include/llvm/ADT/DenseMap.h

   1 //===- llvm/ADT/DenseMap.h - Dense probed hash table ------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the DenseMap class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_ADT_DENSEMAP_H
  15 #define LLVM_ADT_DENSEMAP_H
  16
  17 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  18 #include "llvm/Support/PointerLikeTypeTraits.h"
  19 #include "llvm/Support/type_traits.h"
  20 #include "llvm/ADT/DenseMapInfo.h"
  21 #include <iterator>
  22 #include <new>
  23 #include <utility>
  24 #include <cassert>
  25 #include <cstddef>
  26 #include <cstring>
  27
  28 namespace llvm {
  29
  30 template<typename KeyT, typename ValueT,
  31          typename KeyInfoT = DenseMapInfo<KeyT>,
  32          typename ValueInfoT = DenseMapInfo<ValueT>, bool IsConst = false>
  33 class DenseMapIterator;
  34
  35 template<typename KeyT, typename ValueT,
  36          typename KeyInfoT = DenseMapInfo<KeyT>,
  37          typename ValueInfoT = DenseMapInfo<ValueT> >
  38 class DenseMap {
  39   typedef std::pair<KeyT, ValueT> BucketT;
  40   unsigned NumBuckets;
  41   BucketT *Buckets;
  42
  43   unsigned NumEntries;
  44   unsigned NumTombstones;
  45 public:
  46   typedef KeyT key_type;
  47   typedef ValueT mapped_type;
  48   typedef BucketT value_type;
  49
  50   DenseMap(const DenseMap &other) {
  51     NumBuckets = 0;
  52     CopyFrom(other);
  53   }
  54
  55   explicit DenseMap(unsigned NumInitBuckets = 64) {
  56     init(NumInitBuckets);
  57   }
  58
  59   template<typename InputIt>
  60   DenseMap(const InputIt &I, const InputIt &E) {
  61     init(64);
  62     insert(I, E);
  63   }
  64
  65   ~DenseMap() {
  66     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey(), TombstoneKey = getTombstoneKey();
  67     for (BucketT *P = Buckets, *E = Buckets+NumBuckets; P != E; ++P) {
  68       if (!KeyInfoT::isEqual(P->first, EmptyKey) &&
  69           !KeyInfoT::isEqual(P->first, TombstoneKey))
  70         P->second.~ValueT();
  71       P->first.~KeyT();
  72     }
  73 #ifndef NDEBUG
  74     memset(Buckets, 0x5a, sizeof(BucketT)*NumBuckets);
  75 #endif
  76     operator delete(Buckets);
  77   }
  78
  79   typedef DenseMapIterator<KeyT, ValueT, KeyInfoT> iterator;
  80   typedef DenseMapIterator<KeyT, ValueT,
  81                            KeyInfoT, ValueInfoT, true> const_iterator;
  82   inline iterator begin() {
  83     // When the map is empty, avoid the overhead of AdvancePastEmptyBuckets().
  84     return empty() ? end() : iterator(Buckets, Buckets+NumBuckets);
  85   }
  86   inline iterator end() {
  87     return iterator(Buckets+NumBuckets, Buckets+NumBuckets);
  88   }
  89   inline const_iterator begin() const {
  90     return empty() ? end() : const_iterator(Buckets, Buckets+NumBuckets);
  91   }
  92   inline const_iterator end() const {
  93     return const_iterator(Buckets+NumBuckets, Buckets+NumBuckets);
  94   }
  95
  96   bool empty() const { return NumEntries == 0; }
  97   unsigned size() const { return NumEntries; }
  98
  99   /// Grow the densemap so that it has at least Size buckets. Does not shrink
 100   void resize(size_t Size) { grow(Size); }
 101
 102   void clear() {
 103     if (NumEntries == 0 && NumTombstones == 0) return;
 104
 105     // If the capacity of the array is huge, and the # elements used is small,
 106     // shrink the array.
