Split up set2 unit test to reduce compiling time and memory
[libcds.git] / cds / container / split_list_map_rcu.h
1 //$$CDS-header$$
2
3 #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H
4 #define CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H
5
6 #include <cds/container/split_list_set_rcu.h>
7 #include <cds/details/binary_functor_wrapper.h>
8
9 namespace cds { namespace container {
10
11     /// Split-ordered list map (template specialization for \ref cds_urcu_desc "RCU")
12     /** @ingroup cds_nonintrusive_map
13         \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu
14
15         Hash table implementation based on split-ordered list algorithm discovered by Ori Shalev and Nir Shavit, see
16         - [2003] Ori Shalev, Nir Shavit "Split-Ordered Lists - Lock-free Resizable Hash Tables"
17         - [2008] Nir Shavit "The Art of Multiprocessor Programming"
18
19         See intrusive::SplitListSet for a brief description of the split-list algorithm.
20
21         Template parameters:
22         - \p RCU - one of \ref cds_urcu_gc "RCU type"
23         - \p Key - key type to be stored in the map
24         - \p Value - value type to be stored in the map
25         - \p Traits - type traits, default is \p split_list::traits. Instead of declaring \p %split_list::traits -based
26             struct you may apply option-based notation with \p split_list::make_traits metafunction.
27
28         <b>Iterators</b>
29
30         The class supports a forward unordered iterator (\ref iterator and \ref const_iterator).
31         You may iterate over split-list map items only under RCU lock.
32         Only in this case the iterator is thread-safe since
33         while RCU is locked any map's item cannot be reclaimed.
34         The requirement of RCU lock during iterating means that deletion of the elements
35         is not possible.
36
37         @warning The iterator object cannot be passed between threads.
38         Due to concurrent nature of split-list map it is not guarantee that you can iterate
39         all elements in the map: any concurrent deletion can exclude the element
40         pointed by the iterator from the map, and your iteration can be terminated
41         before end of the map. Therefore, such iteration is more suitable for debugging purposes
42
43         The iterator class supports the following minimalistic interface:
44         \code
45         struct iterator {
46             // Default ctor
47             iterator();
48
49             // Copy ctor
50             iterator( iterator const& s);
51
52             value_type * operator ->() const;
53             value_type& operator *() const;
54
55             // Pre-increment
56             iterator& operator ++();
57
58             // Copy assignment
59             iterator& operator = (const iterator& src);
60
61             bool operator ==(iterator const& i ) const;
62             bool operator !=(iterator const& i ) const;
63         };
64         \endcode
65         Note, the iterator object returned by \ref end, \p cend member functions points to \p nullptr and should not be dereferenced.
66
67         \par Usage
68
69         You should decide what garbage collector you want, and what ordered list you want to use. Split-ordered list
70         is original data structure based on an ordered list. Suppose, you want construct split-list map based on \p cds::urcu::general_buffered<> GC
71         and \p MichaelList as ordered list implementation. Your map should map \p int key to \p std::string value.
72         So, you beginning your program with following include:
73         \code
74         #include <cds/urcu/general_buffered.h>
75         #include <cds/container/michael_list_rcu.h>
76         #include <cds/container/split_list_map_rcu.h>
77
78         namespace cc = cds::container;
79         \endcode
80         The inclusion order is important:
81         - first, include one of \ref cds_urcu_gc "RCU implementation" (<tt>cds/urcu/general_buffered.h</tt> in our case)
82         - second, include the header of ordered-list implementation (for this example, <tt>cds/container/michael_list_rcu.h</tt>),
83         - then, the header for RCU-based split-list map <tt>cds/container/split_list_map_rcu.h</tt>.
84
85         Now, you should declare traits for split-list map. The main parts of traits are a hash functor for the map key and a comparing functor for ordered list.
