Remove unused vars
[libcds.git] / cds / container / impl / ellen_bintree_set.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef __CDS_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_SET_H
4 #define __CDS_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_SET_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     /// Set based on Ellen's et al binary search tree
14     /** @ingroup cds_nonintrusive_set
15         @ingroup cds_nonintrusive_tree
16         @anchor cds_container_EllenBinTreeSet
17
18         Source:
19             - [2010] F.Ellen, P.Fatourou, E.Ruppert, F.van Breugel "Non-blocking Binary Search Tree"
20
21         %EllenBinTreeSet is an unbalanced leaf-oriented binary search tree that implements the <i>set</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 \p T currently in
24         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 set. \p Key type is a subset of \p T type.
27         There should be exactly defined a key extracting functor for converting object of type \p T to
28         object of type \p Key.
29
30         Due to \p extract_min and \p extract_max member functions the \p %EllenBinTreeSet 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 the implementation of 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, cds::gc::DHP
44         - \p Key - key type, a subset of \p T
45         - \p T - type to be stored in tree's leaf nodes.
46         - \p Traits - set traits, default is \p ellen_bintree::traits
47             It is possible to declare option-based tree with \p ellen_bintree::make_set_traits metafunction
48             instead of \p Traits template argument.
49
50         @note Do not include <tt><cds/container/impl/ellen_bintree_set.h></tt> header file directly.
51         There are header file for each GC type:
52         - <tt><cds/container/ellen_bintree_set_hp.h></tt> - for \p cds::gc::HP
53         - <tt><cds/container/ellen_bintree_set_dhp.h></tt> - for \p cds::gc::DHP
54         - <tt><cds/container/ellen_bintree_set_rcu.h></tt> - for RCU GC
55             (see \ref cds_container_EllenBinTreeSet_rcu "RCU-based EllenBinTreeSet")
56
57         @anchor cds_container_EllenBinTreeSet_less
58         <b>Predicate requirements</b>
59
60         \p Traits::less, \p Traits::compare and other predicates using with member fuctions should accept at least parameters
61         of type \p T and \p Key in any combination.
62         For example, for \p Foo struct with \p std::string key field the appropiate \p less functor is:
63         \code
64         struct Foo
65         {
66             std::string m_strKey;
67             ...
68         };
69
70         struct less {
71             bool operator()( Foo const& v1, Foo const& v2 ) const
72             { return v1.m_strKey < v2.m_strKey ; }
73
74             bool operator()( Foo const& v, std::string const& s ) const
75             { return v.m_strKey < s ; }
76
77             bool operator()( std::string const& s, Foo const& v ) const
78             { return s < v.m_strKey ; }
79
80             // Support comparing std::string and char const *
81             bool operator()( std::string const& s, char const * p ) const
82             { return s.compare(p) < 0 ; }
83
84             bool operator()( Foo const& v, char const * p ) const
85             { return v.m_strKey.compare(p) < 0 ; }
86
87             bool operator()( char const * p, std::string const& s ) const
88             { return s.compare(p) > 0; }
89
90             bool operator()( char const * p, Foo const& v ) const
91             { return v.m_strKey.compare(p) > 0; }
92         };
93         \endcode
94     */
95     template <
96         class GC,
97         typename Key,
98         typename T,
99 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
100         class Traits = ellen_bintree::traits
101 #else
102         class Traits
103 #endif
104     >
105     class EllenBinTreeSet
106 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
107         : public cds::intrusive::EllenBinTree< GC, Key, T, Traits >
108 #else
109         : public ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_set< GC, Key, T, Traits >::type
110 #endif
111     {
112         //@cond
113         typedef ellen_bintree::details::make_ellen_bintree_set< GC, Key, T, Traits > maker;
114         typedef typename maker::type base_class;
115         //@endcond
116
117     public:
118         typedef GC      gc;         ///< Garbage collector
119         typedef Key     key_type;   ///< type of a key to be stored in internal nodes; key is a part of \p value_type
120         typedef T       value_type; ///< type of value to be stored in the binary tree
121         typedef Traits  traits;    ///< Traits template parameter
122
123 #   ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
124         typedef implementation_defined key_comparator  ;    ///< key compare functor based on opt::compare and opt::less option setter.