 107     if (NumEntries * 4 < NumBuckets && NumBuckets > 64) {
 108       shrink_and_clear();
 109       return;
 110     }
 111
 112     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey(), TombstoneKey = getTombstoneKey();
 113     for (BucketT *P = Buckets, *E = Buckets+NumBuckets; P != E; ++P) {
 114       if (!KeyInfoT::isEqual(P->first, EmptyKey)) {
 115         if (!KeyInfoT::isEqual(P->first, TombstoneKey)) {
 116           P->second.~ValueT();
 117           --NumEntries;
 118         }
 119         P->first = EmptyKey;
 120       }
 121     }
 122     assert(NumEntries == 0 && "Node count imbalance!");
 123     NumTombstones = 0;
 124   }
 125
 126   /// count - Return true if the specified key is in the map.
 127   bool count(const KeyT &Val) const {
 128     BucketT *TheBucket;
 129     return LookupBucketFor(Val, TheBucket);
 130   }
 131
 132   iterator find(const KeyT &Val) {
 133     BucketT *TheBucket;
 134     if (LookupBucketFor(Val, TheBucket))
 135       return iterator(TheBucket, Buckets+NumBuckets);
 136     return end();
 137   }
 138   const_iterator find(const KeyT &Val) const {
 139     BucketT *TheBucket;
 140     if (LookupBucketFor(Val, TheBucket))
 141       return const_iterator(TheBucket, Buckets+NumBuckets);
 142     return end();
 143   }
 144
 145   /// lookup - Return the entry for the specified key, or a default
 146   /// constructed value if no such entry exists.
 147   ValueT lookup(const KeyT &Val) const {
 148     BucketT *TheBucket;
 149     if (LookupBucketFor(Val, TheBucket))
 150       return TheBucket->second;
 151     return ValueT();
 152   }
 153
 154   // Inserts key,value pair into the map if the key isn't already in the map.
 155   // If the key is already in the map, it returns false and doesn't update the
 156   // value.
 157   std::pair<iterator, bool> insert(const std::pair<KeyT, ValueT> &KV) {
 158     BucketT *TheBucket;
 159     if (LookupBucketFor(KV.first, TheBucket))
 160       return std::make_pair(iterator(TheBucket, Buckets+NumBuckets),
 161                             false); // Already in map.
 162
 163     // Otherwise, insert the new element.
 164     TheBucket = InsertIntoBucket(KV.first, KV.second, TheBucket);
 165     return std::make_pair(iterator(TheBucket, Buckets+NumBuckets),
 166                           true);
 167   }
 168
 169   /// insert - Range insertion of pairs.
 170   template<typename InputIt>
 171   void insert(InputIt I, InputIt E) {
 172     for (; I != E; ++I)
 173       insert(*I);
 174   }
 175
 176
 177   bool erase(const KeyT &Val) {
 178     BucketT *TheBucket;
 179     if (!LookupBucketFor(Val, TheBucket))
 180       return false; // not in map.
 181
 182     TheBucket->second.~ValueT();
 183     TheBucket->first = getTombstoneKey();
 184     --NumEntries;
 185     ++NumTombstones;
 186     return true;
 187   }
 188   void erase(iterator I) {
 189     BucketT *TheBucket = &*I;
 190     TheBucket->second.~ValueT();
 191     TheBucket->first = getTombstoneKey();
 192     --NumEntries;
 193     ++NumTombstones;
 194   }
 195
 196   void swap(DenseMap& RHS) {
 197     std::swap(NumBuckets, RHS.NumBuckets);
 198     std::swap(Buckets, RHS.Buckets);
 199     std::swap(NumEntries, RHS.NumEntries);
 200     std::swap(NumTombstones, RHS.NumTombstones);
 201   }
 202
 203   value_type& FindAndConstruct(const KeyT &Key) {
 204     BucketT *TheBucket;
 205     if (LookupBucketFor(Key, TheBucket))
 206       return *TheBucket;
 207
 208     return *InsertIntoBucket(Key, ValueT(), TheBucket);
 209   }
 210
 211   ValueT &operator[](const KeyT &Key) {
 212     return FindAndConstruct(Key).second;
 213   }
 214
 215   DenseMap& operator=(const DenseMap& other) {
 216     CopyFrom(other);
 217     return *this;
 218   }
 219
 220   /// isPointerIntoBucketsArray - Return true if the specified pointer points
 221   /// somewhere into the DenseMap's array of buckets (i.e. either to a key or
 222   /// value in the DenseMap).
 223   bool isPointerIntoBucketsArray(const void *Ptr) const {
 224     return Ptr >= Buckets && Ptr < Buckets+NumBuckets;
 225   }
 226
 227   /// getPointerIntoBucketsArray() - Return an opaque pointer into the buckets
 228   /// array.  In conjunction with the previous method, this can be used to
 229   /// determine whether an insertion caused the DenseMap to reallocate.