86         We use \p std::hash<int> and \p std::less<int>.
87
88         The second attention: instead of using \p %MichaelList in \p %SplitListMap traits we use a tag \p ds::contaner::michael_list_tag
89         for the Michael's list.
90         The split-list requires significant support from underlying ordered list class and it is not good idea to dive you
91         into deep implementation details of split-list and ordered list interrelations. The tag paradigm simplifies split-list interface.
92
93         \code
94         // SplitListMap traits
95         struct foo_set_traits: public cc::split_list::traits
96         {
97             typedef cc::michael_list_tag   ordered_list    ;   // what type of ordered list we want to use
98             typedef std::hash<int>         hash            ;   // hash functor for the key stored in split-list map
99
100             // Type traits for our MichaelList class
101             struct ordered_list_traits: public cc::michael_list::traits
102             {
103                 typedef std::less<int> less   ;   // use our std::less predicate as comparator to order list nodes
104             };
105         };
106         \endcode
107
108         Now you are ready to declare our map class based on \p %SplitListMap:
109         \code
110         typedef cc::SplitListMap< cds::urcu::gc<cds::urcu::general_buffered<> >, int, std::string, foo_set_traits > int_string_map;
111         \endcode
112
113         You may use the modern option-based declaration instead of classic traits-based one:
114         \code
115         typedef cc:SplitListMap<
116             cds::urcu::gc<cds::urcu::general_buffered<> >  // RCU type
117             ,int                    // key type
118             ,std::string            // value type
119             ,cc::split_list::make_traits<      // metafunction to build split-list traits
120                 cc::split_list::ordered_list<cc::michael_list_tag>     // tag for underlying ordered list implementation
121                 ,cc::opt::hash< std::hash<int> >        // hash functor
122                 ,cc::split_list::ordered_list_traits<    // ordered list traits desired
123                     cc::michael_list::make_traits<    // metafunction to build lazy list traits
124                         cc::opt::less< std::less<int> >         // less-based compare functor
125                     >::type
126                 >
127             >::type
128         >  int_string_map;
129         \endcode
130         In case of option-based declaration using \p split_list::make_traits metafunction the struct \p foo_set_traits is not required.
131
132         Now, the map of type \p int_string_map is ready to use in your program.
133
134         Note that in this example we show only mandatory \p traits parts, optional ones is the default and they are inherited
135         from cds::container::split_list::traits.
136         There are many other useful options for deep tuning the split-list and ordered-list containers.
137     */
138     template <
139         class RCU,
140         typename Key,
141         typename Value,
142 #ifdef CDS_DOXYGEN_INVOKED
143         class Traits = split_list::traits
144 #else
145         class Traits
146 #endif
147     >
148     class SplitListMap< cds::urcu::gc< RCU >, Key, Value, Traits >:
149         protected container::SplitListSet<
150             cds::urcu::gc< RCU >,
151             std::pair<Key const, Value>,
152             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
153         >
154     {
155         //@cond
156         typedef container::SplitListSet<
157             cds::urcu::gc< RCU >,
158             std::pair<Key const, Value>,
159             split_list::details::wrap_map_traits<Key, Value, Traits>
160         >  base_class;
161         //@endcond
162
163     public:
164         typedef cds::urcu::gc< RCU > gc; ///< Garbage collector
165         typedef Key     key_type;    ///< key type
166         typedef Value   mapped_type; ///< type of value to be stored in the map
167         typedef Traits  traits;     ///< Map traits
168
169         typedef std::pair<key_type const, mapped_type> value_type;     ///< key-value pair type
170         typedef typename base_class::ordered_list      ordered_list;   ///< Underlying ordered list class
171         typedef typename base_class::key_comparator    key_comparator; ///< key comparison functor
172
173         typedef typename base_class::hash           hash;         ///< Hash functor for \ref key_type
174         typedef typename base_class::item_counter   item_counter; ///< Item counter type
175         typedef typename base_class::stat           stat;         ///< Internal statistics
176
177         typedef typename base_class::rcu_lock       rcu_lock;   ///< RCU scoped lock
178         typedef typename base_class::exempt_ptr     exempt_ptr; ///< pointer to extracted node
179         /// Group of \p extract_xxx functions require external locking if underlying ordered list requires that
180         static CDS_CONSTEXPR const bool c_bExtractLockExternal = base_class::c_bExtractLockExternal;
181
182         //@cond
183         typedef cds::container::split_list::implementation_tag implementation_tag;
184         //@endcond
185
186     protected:
187         //@cond
188         typedef typename base_class::maker::traits::key_accessor key_accessor;
189         //@endcond
190
191     public:
192         /// Forward iterator
193         typedef typename base_class::iterator iterator;
194
195         /// Const forward iterator
196         typedef typename base_class::const_iterator const_iterator;
197
198         /// Returns a forward iterator addressing the first element in a map
199         /**
200             For empty map \code begin() == end() \endcode
201         */
202         iterator begin()
203         {
204             return base_class::begin();
205         }
206
207         /// Returns an iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