125 #   else
126         typedef typename maker::intrusive_traits::compare   key_comparator;
127 #   endif
128         typedef typename base_class::item_counter           item_counter;  ///< Item counting policy used
129         typedef typename base_class::memory_model           memory_model;  ///< Memory ordering. See cds::opt::memory_model option
130         typedef typename base_class::stat                   stat;          ///< internal statistics type
131         typedef typename traits::key_extractor              key_extractor; ///< key extracting functor
132         typedef typename traits::back_off                   back_off;      ///< Back-off strategy
133
134         typedef typename traits::allocator                  allocator_type;   ///< Allocator for leaf nodes
135         typedef typename base_class::node_allocator         node_allocator;   ///< Internal node allocator
136         typedef typename base_class::update_desc_allocator  update_desc_allocator; ///< Update descriptor allocator
137
138     protected:
139         //@cond
140         typedef typename maker::cxx_leaf_node_allocator cxx_leaf_node_allocator;
141         typedef typename base_class::value_type         leaf_node;
142         typedef typename base_class::internal_node      internal_node;
143
144         typedef std::unique_ptr< leaf_node, typename maker::leaf_deallocator > scoped_node_ptr;
145         //@endcond
146
147     public:
148         /// Guarded pointer
149         typedef cds::gc::guarded_ptr< gc, leaf_node, value_type, details::guarded_ptr_cast_set<leaf_node, value_type> > guarded_ptr;
150
151     public:
152         /// Default constructor
153         EllenBinTreeSet()
154             : base_class()
155         {}
156
157         /// Clears the set
158         ~EllenBinTreeSet()
159         {}
160
161         /// Inserts new node
162         /**
163             The function creates a node with copy of \p val value
164             and then inserts the node created into the set.
165
166             The type \p Q should contain at least the complete key for the node.
167             The object of \ref value_type should be constructible from a value of type \p Q.
168             In trivial case, \p Q is equal to \ref value_type.
169
170             Returns \p true if \p val is inserted into the set, \p false otherwise.
171         */
172         template <typename Q>
173         bool insert( Q const& val )
174         {
175             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( val ));
176             if ( base_class::insert( *sp.get() )) {
177                 sp.release();
178                 return true;
179             }
180             return false;
181         }
182
183         /// Inserts new node
184         /**
185             The function allows to split creating of new item into two part:
186             - create item with key only
187             - insert new item into the set
188             - if inserting is success, calls  \p f functor to initialize value-fields of \p val.
189
190             The functor signature is:
191             \code
192                 void func( value_type& val );
193             \endcode
194             where \p val is the item inserted. User-defined functor \p f should guarantee that during changing
195             \p val no any other changes could be made on this set's item by concurrent threads.
196             The user-defined functor is called only if the inserting is success.
197         */
198         template <typename Q, typename Func>
199         bool insert( Q const& val, Func f )
200         {
201             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( val ));
202             if ( base_class::insert( *sp.get(), [&f]( leaf_node& val ) { f( val.m_Value ); } )) {
203                 sp.release();
204                 return true;
205             }
206             return false;
207         }
208
209         /// Ensures that the item exists in the set
210         /**
211             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
212
213             If the \p val key not found in the set, then the new item created from \p val
214             is inserted into the set. Otherwise, the functor \p func is called with the item found.
215             The functor \p Func should be a function with signature:
216             \code
217                 void func( bool bNew, value_type& item, const Q& val );
218             \endcode
219             or a functor:
220             \code
221                 struct my_functor {
222                     void operator()( bool bNew, value_type& item, const Q& val );
223                 };
224             \endcode
225
226             with arguments:
227             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
228             - \p item - item of the set
229             - \p val - argument \p key passed into the \p ensure function
230
231             The functor may change non-key fields of the \p item; however, \p func must guarantee
232             that during changing no any other modifications could be made on this item by concurrent threads.
233
234             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
235             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
236             already is in the set.
237
238             @warning See \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting"
239         */
240         template <typename Q, typename Func>
241         std::pair<bool, bool> ensure( const Q& val, Func func )
242         {
243             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( val ));
244             std::pair<bool, bool> bRes = base_class::ensure( *sp,
245                 [&func, &val](bool bNew, leaf_node& node, leaf_node&){ func( bNew, node.m_Value, val ); });
246             if ( bRes.first && bRes.second )
247                 sp.release();
248             return bRes;
249         }
250
251         /// Inserts data of type \p value_type created in-place from \p args
252         /**
253             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
254         */
255         template <typename... Args>
256         bool emplace( Args&&... args )
257         {
258             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( std::forward<Args>(args)... ));
259             if ( base_class::insert( *sp.get() )) {
260                 sp.release();
261                 return true;
262             }
263             return false;
264         }
265
266         /// Delete \p key from the set
267         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_val
268
269             The item comparator should be able to compare the type \p value_type
270             and the type \p Q.
