Removed unused implementation_tag typedef
[libcds.git] / cds / container / impl / ellen_bintree_set.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_SET_H
4 #define CDSLIB_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 typename gc::template guarded_ptr< 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         /// Updates the node
210         /**
211             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
212
213             If the item \p val is not found in the set, then \p val is inserted into the set
214             iff \p bAllowInsert is \p true.
215             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
216             The functor \p func signature is:
217             \code
218                 struct my_functor {
219                     void operator()( bool bNew, value_type& item, const Q& val );
220                 };
221             \endcode
222             with arguments:
223             with arguments:
224             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
225             - \p item - item of the set
226             - \p val - argument \p key passed into the \p %update() function
227
228             The functor can change non-key fields of the \p item; however, \p func must guarantee
229             that during changing no any other modifications could be made on this item by concurrent threads.
230
231             Returns std::pair<bool, bool> where \p first is \p true if operation is successfull,
232             i.e. the node has been inserted or updated,
233             \p second is \p true if new item has been added or \p false if the item with \p key
234             already exists.
235
236             @warning See \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting"
237         */
238         template <typename Q, typename Func>
239         std::pair<bool, bool> update( const Q& val, Func func, bool bAllowInsert = true )
240         {
241             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( val ));
242             std::pair<bool, bool> bRes = base_class::update( *sp,
243                 [&func, &val](bool bNew, leaf_node& node, leaf_node&){ func( bNew, node.m_Value, val ); },
244                 bAllowInsert );
245             if ( bRes.first && bRes.second )
246                 sp.release();
247             return bRes;
248         }
249         //@cond
250         template <typename Q, typename Func>
251         CDS_DEPRECATED("ensure() is deprecated, use update()")
252         std::pair<bool, bool> ensure( const Q& val, Func func )
253         {
254             return update( val, func, true );
255         }
256         //@endcond
257
258         /// Inserts data of type \p value_type created in-place from \p args
259         /**
260             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
261         */
262         template <typename... Args>
263         bool emplace( Args&&... args )
264         {
265             scoped_node_ptr sp( cxx_leaf_node_allocator().New( std::forward<Args>(args)... ));
266             if ( base_class::insert( *sp.get() )) {
267                 sp.release();
268                 return true;
269             }
270             return false;
271         }
272
273         /// Delete \p key from the set
274         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_val
275
276             The item comparator should be able to compare the type \p value_type
277             and the type \p Q.
278
279             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
280         */
281         template <typename Q>
282         bool erase( Q const& key )
283         {
284             return base_class::erase( key );
285         }
286
287         /// Deletes the item from the set using \p pred predicate for searching
288         /**
289             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_val "erase(Q const&)"
290             but \p pred is used for key comparing.
291             \p Less functor has the interface like \p std::less.
292             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
293         */
294         template <typename Q, typename Less>
295         bool erase_with( Q const& key, Less pred )
296         {
297             CDS_UNUSED( pred );
298             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
299         }
300
301         /// Delete \p key from the set
302         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_func
303
304             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
305             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
306
307             The functor \p Func interface:
308             \code
309             struct extractor {
310                 void operator()(value_type const& val);
311             };
312             \endcode
313
314             Since the key of MichaelHashSet's \p value_type is not explicitly specified,
315             template parameter \p Q defines the key type searching in the list.
316             The list item comparator should be able to compare the type \p T of list item
317             and the type \p Q.
318
319             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
320         */
321         template <typename Q, typename Func>
322         bool erase( Q const& key, Func f )
323         {
324             return base_class::erase( key, [&f]( leaf_node const& node) { f( node.m_Value ); } );
325         }
326
327         /// Deletes the item from the set using \p pred predicate for searching
328         /**
329             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_erase_func "erase(Q const&, Func)"
330             but \p pred is used for key comparing.
331             \p Less functor has the interface like \p std::less.
