->Object);
443       // delete items requested to be purged
444       if ( anAction == CellFilter_Purge ) {
445         aNode->Object.~Target();
446         (aPrev ? aPrev->Next : aMapCell.Objects) = aNext;
447         // note that aNode itself need not to be freed, since IncAllocator is used
448       }
449       else
450         aPrev = aNode;
451       aNode = aNext;      
452     }
453   }
454
455   //! Inspect the target objects in the specified range of the cells
456   void iterateInspect (int idim, Cell &theCell, 
457                        const Cell& theCellMin, const Cell& theCellMax, 
458                        Inspector& theInspector) 
459   {
460     int start = theCellMin.index[idim];
461     int end   = theCellMax.index[idim];
462     for (int i=start; i <= end; i++) {
463       theCell.index[idim] = i;
464       if ( idim ) // recurse
465         iterateInspect (idim-1, theCell, theCellMin, theCellMax, theInspector);
466       else // inspect this cell
467         inspect (theCell, theInspector);
468     }
469   }
470
471 protected:
472   Standard_Integer myDim;
473   Handle(NCollection_BaseAllocator) myAllocator;
474   NCollection_Map<Cell>             myCells;
475   NCollection_Array1<Standard_Real> myCellSize;
476 };
477
478 /**
479  * Base class defining part of the Inspector interface 
480  * for CellFilter algorithm, working with gp_XYZ points in 3d space
481  */
482
483 class gp_XYZ;
484 struct NCollection_CellFilter_InspectorXYZ
485 {
486   //! Points dimension
487   enum { Dimension = 3 };
488
489   //! Points type
490   typedef gp_XYZ Point;
491
492   //! Access to co-ordinate
493   static Standard_Real Coord (int i, const Point &thePnt) { return thePnt.Coord(i+1); }
494   
495   //! Auxiliary method to shift point by each coordinate on given value;
496   //! useful for preparing a points range for Inspect with tolerance
497   Point Shift (const Point& thePnt, Standard_Real theTol) const 
498   { return Point (thePnt.X() + theTol, thePnt.Y() + theTol, thePnt.Z() + theTol); }
499 };
500
501 /**
502  * Base class defining part of the Inspector interface 
503  * for CellFilter algorithm, working with gp_XY points in 2d space
504  */
505
506 class gp_XY;
507 struct NCollection_CellFilter_InspectorXY
508 {
509   //! Points dimension
510   enum { Dimension = 2 };
511
512   //! Points type
513   typedef gp_XY Point;
514
515   //! Access to co-ordinate
516   static Standard_Real Coord (int i, const Point &thePnt) { return thePnt.Coord(i+1); }
517
518   //! Auxiliary method to shift point by each coordinate on given value;
519   //! useful for preparing a points range for Inspect with tolerance
520   Point Shift (const Point& thePnt, Standard_Real theTol) const 
521   { return Point (thePnt.X() + theTol, thePnt.Y() + theTol); }
522 };
523
524 #endif