Split up set2 unit test to reduce compiling time and memory
[libcds.git] / cds / container / impl / ellen_bintree_map.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_MAP_H
4 #define CDSLIB_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_MAP_H
5
6 #include <type_traits>
7 #include <cds/container/details/ellen_bintree_base.h>
8 #include <cds/intrusive/impl/ellen_bintree.h>
9 #include <cds/container/details/guarded_ptr_cast.h>
10
11 namespace cds { namespace container {
12
13     /// Map based on Ellen's et al binary search tree
14     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
15         @ingroup cds_nonintrusive_tree
16         @anchor cds_container_EllenBinTreeMap
17
18         Source:
19             - [2010] F.Ellen, P.Fatourou, E.Ruppert, F.van Breugel "Non-blocking Binary Search Tree"
20
21         %EllenBinTreeMap is an unbalanced leaf-oriented binary search tree that implements the <i>map</i>
22         abstract data type. Nodes maintains child pointers but not parent pointers.
23         Every internal node has exactly two children, and all data of type <tt>std::pair<Key const, T></tt>
24         currently in the tree are stored in the leaves. Internal nodes of the tree are used to direct \p find
25         operation along the path to the correct leaf. The keys (of \p Key type) stored in internal nodes
26         may or may not be in the map.
27         Unlike \ref cds_container_EllenBinTreeSet "EllenBinTreeSet" keys are not a part of \p T type.
28         The map can be represented as a set containing <tt>std::pair< Key const, T> </tt> values.
29
30         Due to \p extract_min and \p extract_max member functions the \p %EllenBinTreeMap can act as
31         a <i>priority queue</i>. In this case you should provide unique compound key, for example,
32         the priority value plus some uniformly distributed random value.
33
34         @warning Recall the tree is <b>unbalanced</b>. The complexity of operations is <tt>O(log N)</tt>
35         for uniformly distributed random keys, but in worst case the complexity is <tt>O(N)</tt>.
36
37         @note In the current implementation we do not use helping technique described in the original paper.
38         In Hazard Pointer schema helping is too complicated and does not give any observable benefits.
39         Instead of helping, when a thread encounters a concurrent operation it just spins waiting for
40         the operation done. Such solution allows greatly simplify implementation of the tree.
41
42         <b>Template arguments</b> :
43         - \p GC - safe memory reclamation (i.e. light-weight garbage collector) type, like \p cds::gc::HP, \p cds::gc::DHP
44         - \p Key - key type
45         - \p T - value type to be stored in tree's leaf nodes.
46         - \p Traits - map traits, default is \p ellen_bintree::traits
47             It is possible to declare option-based tree with \p ellen_bintree::make_map_traits metafunction
48             instead of \p Traits template argument.
49
50         @note Do not include <tt><cds/container/impl/ellen_bintree_map.h></tt> header file directly.
51         There are header file for each GC type:
52         - <tt><cds/container/ellen_bintree_map_hp.h></tt> - for Hazard Pointer GC cds::gc::HP
53         - <tt><cds/container/ellen_bintree_map_dhp.h></tt> - for Dynamic Hazard Pointer GC cds::gc::DHP
54         - <tt><cds/container/ellen_bintree_map_rcu.h></tt> - for RCU GC
55             (see \ref cds_container_EllenBinTreeMap_rcu "RCU-based EllenBinTreeMap")
56     */
57     template <
58         class GC,
59         typename Key,
60         typename T,
61 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
62         class Traits = ellen_bintree::traits
63 #else
64         class Traits
65 #endif
66     >
67     class EllenBinTreeMap
68 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
69         : public cds::intrusive::EllenBinTree< GC, Key, T, Traits >
70 #else
71         : public ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_map< GC, Key, T, Traits >::type
72 #endif
73     {
74         //@cond
75         typedef ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_map< GC, Key, T, Traits > maker;
76         typedef typename maker::type base_class;
77         //@endcond
78     public:
79         typedef GC      gc;          ///< Garbage collector
80         typedef Key     key_type;    ///< type of a key stored in the map
81         typedef T       mapped_type; ///< type of value stored in the map
82         typedef std::pair< key_type const, mapped_type >    value_type  ;   ///< Key-value pair stored in leaf node of the mp
83         typedef Traits  traits;      ///< Map traits
84
85 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
86         typedef implementation_defined key_comparator; ///< key compare functor based on \p Traits::compare and \p Traits::less
87 #   else
88         typedef typename maker::intrusive_traits::compare   key_comparator;
89 #   endif
90         typedef typename base_class::item_counter           item_counter; ///< Item counting policy
91         typedef typename base_class::memory_model           memory_model; ///< Memory ordering, see \p cds::opt::memory_model
92         typedef typename base_class::node_allocator         node_allocator_type; ///< allocator for maintaining internal node
93         typedef typename base_class::stat                   stat;         ///< internal statistics type
94         typedef typename traits::copy_policy                copy_policy;  ///< key copy policy