332             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
333         */
334         template <typename Q, typename Less, typename Func>
335         bool erase_with( Q const& key, Less pred, Func f )
336         {
337             CDS_UNUSED( pred );
338             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
339                 [&f]( leaf_node const& node) { f( node.m_Value ); } );
340         }
341
342         /// Extracts an item with minimal key from the set
343         /**
344             If the set is not empty, the function returns a guarded pointer to minimum value.
345             If the set is empty, the function returns an empty \p guarded_ptr.
346
347             @note Due the concurrent nature of the set, the function extracts <i>nearly</i> minimum key.
348             It means that the function gets leftmost leaf of the tree and tries to unlink it.
349             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key less than leftmost item's key.
350             So, the function returns the item with minimum key at the moment of tree traversing.
351
352             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
353             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
354             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
355         */
356         guarded_ptr extract_min()
357         {
358             guarded_ptr gp;
359             base_class::extract_min_( gp.guard() );
360             return gp;
361         }
362
363         /// Extracts an item with maximal key from the set
364         /**
365             If the set is not empty, the function returns a guarded pointer to maximal value.
366             If the set is empty, the function returns an empty \p guarded_ptr.
367
368             @note Due the concurrent nature of the set, the function extracts <i>nearly</i> maximal key.
369             It means that the function gets rightmost leaf of the tree and tries to unlink it.
370             During unlinking, a concurrent thread may insert an item with key great than leftmost item's key.
371             So, the function returns the item with maximum key at the moment of tree traversing.
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         guarded_ptr extract_max()
378         {
379             guarded_ptr gp;
380             base_class::extract_max_( gp.guard() );
381             return gp;
382         }
383
384         /// Extracts an item from the tree
385         /** \anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_extract
386             The function searches an item with key equal to \p key in the tree,
387             unlinks it, and returns an guarded pointer to it.
388             If the item  is not found the function returns an empty \p guarded_ptr.
389
390             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
391             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
392             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
393         */
394         template <typename Q>
395         guarded_ptr extract( Q const& key )
396         {
397             guarded_ptr gp;
398             base_class::extract_( gp.guard(), key );
399             return gp;
400         }
401
402         /// Extracts an item from the set using \p pred for searching
403         /**
404             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_extract "extract(Q const&)"
405             but \p pred is used for key compare.
406             \p Less has the interface like \p std::less.
407             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
408         */
409         template <typename Q, typename Less>
410         guarded_ptr extract_with( Q const& key, Less pred )
411         {
412             CDS_UNUSED( pred );
413             guarded_ptr gp;
414             base_class::extract_with_( gp.guard(), key,
415                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
416             return gp;
417         }
418
419         /// Find the key \p key
420         /**
421             @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_func
422
423             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
424             The interface of \p Func functor is:
425             \code
426             struct functor {
427                 void operator()( value_type& item, Q& key );
428             };
429             \endcode
430             where \p item is the item found, \p key is the <tt>find</tt> function argument.
431
432             The functor may change non-key fields of \p item. Note that the functor is only guarantee
433             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
434             The functor does not serialize simultaneous access to the set's \p item. If such access is
435             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
436
437             The \p key argument is non-const since it can be used as \p f functor destination i.e., the functor
438             can modify both arguments.
439
440             Note the hash functor specified for class \p Traits template parameter
441             should accept a parameter of type \p Q that may be not the same as \p value_type.
442
443             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
444         */
445         template <typename Q, typename Func>
446         bool find( Q& key, Func f )
447         {
448             return base_class::find( key, [&f]( leaf_node& node, Q& v ) { f( node.m_Value, v ); });
449         }
450         //@cond
451         template <typename Q, typename Func>
452         bool find( Q const& key, Func f )
453         {
454             return base_class::find( key, [&f]( leaf_node& node, Q const& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
455         }
456         //@endcond
457
458         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
459         /**
460             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_find_func "find(Q&, Func)"
461             but \p pred is used for key comparing.
462             \p Less functor has the interface like \p std::less.