 230   const void *getPointerIntoBucketsArray() const { return Buckets; }
 231
 232 private:
 233   void CopyFrom(const DenseMap& other) {
 234     if (NumBuckets != 0 &&
 235         (!isPodLike<KeyInfoT>::value || !isPodLike<ValueInfoT>::value)) {
 236       const KeyT EmptyKey = getEmptyKey(), TombstoneKey = getTombstoneKey();
 237       for (BucketT *P = Buckets, *E = Buckets+NumBuckets; P != E; ++P) {
 238         if (!KeyInfoT::isEqual(P->first, EmptyKey) &&
 239             !KeyInfoT::isEqual(P->first, TombstoneKey))
 240           P->second.~ValueT();
 241         P->first.~KeyT();
 242       }
 243     }
 244
 245     NumEntries = other.NumEntries;
 246     NumTombstones = other.NumTombstones;
 247
 248     if (NumBuckets) {
 249 #ifndef NDEBUG
 250       memset(Buckets, 0x5a, sizeof(BucketT)*NumBuckets);
 251 #endif
 252       operator delete(Buckets);
 253     }
 254     Buckets = static_cast<BucketT*>(operator new(sizeof(BucketT) *
 255                                                  other.NumBuckets));
 256
 257     if (isPodLike<KeyInfoT>::value && isPodLike<ValueInfoT>::value)
 258       memcpy(Buckets, other.Buckets, other.NumBuckets * sizeof(BucketT));
 259     else
 260       for (size_t i = 0; i < other.NumBuckets; ++i) {
 261         new (&Buckets[i].first) KeyT(other.Buckets[i].first);
 262         if (!KeyInfoT::isEqual(Buckets[i].first, getEmptyKey()) &&
 263             !KeyInfoT::isEqual(Buckets[i].first, getTombstoneKey()))
 264           new (&Buckets[i].second) ValueT(other.Buckets[i].second);
 265       }
 266     NumBuckets = other.NumBuckets;
 267   }
 268
 269   BucketT *InsertIntoBucket(const KeyT &Key, const ValueT &Value,
 270                             BucketT *TheBucket) {
 271     // If the load of the hash table is more than 3/4, or if fewer than 1/8 of
 272     // the buckets are empty (meaning that many are filled with tombstones),
 273     // grow the table.
 274     //
 275     // The later case is tricky.  For example, if we had one empty bucket with
 276     // tons of tombstones, failing lookups (e.g. for insertion) would have to
 277     // probe almost the entire table until it found the empty bucket.  If the
 278     // table completely filled with tombstones, no lookup would ever succeed,
 279     // causing infinite loops in lookup.
 280     ++NumEntries;
 281     if (NumEntries*4 >= NumBuckets*3 ||
 282         NumBuckets-(NumEntries+NumTombstones) < NumBuckets/8) {
 283       this->grow(NumBuckets * 2);
 284       LookupBucketFor(Key, TheBucket);
 285     }
 286
 287     // If we are writing over a tombstone, remember this.
 288     if (!KeyInfoT::isEqual(TheBucket->first, getEmptyKey()))
 289       --NumTombstones;
 290
 291     TheBucket->first = Key;
 292     new (&TheBucket->second) ValueT(Value);
 293     return TheBucket;
 294   }
 295
 296   static unsigned getHashValue(const KeyT &Val) {
 297     return KeyInfoT::getHashValue(Val);
 298   }
 299   static const KeyT getEmptyKey() {
 300     return KeyInfoT::getEmptyKey();
 301   }
 302   static const KeyT getTombstoneKey() {
 303     return KeyInfoT::getTombstoneKey();
 304   }
 305
 306   /// LookupBucketFor - Lookup the appropriate bucket for Val, returning it in
 307   /// FoundBucket.  If the bucket contains the key and a value, this returns
 308   /// true, otherwise it returns a bucket with an empty marker or tombstone and
 309   /// returns false.
 310   bool LookupBucketFor(const KeyT &Val, BucketT *&FoundBucket) const {
 311     unsigned BucketNo = getHashValue(Val);
 312     unsigned ProbeAmt = 1;
 313     BucketT *BucketsPtr = Buckets;
 314
 315     // FoundTombstone - Keep track of whether we find a tombstone while probing.