95         typedef typename traits::back_off                   back_off;      ///< Back-off strategy
96
97         typedef typename traits::allocator                  allocator_type;   ///< Allocator for leaf nodes
98         typedef typename base_class::node_allocator         node_allocator;   ///< Internal node allocator
99         typedef typename base_class::update_desc_allocator  update_desc_allocator; ///< Update descriptor allocator
100
101         //@cond
102         typedef cds::container::ellen_bintree::implementation_tag implementation_tag;
103         //@endcond
104
105     protected:
106         //@cond
107         typedef typename base_class::value_type         leaf_node;
108         typedef typename base_class::internal_node      internal_node;
109         typedef typename base_class::update_desc        update_desc;
110
111         typedef typename maker::cxx_leaf_node_allocator cxx_leaf_node_allocator;
112
113         typedef std::unique_ptr< leaf_node, typename maker::leaf_deallocator >    scoped_node_ptr;
114         //@endcond
115
116     public:
117         /// Guarded pointer
118         typedef typename gc::template guarded_ptr< leaf_node, value_type, details::guarded_ptr_cast_set<leaf_node, value_type> > guarded_ptr;
119
120     public:
121         /// Default constructor
122         EllenBinTreeMap()
123             : base_class()
124         {}
125
126         /// Clears the map
127         ~EllenBinTreeMap()
128         {}
129
130         /// Inserts new node with key and default value
131         /**
132             The function creates a node with \p key and default value, and then inserts the node created into the map.
133
134             Preconditions:
135             - The \ref key_type should be constructible from a value of type \p K.
136                 In trivial case, \p K is equal to \ref key_type.
137             - The \ref mapped_type should be default-constructible.
138
139             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
140         */
141         template <typename K>
142         bool insert( K const& key )
143         {
144             return insert_with( key, [](value_type&){} );
145         }
146
147         /// Inserts new node
148         /**
149             The function creates a node with copy of \p val value
150             and then inserts the node created into the map.
151
152             Preconditions:
153             - The \p key_type should be constructible from \p key of type \p K.
154             - The \p value_type should be constructible from \p val of type \p V.
155
156             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
157         */
158         template <typename K, typename V>
159         bool insert( K const& key, V const& val )
160         {
161             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key, val ));
162             if ( base_class::insert( *pNode ))
163             {
164                 pNode.release();
165                 return true;
166             }
167             return false;
168         }
169
170         /// Inserts new node and initialize it by a functor
171         /**
172             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
173             \p func functor with signature
174             \code
175                 struct functor {
176                     void operator()( value_type& item );
177                 };
178             \endcode
179
180             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
181             to the map's item inserted:
182                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
183                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
184
185             The key_type should be constructible from value of type \p K.
186
187             The function allows to split creating of new item into two part:
188             - create item from \p key;
189             - insert new item into the map;
190             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
191
192             This can be useful if complete initialization of object of \p value_type is heavyweight and
193             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
194         */
195         template <typename K, typename Func>
196         bool insert_with( const K& key, Func func )
197         {
198             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key ));
199             if ( base_class::insert( *pNode, [&func]( leaf_node& item ) { func( item.m_Value ); } )) {
200                 pNode.release();
201                 return true;
202             }
203             return false;
204         }
205
206         /// For key \p key inserts data of type \p value_type created in-place from \p args
207         /**
208             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
209         */
210         template <typename K, typename... Args>
211         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
212         {
213             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( std::forward<K>(key), std::forward<Args>(args)... ));
214             if ( base_class::insert( *pNode )) {
215                 pNode.release();
216                 return true;
217             }
218             return false;
219         }
220
221         /// Ensures that the \p key exists in the map
222         /**
223             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
224
225             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
226             is inserted into the map (note that in this case the \ref key_type should be
227             constructible from type \p K).