271
272             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
273         */
274         template <typename Q>
275         bool erase( Q const& key )
276         {
277             return base_class::erase( key );
278         }
279
280         /// Deletes the item from the set using \p pred predicate for searching
281         /**
282             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_val "erase(Q const&)"
283             but \p pred is used for key comparing.
284             \p Less functor has the interface like \p std::less.
285             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
286         */
287         template <typename Q, typename Less>
288         bool erase_with( Q const& key, Less pred )
289         {
290             CDS_UNUSED( pred );
291             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
292         }
293
294         /// Delete \p key from the set
295         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_func
296
297             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
298             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
299
300             The functor \p Func interface:
301             \code
302             struct extractor {
303                 void operator()(value_type const& val);
304             };
305             \endcode
306
307             Since the key of MichaelHashSet's \p value_type is not explicitly specified,
308             template parameter \p Q defines the key type searching in the list.
309             The list item comparator should be able to compare the type \p T of list item
310             and the type \p Q.
311
312             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
313         */
314         template <typename Q, typename Func>
315         bool erase( Q const& key, Func f )
316         {
317             return base_class::erase( key, [&f]( leaf_node const& node) { f( node.m_Value ); } );
318         }
319
320         /// Deletes the item from the set using \p pred predicate for searching
321         /**
322             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_func "erase(Q const&, Func)"
323             but \p pred is used for key comparing.
324             \p Less functor has the interface like \p std::less.
325             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
326         */
327         template <typename Q, typename Less, typename Func>
328         bool erase_with( Q const& key, Less pred, Func f )
329         {
330             CDS_UNUSED( pred );
331             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
332                 [&f]( leaf_node const& node) { f( node.m_Value ); } );
333         }
334
335         /// Extracts an item with minimal key from the set
336         /**
337             If the set is not empty, the function returns \p true, \p result contains a pointer to minimum value.
338             If the set is empty, the function returns \p false, \p result is left unchanged.
339
340             @note Due the concurrent nature of the set, the function extracts <i>nearly</i> minimum key.
341             It means that the function gets leftmost leaf of the tree and tries to unlink it.
342             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key less than leftmost item's key.
343             So, the function returns the item with minimum key at the moment of tree traversing.
344
345             The guarded pointer \p dest prevents deallocation of returned item,
346             see cds::gc::guarded_ptr for explanation.
347             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
348         */
349         bool extract_min( guarded_ptr& result )
350         {
351             return base_class::extract_min_( result.guard() );
352         }
353
354         /// Extracts an item with maximal key from the set
355         /**
356             If the set is not empty, the function returns \p true, \p result contains a pointer to maximal value.
357             If the set is empty, the function returns \p false, \p result is left unchanged.
358
359             @note Due the concurrent nature of the set, the function extracts <i>nearly</i> maximal key.
360             It means that the function gets rightmost leaf of the tree and tries to unlink it.
361             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key great than leftmost item's key.
362             So, the function returns the item with maximum key at the moment of tree traversing.
363
364             The guarded pointer \p dest prevents deallocation of returned item,
365             see cds::gc::guarded_ptr for explanation.
366             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
367         */
368         bool extract_max( guarded_ptr& result )
369         {
370             return base_class::extract_max_( result.guard() );
371         }
372
373         /// Extracts an item from the tree
374         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_extract
375             The function searches an item with key equal to \p key in the tree,
376             unlinks it, and returns pointer to an item found in \p result parameter.
377             If the item  is not found the function returns \p false.
378
379             The guarded pointer \p dest prevents deallocation of returned item,
380             see cds::gc::guarded_ptr for explanation.
381             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
382         */
383         template <typename Q>
384         bool extract( guarded_ptr& result, Q const& key )
385         {
386             return base_class::extract_( result.guard(), key );
387         }
388
389         /// Extracts an item from the set using \p pred for searching
390         /**
391             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_extract "extract(guarded_ptr& dest, Q const&)"
392             but \p pred is used for key compare.
393             \p Less has the interface like \p std::less.
394             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
395         */
396         template <typename Q, typename Less>
397         bool extract_with( guarded_ptr& result, Q const& key, Less pred )
398         {
399             CDS_UNUSED( pred );
400             return base_class::extract_with_( result.guard(), key,
401                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
402         }
403
404         /// Find the key \p key
405         /**
406             @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_func
407
408             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
409             The interface of \p Func functor is:
410             \code
411             struct functor {
412                 void operator()( value_type& item, Q& key );
413             };
414             \endcode
415             where \p item is the item found, \p key is the <tt>find</tt> function argument.
