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