208         /**
209             Do not use the value returned by <tt>end</tt> function to access any item.
210             The returned value can be used only to control reaching the end of the map.
211             For empty map \code begin() == end() \endcode
212         */
213         iterator end()
214         {
215             return base_class::end();
216         }
217
218         /// Returns a forward const iterator addressing the first element in a map
219         //@{
220         const_iterator begin() const
221         {
222             return base_class::begin();
223         }
224         const_iterator cbegin() const
225         {
226             return base_class::cbegin();
227         }
228         //@}
229
230         /// Returns an const iterator that addresses the location succeeding the last element in a map
231         //@{
232         const_iterator end() const
233         {
234             return base_class::end();
235         }
236         const_iterator cend() const
237         {
238             return base_class::cend();
239         }
240         //@}
241
242     public:
243         /// Initializes split-ordered map of default capacity
244         /**
245             The default capacity is defined in bucket table constructor.
246             See \p intrusive::split_list::expandable_bucket_table, \p intrusive::split_list::static_bucket_table
247             which selects by \p split_list::dynamic_bucket_table option.
248         */
249         SplitListMap()
250             : base_class()
251         {}
252
253         /// Initializes split-ordered map
254         SplitListMap(
255             size_t nItemCount           ///< estimated average item count
256             , size_t nLoadFactor = 1    ///< load factor - average item count per bucket. Small integer up to 10, default is 1.
257             )
258             : base_class( nItemCount, nLoadFactor )
259         {}
260
261     public:
262         /// Inserts new node with key and default value
263         /**
264             The function creates a node with \p key and the default value, and then inserts the node created into the map.
265
266             Preconditions:
267             - The \p key_type should be constructible from value of type \p K.
268             - The \p mapped_type should be default-constructible.
269
270             The function applies RCU lock internally.
271
272             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
273         */
274         template <typename K>
275         bool insert( K const& key )
276         {
277             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
278             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ) );
279         }
280
281         /// Inserts new node
282         /**
283             The function creates a node with copy of \p val value
284             and then inserts the node into the map.
285
286             Preconditions:
287             - The \p key_type should be constructible from \p key of type \p K.
288             - The \p mapped_type should be constructible from \p val of type \p V.
289
290             The function applies RCU lock internally.
291
292             Returns \p true if \p val is inserted into the map, \p false otherwise.
293         */
294         template <typename K, typename V>
295         bool insert( K const& key, V const& val )
296         {
297             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
298             return base_class::insert( std::make_pair(key, val) );
299         }
300
301         /// Inserts new node and initialize it by a functor
302         /**
303             This function inserts new node with key \p key and if inserting is successful then it calls
304             \p func functor with signature
305             \code
306                 struct functor {
307                     void operator()( value_type& item );
308                 };
309             \endcode
310
311             The argument \p item of user-defined functor \p func is the reference
312             to the map's item inserted:
313                 - <tt>item.first</tt> is a const reference to item's key that cannot be changed.