 316     BucketT *FoundTombstone = 0;
 317     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey();
 318     const KeyT TombstoneKey = getTombstoneKey();
 319     assert(!KeyInfoT::isEqual(Val, EmptyKey) &&
 320            !KeyInfoT::isEqual(Val, TombstoneKey) &&
 321            "Empty/Tombstone value shouldn't be inserted into map!");
 322
 323     while (1) {
 324       BucketT *ThisBucket = BucketsPtr + (BucketNo & (NumBuckets-1));
 325       // Found Val's bucket?  If so, return it.
 326       if (KeyInfoT::isEqual(ThisBucket->first, Val)) {
 327         FoundBucket = ThisBucket;
 328         return true;
 329       }
 330
 331       // If we found an empty bucket, the key doesn't exist in the set.
 332       // Insert it and return the default value.
 333       if (KeyInfoT::isEqual(ThisBucket->first, EmptyKey)) {
 334         // If we've already seen a tombstone while probing, fill it in instead
 335         // of the empty bucket we eventually probed to.
 336         if (FoundTombstone) ThisBucket = FoundTombstone;
 337         FoundBucket = FoundTombstone ? FoundTombstone : ThisBucket;
 338         return false;
 339       }
 340
 341       // If this is a tombstone, remember it.  If Val ends up not in the map, we
 342       // prefer to return it than something that would require more probing.
 343       if (KeyInfoT::isEqual(ThisBucket->first, TombstoneKey) && !FoundTombstone)
 344         FoundTombstone = ThisBucket;  // Remember the first tombstone found.
 345
 346       // Otherwise, it's a hash collision or a tombstone, continue quadratic
 347       // probing.
 348       BucketNo += ProbeAmt++;
 349     }
 350   }
 351
 352   void init(unsigned InitBuckets) {
 353     NumEntries = 0;
 354     NumTombstones = 0;
 355     NumBuckets = InitBuckets;
 356     assert(InitBuckets && (InitBuckets & (InitBuckets-1)) == 0 &&
 357            "# initial buckets must be a power of two!");
 358     Buckets = static_cast<BucketT*>(operator new(sizeof(BucketT)*InitBuckets));
 359     // Initialize all the keys to EmptyKey.
 360     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey();
 361     for (unsigned i = 0; i != InitBuckets; ++i)
 362       new (&Buckets[i].first) KeyT(EmptyKey);
 363   }
 364
 365   void grow(unsigned AtLeast) {
 366     unsigned OldNumBuckets = NumBuckets;
 367     BucketT *OldBuckets = Buckets;
 368
 369     // Double the number of buckets.
 370     while (NumBuckets < AtLeast)
 371       NumBuckets <<= 1;
 372     NumTombstones = 0;
 373     Buckets = static_cast<BucketT*>(operator new(sizeof(BucketT)*NumBuckets));
 374
 375     // Initialize all the keys to EmptyKey.
 376     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey();
 377     for (unsigned i = 0, e = NumBuckets; i != e; ++i)
 378       new (&Buckets[i].first) KeyT(EmptyKey);
 379
 380     // Insert all the old elements.
 381     const KeyT TombstoneKey = getTombstoneKey();
 382     for (BucketT *B = OldBuckets, *E = OldBuckets+OldNumBuckets; B != E; ++B) {
 383       if (!KeyInfoT::isEqual(B->first, EmptyKey) &&
 384           !KeyInfoT::isEqual(B->first, TombstoneKey)) {
 385         // Insert the key/value into the new table.
 386         BucketT *DestBucket;
 387         bool FoundVal = LookupBucketFor(B->first, DestBucket);
 388         FoundVal = FoundVal; // silence warning.
 389         assert(!FoundVal && "Key already in new map?");
 390         DestBucket->first = B->first;
 391         new (&DestBucket->second) ValueT(B->second);
 392
 393         // Free the value.
 394         B->second.~ValueT();
 395       }
 396       B->first.~KeyT();
 397     }
 398
 399 #ifndef NDEBUG
 400     memset(OldBuckets, 0x5a, sizeof(BucketT)*OldNumBuckets);
 401 #endif
 402     // Free the old table.