416
417             The functor may change non-key fields of \p item. Note that the functor is only guarantee
418             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
419             The functor does not serialize simultaneous access to the set's \p item. If such access is
420             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
421
422             The \p key argument is non-const since it can be used as \p f functor destination i.e., the functor
423             can modify both arguments.
424
425             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
426             should accept a parameter of type \p Q that may be not the same as \p value_type.
427
428             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
429         */
430         template <typename Q, typename Func>
431         bool find( Q& key, Func f )
432         {
433             return base_class::find( key, [&f]( leaf_node& node, Q& v ) { f( node.m_Value, v ); });
434         }
435         //@cond
436         template <typename Q, typename Func>
437         bool find( Q const& key, Func f )
438         {
439             return base_class::find( key, [&f]( leaf_node& node, Q const& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
440         }
441         //@endcond
442
443         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
444         /**
445             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_func "find(Q&, Func)"
446             but \p pred is used for key comparing.
447             \p Less functor has the interface like \p std::less.
448             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
449         */
450         template <typename Q, typename Less, typename Func>
451         bool find_with( Q& key, Less pred, Func f )
452         {
453             CDS_UNUSED( pred );
454             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
455                 [&f]( leaf_node& node, Q& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
456         }
457         //@cond
458         template <typename Q, typename Less, typename Func>
459         bool find_with( Q const& key, Less pred, Func f )
460         {
461             CDS_UNUSED( pred );
462             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
463                                           [&f]( leaf_node& node, Q const& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
464         }
465         //@endcond
466
467         /// Find the key \p key
468         /** @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_val
469
470             The function searches the item with key equal to \p key
471             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
472
473             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
474             should accept a parameter of type \p Q that may be not the same as \ref value_type.
475         */
476         template <typename Q>
477         bool find( Q const & key )
478         {
479             return base_class::find( key );
480         }
481
482         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
483         /**
484             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_val "find(Q const&)"
485             but \p pred is used for key comparing.
486             \p Less functor has the interface like \p std::less.
487             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
488         */
489         template <typename Q, typename Less>
490         bool find_with( Q const& key, Less pred )
491         {
492             CDS_UNUSED( pred );
493             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
494         }
495
496         /// Finds \p key and returns the item found
497         /** @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_get
498             The function searches the item with key equal to \p key and returns the item found in \p result parameter.
499             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
500
501             The guarded pointer \p dest prevents deallocation of returned item,
502             see cds::gc::guarded_ptr for explanation.
503             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
504         */
505         template <typename Q>
506         bool get( guarded_ptr& result, Q const& key )
507         {
508             return base_class::get_( result.guard(), key );
509         }
510
511         /// Finds \p key with predicate \p pred and returns the item found
512         /**
513             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_get "get(guarded_ptr&, Q const&)"
514             but \p pred is used for key comparing.
515             \p Less functor has the interface like \p std::less.
516             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
517         */
518         template <typename Q, typename Less>
519         bool get_with( guarded_ptr& result, Q const& key, Less pred )
520         {
521             CDS_UNUSED( pred );
522             return base_class::get_with_( result.guard(), key,
523                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >() );
524         }
525
526         /// Clears the set (not atomic)
527         /**
528             The function unlink all items from the tree.
529             The function is not atomic, thus, in multi-threaded environment with parallel insertions
530             this sequence
531             \code
532             set.clear();
533             assert( set.empty() );
534             \endcode
535             the assertion could be raised.
536
537             For each leaf the \ref disposer will be called after unlinking.
538         */
539         void clear()
540         {
541             base_class::clear();
542         }
543
544         /// Checks if the set is empty
545         bool empty() const
546         {
547             return base_class::empty();
548         }
549
550         /// Returns item count in the set
551         /**
552             Only leaf nodes containing user data are counted.
553
554             The value returned depends on item counter type provided by \p Traits template parameter.
555             If it is \p atomicity::empty_item_counter this function always returns 0.
556
557             The function is not suitable for checking the tree emptiness, use \p empty()
558             member function for this purpose.
559         */
560         size_t size() const
561         {
562             return base_class::size();
563         }
564
565         /// Returns const reference to internal statistics
566         stat const& statistics() const
567         {
568             return base_class::statistics();
569         }
570
571         /// Checks internal consistency (not atomic, not thread-safe)
572         /**
573             The debugging function to check internal consistency of the tree.
574         */
575         bool check_consistency() const
576         {
577             return base_class::check_consistency();
578         }
579     };
580
581 }} // namespace cds::container
582
583 #endif // #ifndef __CDS_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_SET_H