314                 - <tt>item.second</tt> is a reference to item's value that may be changed.
315
316             It should be keep in mind that concurrent modifications of \p <tt>item.second</tt> in \p func body
317             should be careful. You shouldf guarantee that during changing item's value in \p func no any other changes
318             could be made on this \p item by concurrent threads.
319
320             \p func is called only if inserting is successful.
321
322             The function allows to split creating of new item into two part:
323             - create item from \p key;
324             - insert new item into the map;
325             - if inserting is successful, initialize the value of item by calling \p func functor
326
327             This can be useful if complete initialization of object of \p mapped_type is heavyweight and
328             it is preferable that the initialization should be completed only if inserting is successful.
329
330             The function applies RCU lock internally.
331         */
332         template <typename K, typename Func>
333         bool insert_with( K const& key, Func func )
334         {
335             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
336             return base_class::insert( std::make_pair( key, mapped_type() ), func );
337         }
338
339         /// For key \p key inserts data of type \p mapped_type created in-place from \p args
340         /**
341             \p key_type should be constructible from type \p K
342
343             The function applies RCU lock internally.
344
345             Returns \p true if inserting successful, \p false otherwise.
346         */
347         template <typename K, typename... Args>
348         bool emplace( K&& key, Args&&... args )
349         {
350             return base_class::emplace( std::forward<K>(key), std::move(mapped_type(std::forward<Args>(args)...)));
351         }
352
353         /// Ensures that the \p key exists in the map
354         /**
355             The operation performs inserting or changing data with lock-free manner.
356
357             If the \p key not found in the map, then the new item created from \p key
358             is inserted into the map; in this case the \p key_type should be
359             constructible from type \p K.
360             Otherwise, the functor \p func is called with item found.
361             The functor \p Func signature is:
362             \code
363                 struct my_functor {
364                     void operator()( bool bNew, value_type& item );
365                 };
366             \endcode
367             with arguments:
368             - \p bNew - \p true if the item has been inserted, \p false otherwise
369             - \p item - item of the list
370
371             The functor may change any fields of the \p item.second that is \p mapped_type;
372             however, \p func must guarantee that during changing no any other modifications
373             could be made on this item by concurrent threads.
374
375             The function applies RCU lock internally.
376
377             Returns <tt> std::pair<bool, bool> </tt> where \p first is true if operation is successfull,
378             \p second is true if new item has been added or \p false if the item with \p key
379             already is in the list.
380
381             @warning For \ref cds_nonintrusive_MichaelKVList_gc "MichaelKVList" as the ordered list see \ref cds_intrusive_item_creating "insert item troubleshooting".
382             \ref cds_nonintrusive_LazyKVList_gc "LazyKVList" provides exclusive access to inserted item and does not require any node-level
383             synchronization.
384         */
385         template <typename K, typename Func>
386         std::pair<bool, bool> ensure( K const& key, Func func )
387         {
388             //TODO: pass arguments by reference (make_pair makes copy)
389             return base_class::ensure( std::make_pair( key, mapped_type() ),
390                 [&func](bool bNew, value_type& item, value_type const& /*val*/) {
391                     func( bNew, item );
392                 } );
393         }
394
395         /// Deletes \p key from the map
396         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_val
397
398             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
399
400             Return \p true if \p key is found and deleted, \p false otherwise
401         */
402         template <typename K>
403         bool erase( K const& key )
404         {
405             return base_class::erase( key );
406         }
407
408         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
409         /**
410             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_val "erase(K const&)"
411             but \p pred is used for key comparing.
412             \p Less functor has the interface like \p std::less.
413             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
414         */
415         template <typename K, typename Less>
416         bool erase_with( K const& key, Less pred )
417         {
418             CDS_UNUSED( pred );
419             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
420         }
421
422         /// Deletes \p key from the map
423         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_func
424
425             The function searches an item with key \p key, calls \p f functor
426             and deletes the item. If \p key is not found, the functor is not called.