 403     operator delete(OldBuckets);
 404   }
 405
 406   void shrink_and_clear() {
 407     unsigned OldNumBuckets = NumBuckets;
 408     BucketT *OldBuckets = Buckets;
 409
 410     // Reduce the number of buckets.
 411     NumBuckets = NumEntries > 32 ? 1 << (Log2_32_Ceil(NumEntries) + 1)
 412                                  : 64;
 413     NumTombstones = 0;
 414     Buckets = static_cast<BucketT*>(operator new(sizeof(BucketT)*NumBuckets));
 415
 416     // Initialize all the keys to EmptyKey.
 417     const KeyT EmptyKey = getEmptyKey();
 418     for (unsigned i = 0, e = NumBuckets; i != e; ++i)
 419       new (&Buckets[i].first) KeyT(EmptyKey);
 420
 421     // Free the old buckets.
 422     const KeyT TombstoneKey = getTombstoneKey();
 423     for (BucketT *B = OldBuckets, *E = OldBuckets+OldNumBuckets; B != E; ++B) {
 424       if (!KeyInfoT::isEqual(B->first, EmptyKey) &&
 425           !KeyInfoT::isEqual(B->first, TombstoneKey)) {
 426         // Free the value.
 427         B->second.~ValueT();
 428       }
 429       B->first.~KeyT();
 430     }
 431
 432 #ifndef NDEBUG
 433     memset(OldBuckets, 0x5a, sizeof(BucketT)*OldNumBuckets);
 434 #endif
 435     // Free the old table.
 436     operator delete(OldBuckets);
 437
 438     NumEntries = 0;
 439   }
 440 };
 441
 442 template<typename KeyT, typename ValueT,
 443          typename KeyInfoT, typename ValueInfoT, bool IsConst>
 444 class DenseMapIterator {
 445   typedef std::pair<KeyT, ValueT> Bucket;
 446   typedef DenseMapIterator<KeyT, ValueT,
 447                            KeyInfoT, ValueInfoT, true> ConstIterator;
 448   friend class DenseMapIterator<KeyT, ValueT, KeyInfoT, ValueInfoT, true>;
 449 public:
 450   typedef ptrdiff_t difference_type;
 451   typedef typename conditional<IsConst, const Bucket, Bucket>::type value_type;
 452   typedef value_type *pointer;
 453   typedef value_type &reference;
 454   typedef std::forward_iterator_tag iterator_category;
 455 private:
 456   pointer Ptr, End;
 457 public:
 458   DenseMapIterator() : Ptr(0), End(0) {}
 459
 460   DenseMapIterator(pointer Pos, pointer E) : Ptr(Pos), End(E) {
 461     AdvancePastEmptyBuckets();
 462   }
 463
 464   // If IsConst is true this is a converting constructor from iterator to
 465   // const_iterator and the default copy constructor is used.
 466   // Otherwise this is a copy constructor for iterator.
 467   DenseMapIterator(const DenseMapIterator<KeyT, ValueT,
 468                                           KeyInfoT, ValueInfoT, false>& I)
 469     : Ptr(I.Ptr), End(I.End) {}
 470
 471   reference operator*() const {
 472     return *Ptr;
 473   }
 474   pointer operator->() const {
 475     return Ptr;
 476   }
 477
 478   bool operator==(const ConstIterator &RHS) const {
 479     return Ptr == RHS.operator->();
 480   }
 481   bool operator!=(const ConstIterator &RHS) const {
 482     return Ptr != RHS.operator->();
 483   }
 484
 485   inline DenseMapIterator& operator++() {  // Preincrement
 486     ++Ptr;
 487     AdvancePastEmptyBuckets();
 488     return *this;
 489   }
 490   DenseMapIterator operator++(int) {  // Postincrement
 491     DenseMapIterator tmp = *this; ++*this; return tmp;
 492   }
 493
 494 private:
 495   void AdvancePastEmptyBuckets() {
 496     const KeyT Empty = KeyInfoT::getEmptyKey();
 497     const KeyT Tombstone = KeyInfoT::getTombstoneKey();
 498
 499     while (Ptr != End &&
 500            (KeyInfoT::isEqual(Ptr->first, Empty) ||
 501             KeyInfoT::isEqual(Ptr->first, Tombstone)))
 502       ++Ptr;
 503   }
 504 };
 505
 506 } // end namespace llvm
 507
 508 #endif