463             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
464         */
465         template <typename Q, typename Less, typename Func>
466         bool find_with( Q& key, Less pred, Func f )
467         {
468             CDS_UNUSED( pred );
469             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
470                 [&f]( leaf_node& node, Q& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
471         }
472         //@cond
473         template <typename Q, typename Less, typename Func>
474         bool find_with( Q const& key, Less pred, Func f )
475         {
476             CDS_UNUSED( pred );
477             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >(),
478                                           [&f]( leaf_node& node, Q const& v ) { f( node.m_Value, v ); } );
479         }
480         //@endcond
481
482         /// Checks whether the set contains \p key
483         /**
484             The function searches the item with key equal to \p key
485             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
486         */
487         template <typename Q>
488         bool contains( Q const & key )
489         {
490             return base_class::contains( key );
491         }
492         //@cond
493         // Deprecated, use contains()
494         template <typename Q>
495         bool find( Q const & key )
496         {
497             return contains( key );
498         }
499         //@endcond
500
501         /// Checks whether the set contains \p key using \p pred predicate for searching
502         /**
503             The function is similar to <tt>contains( key )</tt> but \p pred is used for key comparing.
504             \p Less functor has the interface like \p std::less.
505             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the set.
506         */
507         template <typename Q, typename Less>
508         bool contains( Q const& key, Less pred )
509         {
510             CDS_UNUSED( pred );
511             return base_class::contains( key, cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >());
512         }
513         //@cond
514         // Deprecated, use contains()
515         template <typename Q, typename Less>
516         bool find_with( Q const& key, Less pred )
517         {
518             return contains( key, pred );
519         }
520         //@endcond
521
522         /// Finds \p key and returns the item found
523         /** @anchor cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_get
524             The function searches the item with key equal to \p key and returns the item found as an guarded pointer.
525             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
526
527             The guarded pointer prevents deallocation of returned item,
528             see \p cds::gc::guarded_ptr for explanation.
529             @note Each \p guarded_ptr object uses the GC's guard that can be limited resource.
530         */
531         template <typename Q>
532         guarded_ptr get( Q const& key )
533         {
534             guarded_ptr gp;
535             base_class::get_( gp.guard(), key );
536             return gp;
537         }
538
539         /// Finds \p key with predicate \p pred and returns the item found
540         /**
541             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_EllenBinTreeSet_get "get(Q const&)"
542             but \p pred is used for key comparing.
543             \p Less functor has the interface like \p std::less.
544             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the set.
545         */
546         template <typename Q, typename Less>
547         guarded_ptr get_with( Q const& key, Less pred )
548         {
549             CDS_UNUSED(pred);
550             guarded_ptr gp;
551             base_class::get_with_( gp.guard(), key,
552                 cds::details::predicate_wrapper< leaf_node, Less, typename maker::value_accessor >() );
553             return gp;
554         }
555
556         /// Clears the set (not atomic)
557         /**
558             The function unlink all items from the tree.
559             The function is not atomic, thus, in multi-threaded environment with parallel insertions
560             this sequence
561             \code
562             set.clear();
563             assert( set.empty() );
564             \endcode
565             the assertion could be raised.
566
567             For each leaf the \ref disposer will be called after unlinking.
568         */
569         void clear()
570         {
571             base_class::clear();
572         }
573
574         /// Checks if the set is empty
575         bool empty() const
576         {
577             return base_class::empty();
578         }
579
580         /// Returns item count in the set
581         /**
582             Only leaf nodes containing user data are counted.
583
584             The value returned depends on item counter type provided by \p Traits template parameter.
585             If it is \p atomicity::empty_item_counter this function always returns 0.
586
587             The function is not suitable for checking the tree emptiness, use \p empty()
588             member function for this purpose.
589         */
590         size_t size() const
591         {
592             return base_class::size();
593         }
594
595         /// Returns const reference to internal statistics
596         stat const& statistics() const
597         {
598             return base_class::statistics();
599         }
600
601         /// Checks internal consistency (not atomic, not thread-safe)
602         /**
603             The debugging function to check internal consistency of the tree.
604         */
605         bool check_consistency() const
606         {
607             return base_class::check_consistency();
608         }
609     };
610
611 }} // namespace cds::container
612
613 #endif // #ifndef CDSLIB_CONTAINER_IMPL_ELLEN_BINTREE_SET_H