427
428             The functor \p Func interface is:
429             \code
430             struct extractor {
431                 void operator()(value_type& item) { ... }
432             };
433             \endcode
434
435             RCU \p synchronize method can be called. RCU should not be locked.
436
437             Return \p true if key is found and deleted, \p false otherwise
438         */
439         template <typename K, typename Func>
440         bool erase( K const& key, Func f )
441         {
442             return base_class::erase( key, f );
443         }
444
445         /// Deletes the item from the map using \p pred predicate for searching
446         /**
447             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_erase_func "erase(K const&, Func)"
448             but \p pred is used for key comparing.
449             \p Less functor has the interface like \p std::less.
450             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
451         */
452         template <typename K, typename Less, typename Func>
453         bool erase_with( K const& key, Less pred, Func f )
454         {
455             CDS_UNUSED( pred );
456             return base_class::erase_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(), f );
457         }
458
459         /// Extracts an item from the map
460         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_extract
461             The function searches an item with key equal to \p key in the map,
462             unlinks it from the map, and returns \ref cds::urcu::exempt_ptr "exempt_ptr" pointer to the item found.
463             If the item with the key equal to \p key is not found the function returns an empty \p exempt_ptr.
464
465             @note The function does NOT call RCU read-side lock or synchronization,
466             and does NOT dispose the item found. It just excludes the item from the map
467             and returns a pointer to item found.
468             You should lock RCU before calling of the function, and you should synchronize RCU
469             outside the RCU lock to free extracted item
470
471             \code
472             typedef cds::urcu::gc< general_buffered<> > rcu;
473             typedef cds::container::SplitListMap< rcu, int, Foo > splitlist_map;
474
475             splitlist_map theMap;
476             // ...
477
478             typename splitlist_map::exempt_ptr p;
479             {
480                 // first, we should lock RCU
481                 typename splitlist_map::rcu_lock lock;
482
483                 // Now, you can apply extract function
484                 // Note that you must not delete the item found inside the RCU lock
485                 p = theMap.extract( 10 )
486                 if ( p ) {
487                     // do something with p
488                     ...
489                 }
490             }
491
492             // We may safely release p here
493             // release() passes the pointer to RCU reclamation cycle
494             p.release();
495             \endcode
496         */
497         template <typename K>
498         exempt_ptr extract( K const& key )
499         {
500             return base_class::extract( key );
501         }
502
503         /// Extracts an item from the map using \p pred predicate for searching
504         /**
505             The function is an analog of \p extract(K const&) but \p pred is used for key comparing.
506             \p Less functor has the interface like \p std::less.
507             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
508         */
509         template <typename K, typename Less>
510         exempt_ptr extract_with( K const& key, Less pred )
511         {
512             CDS_UNUSED( pred );
513             return base_class::extract_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>());
514         }
515
516         /// Finds the key \p key
517         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_cfunc
518
519             The function searches the item with key equal to \p key and calls the functor \p f for item found.
520             The interface of \p Func functor is:
521             \code
522             struct functor {
523                 void operator()( value_type& item );
524             };
525             \endcode
526             where \p item is the item found.
527
528             The functor may change \p item.second. Note that the functor is only guarantee
529             that \p item cannot be disposed during functor is executing.
530             The functor does not serialize simultaneous access to the map's \p item. If such access is
531             possible you must provide your own synchronization schema on item level to exclude unsafe item modifications.
532
533             The function applies RCU lock internally.
534
535             The function returns \p true if \p key is found, \p false otherwise.
536         */
537         template <typename K, typename Func>
538         bool find( K const& key, Func f )
539         {
540             return base_class::find( key, [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
541         }
542
543         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
544         /**
545             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_cfunc "find(K const&, Func)"
546             but \p pred is used for key comparing.