228             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
229             The functor \p Func may be a function with signature:
230             \code
231                 void func( bool bNew, value_type& item );
232             \endcode
233             or a functor:
234             \code
235                 struct my_functor {
236                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
237                 };
238             \endcode
239
240             with arguments:
241             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
242             - \p item - item of the list
243
244             The functor may change any fields of the \p item.second that is \ref value_type.
245
246             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
247             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
248             already is in the list.
249
250             @warning See \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting"
251         */
252         template <typename K, typename Func>
253         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
254         {
255             scoped_node_ptr pNode( cxx_leaf_node_allocator().New( key ));
256             std::pair<bool, bool> res = base_class::ensure( *pNode,
257                 [&func](bool bNew, leaf_node& item, leaf_node const& ){ func( bNew, item.m_Value ); }
258             );
259             if ( res.first && res.second )
260                 pNode.release();
261             return res;
262         }
263
264         /// Delete \p key from the map
265         /**\anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_erase_val
266
267             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
268         */
269         template <typename K>
270         bool erase( K const& key )
271         {
272             return base_class::erase(key);
273         }
274
275         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
276         /**
277             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_erase_val "erase(K const&)"
278             but \p pred is used for key comparing.
279             \p Less functor has the interface like \p std::less.
280             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
281         */
282         template <typename K, typename Less>
283         bool erase_with( K const& key, Less pred )
284         {
285             CDS_UNUSED( pred );
286             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >());
287         }
288
289         /// Delete \p key from the map
290         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_erase_func
291
292             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
293             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
294
295             The functor \p Func interface:
296             \code
297             struct extractor {
298                 void operator()(value_type& item) { ... }
299             };
300             \endcode
301
302             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
303         */
304         template <typename K, typename Func>
305         bool erase( K const& key, Func f )
306         {
307             return base_class::erase( key, [&f]( leaf_node& node) { f( node.m_Value ); } );
308         }
309
310         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
311         /**
312             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_erase_func "erase(K const&, Func)"
313             but \p pred is used for key comparing.
314             \p Less functor has the interface like \p std::less.
315             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
316         */
317         template <typename K, typename Less, typename Func>
318         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
319         {
320             CDS_UNUSED( pred );
321             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >(),
322                 [&f]( leaf_node& node) { f( node.m_Value ); } );
323         }
324
325         /// Extracts an item with minimal key from the map
326         /**
327             If the map is not empty, the function returns an guarded pointer to minimum value.
328             If the map is empty, the function returns an empty \p guarded_ptr.
329
330             @note Due the concurrent nature of the map, the function extracts <i>nearly</i> minimum key.
331             It means that the function gets leftmost leaf of the tree and tries to unlink it.
332             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key less than leftmost item's key.
333             So, the function returns the item with minimum key at the moment of tree traversing.
334
335             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
336             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
337             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
338         */
339         guarded_ptr extract_min()
340         {
341             guarded_ptr gp;
342             base_class::extract_min_( gp.guard() );
343             return gp;
344         }
345
346         /// Extracts an item with maximal key from the map
347         /**
348             If the map is not empty, the function returns a guarded pointer to maximal value.
349             If the map is empty, the function returns an empty \p guarded_ptr.
350
351             @note Due the concurrent nature of the map, the function extracts <i>nearly</i> maximal key.
352             It means that the function gets rightmost leaf of the tree and tries to unlink it.
353             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key great than leftmost item's key.
354             So, the function returns the item with maximum key at the moment of tree traversing.
355
356             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
357             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
358             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
359         */
360         guarded_ptr extract_max()
361         {
362             guarded_ptr gp;
363             base_class::extract_max_( gp.guard() );
364             return gp;
365         }
366
367         /// Extracts an item from the tree
368         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_extract
369             The function searches an item with key equal to \p key in the tree,
370             unlinks it, and returns a guarded pointer to an item found.