547             \p Less functor has the interface like \p std::less.
548             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
549         */
550         template <typename K, typename Less, typename Func>
551         bool find_with( K const& key, Less pred, Func f )
552         {
553             CDS_UNUSED( pred );
554             return base_class::find_with( key,
555                 cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>(),
556                 [&f](value_type& pair, K const&){ f( pair ); } );
557         }
558
559         /// Finds the key \p key
560         /** \anchor cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_val
561
562             The function searches the item with key equal to \p key
563             and returns \p true if it is found, and \p false otherwise.
564
565             The function applies RCU lock internally.
566         */
567         template <typename K>
568         bool find( K const& key )
569         {
570             return base_class::find( key );
571         }
572
573         /// Finds the key \p key using \p pred predicate for searching
574         /**
575             The function is an analog of \ref cds_nonintrusive_SplitListMap_rcu_find_val "find(K const&)"
576             but \p pred is used for key comparing.
577             \p Less functor has the interface like \p std::less.
578             \p Less must imply the same element order as the comparator used for building the map.
579         */
580         template <typename K, typename Less>
581         bool find_with( K const& key, Less pred )
582         {
583             CDS_UNUSED( pred );
584             return base_class::find_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>() );
585         }
586
587         /// Finds \p key and return the item found
588         /** \anchor cds_intrusive_SplitListMap_rcu_get
589             The function searches the item with key equal to \p key and returns the pointer to item found.
590             If \p key is not found it returns \p nullptr.
591
592             Note the compare functor should accept a parameter of type \p K that can be not the same as \p value_type.
593
594             RCU should be locked before call of this function.
595             Returned item is valid only while RCU is locked:
596             \code
597             typedef cds::urcu::gc< general_buffered<> > rcu;
598             typedef cds::container::SplitListMap< rcu, int, Foo > splitlist_map;
599             splitlist_map theMap;
600             // ...
601             {
602                 // Lock RCU
603                 typename splitlist_map::rcu_lock lock;
604
605                 typename splitlist_map::value_type * pVal = theMap.get( 5 );
606                 if ( pVal ) {
607                     // Deal with pVal
608                     //...
609                 }
610                 // Unlock RCU by rcu_lock destructor
611                 // pVal can be retired by disposer at any time after RCU has been unlocked
612             }
613             \endcode
614         */
615         template <typename K>
616         value_type * get( K const& key )
617         {
618             return base_class::get( key );
619         }
620
621         /// Finds \p key with predicate specified and return the item found
622         /**
623             The function is an analog of \ref cds_intrusive_SplitListMap_rcu_get "get(K const&)"
624             but \p pred is used for comparing the keys.
625
626             \p Less functor has the semantics like \p std::less but should take arguments of type \ref value_type and \p K
627             in any order.
628             \p pred must imply the same element order as the comparator used for building the map.
629         */
630         template <typename K, typename Less>
631         value_type * get_with( K const& key, Less pred )
632         {
633             CDS_UNUSED( pred );
634             return base_class::get_with( key, cds::details::predicate_wrapper<value_type, Less, key_accessor>());
635         }
636
637         /// Clears the map (not atomic)
638         void clear()
639         {
640             base_class::clear();
641         }
642
643         /// Checks if the map is empty
644         /**
645             Emptiness is checked by item counting: if item count is zero then the map is empty.
646             Thus, the correct item counting is an important part of the map implementation.
647         */
648         bool empty() const
649         {
650             return base_class::empty();
651         }
652
653         /// Returns item count in the map
654         size_t size() const
655         {
656             return base_class::size();
657         }
658
659         /// Returns internal statistics
660         stat const& statistics() const
661         {
662             return base_class::statistics();
663         }
664     };
665
666 }} // namespace cds::container
667
668 #endif // #ifndef CDSLIB_CONTAINER_SPLIT_LIST_MAP_RCU_H