371             If the item  is not found the function returns an empty \p guarded_ptr.
372
373             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
374             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
375             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
376         */
377         template <typename Q>
378         guarded_ptr extract( Q const& key )
379         {
380             guarded_ptr gp;
381             base_class::extract_( gp.guard(), key );
382             return gp;
383         }
384
385         /// Extracts an item from the map using \p pred for searching
386         /**
387             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_extract "extract(Q const&)"
388             but \p pred is used for key compare.
389             \p Less has the interface like \p std::less.
390             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
391         */
392         template <typename Q, typename Less>
393         guarded_ptr extract_with( Q const& key, Less pred )
394         {
395             CDS_UNUSED( pred );
396             guarded_ptr gp;
397             base_class::extract_with_( gp.guard(), key,
398                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >());
399             return gp;
400         }
401
402         /// Find the key \p key
403         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_find_cfunc
404
405             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
406             The interface of \p Func functor is:
407             \code
408             struct functor {
409                 void operator()( value_type& item );
410             };
411             \endcode
412             where \p item is the item found.
413
414             The functor may change \p item.second.
415
416             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
417         */
418         template <typename K, typename Func>
419         bool find( K const& key, Func f )
420         {
421             return base_class::find( key, [&f](leaf_node& item, K const& ) { f( item.m_Value );});
422         }
423
424         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
425         /**
426             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_find_cfunc "find(K const&, Func)"
427             but \p pred is used for key comparing.
428             \p Less functor has the interface like \p std::less.
429             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
430         */
431         template <typename K, typename Less, typename Func>
432         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
433         {
434             CDS_UNUSED( pred );
435             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >(),
436                 [&f](leaf_node& item, K const& ) { f( item.m_Value );});
437         }
438
439         /// Find the key \p key
440         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_find_val
441
442             The function searches the item with key equal to \p key
443             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
444         */
445         template <typename K>
446         bool find( K const& key )
447         {
448             return base_class::find( key );
449         }
450
451         /// Finds the key \p val using \p pred predicate for searching
452         /**
453             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_find_val "find(K const&)"
454             but \p pred is used for key comparing.
455             \p Less functor has the interface like \p std::less.
456             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
457         */
458         template <typename K, typename Less>
459         bool find_with( K const& key, Less pred )
460         {
461             CDS_UNUSED( pred );
462             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >() );
463         }
464
465         /// Finds \p key and returns the item found
466         /** @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_get
467             The function searches the item with key equal to \p key and returns the item found as a guarded pointer.
468             If \p key is not foudn the function returns an empty \p guarded_ptr.
469
470             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
471             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
472             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
473         */
474         template <typename Q>
475         guarded_ptr get( Q const& key )
476         {
477             guarded_ptr gp;
478             base_class::get_( gp.guard(), key );
479             return gp;
480         }
481
482         /// Finds \p key with predicate \p pred and returns the item found
483         /**
484             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeMap_get "get(Q const&)"
485             but \p pred is used for key comparing.
486             \p Less functor has the interface like \p std::less.
487             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
488         */
489         template <typename Q, typename Less>
490         guarded_ptr get_with( Q const& key, Less pred )
491         {
492             CDS_UNUSED( pred );
493             guarded_ptr gp;
494             base_class::get_with_( gp.guard(), key,
495                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::key_accessor >() );
496             return gp;
497         }
498
499         /// Clears the map (not atomic)
500         void clear()
501         {
502             base_class::clear();
503         }
504
505         /// Checks if the map is empty
506         /**
507             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
508         */
509         bool empty() const
510         {
511             return base_class::empty();
512         }
513
514         /// Returns item count in the set
515         /**
516             Only leaf nodes containing user data are counted.
517
518             The value returned depends on item counter type provided by \p Traits template parameter.
519             If it is \p atomicity::empty_item_counter this function always returns 0.
520
521             The function is not suitable for checking the tree emptiness, use \p empty()
522             member function for this purpose.
523         */
524         size_t size() const
525         {
526             return base_class::size();
527         }
528
529         /// Returns const reference to internal statistics
530         stat const& statistics() const
531         {
532             return base_class::statistics();
533         }
534
535         /// Checks internal consistency (not atomic, not thread-safe)
536         /**
537             The debugging function to check internal consistency of the tree.
538         */
539         bool check_consistency() const
540         {
541             return base_class::check_consistency();
542         }
543
544     };
545 }} // namespace cds::container
546
547 #endif //#ifndef CDSLIB_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_MAP_H