Generalize overflowLeaf to also handle overflows in branch nodes.
[oota-llvm.git] / include / llvm / ADT / IntervalMap.h
1 //===- llvm/ADT/IntervalMap.h - A sorted interval map -----------*- 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 implements a coalescing interval map for small objects.
11 //
12 // KeyT objects are mapped to ValT objects. Intervals of keys that map to the
13 // same value are represented in a compressed form.
14 //
15 // Iterators provide ordered access to the compressed intervals rather than the
16 // individual keys, and insert and erase operations use key intervals as well.
17 //
18 // Like SmallVector, IntervalMap will store the first N intervals in the map
19 // object itself without any allocations. When space is exhausted it switches to
20 // a B+-tree representation with very small overhead for small key and value
21 // objects.
22 //
23 // A Traits class specifies how keys are compared. It also allows IntervalMap to
24 // work with both closed and half-open intervals.
25 //
26 // Keys and values are not stored next to each other in a std::pair, so we don't
27 // provide such a value_type. Dereferencing iterators only returns the mapped
28 // value. The interval bounds are accessible through the start() and stop()
29 // iterator methods.
30 //
31 // IntervalMap is optimized for small key and value objects, 4 or 8 bytes each
32 // is the optimal size. For large objects use std::map instead.
33 //
34 //===----------------------------------------------------------------------===//
35 //
36 // Synopsis:
37 //
38 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
39 // class IntervalMap {
40 // public:
41 //   typedef KeyT key_type;
42 //   typedef ValT mapped_type;
43 //   typedef RecyclingAllocator<...> Allocator;
44 //   class iterator;
45 //   class const_iterator;
46 //
47 //   explicit IntervalMap(Allocator&);
48 //   ~IntervalMap():
49 //
50 //   bool empty() const;
51 //   KeyT start() const;
52 //   KeyT stop() const;
53 //   ValT lookup(KeyT x, Value NotFound = Value()) const;
54 //
55 //   const_iterator begin() const;
56 //   const_iterator end() const;
57 //   iterator begin();
58 //   iterator end();
59 //   const_iterator find(KeyT x) const;
60 //   iterator find(KeyT x);
61 //
62 //   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
63 //   void clear();
64 // };
65 //
66 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
67 // class IntervalMap::const_iterator :
68 //   public std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag, ValT> {
69 // public:
70 //   bool operator==(const const_iterator &) const;
71 //   bool operator!=(const const_iterator &) const;
72 //   bool valid() const;
73 //
74 //   const KeyT &start() const;
75 //   const KeyT &stop() const;
76 //   const ValT &value() const;
77 //   const ValT &operator*() const;
78 //   const ValT *operator->() const;
79 //
80 //   const_iterator &operator++();
81 //   const_iterator &operator++(int);
82 //   const_iterator &operator--();
83 //   const_iterator &operator--(int);
84 //   void goToBegin();
85 //   void goToEnd();
86 //   void find(KeyT x);
87 //   void advanceTo(KeyT x);
88 // };
89 //
90 // template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
91 // class IntervalMap::iterator : public const_iterator {
92 // public:
93 //   void insert(KeyT a, KeyT b, Value y);
94 //   void erase();
95 // };
96 //
97 //===----------------------------------------------------------------------===//
98
99 #ifndef LLVM_ADT_INTERVALMAP_H
100 #define LLVM_ADT_INTERVALMAP_H
101
102 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
103 #include "llvm/ADT/PointerIntPair.h"
104 #include "llvm/Support/Allocator.h"
105 #include "llvm/Support/RecyclingAllocator.h"
106 #include <limits>
107 #include <iterator>
108
109 // FIXME: Remove debugging code.
110 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
111
112 namespace llvm {
113
114
115 //===----------------------------------------------------------------------===//
116 //---                              Key traits                              ---//
117 //===----------------------------------------------------------------------===//
118 //
119 // The IntervalMap works with closed or half-open intervals.
120 // Adjacent intervals that map to the same value are coalesced.
121 //
122 // The IntervalMapInfo traits class is used to determine if a key is contained
123 // in an interval, and if two intervals are adjacent so they can be coalesced.
124 // The provided implementation works for closed integer intervals, other keys
125 // probably need a specialized version.
126 //
127 // The point x is contained in [a;b] when !startLess(x, a) && !stopLess(b, x).
128 //
129 // It is assumed that (a;b] half-open intervals are not used, only [a;b) is
130 // allowed. This is so that stopLess(a, b) can be used to determine if two
131 // intervals overlap.
132 //
133 //===----------------------------------------------------------------------===//
134
135 template <typename T>
136 struct IntervalMapInfo {
137
138   /// startLess - Return true if x is not in [a;b].
139   /// This is x < a both for closed intervals and for [a;b) half-open intervals.
140   static inline bool startLess(const T &x, const T &a) {
141     return x < a;
142   }
143
144   /// stopLess - Return true if x is not in [a;b].
145   /// This is b < x for a closed interval, b <= x for [a;b) half-open intervals.
146   static inline bool stopLess(const T &b, const T &x) {
147     return b < x;
148   }
149
150   /// adjacent - Return true when the intervals [x;a] and [b;y] can coalesce.
151   /// This is a+1 == b for closed intervals, a == b for half-open intervals.
152   static inline bool adjacent(const T &a, const T &b) {
153     return a+1 == b;
154   }
155
156 };
157
158 /// IntervalMapImpl - Namespace used for IntervalMap implementation details.
159 /// It should be considered private to the implementation.
160 namespace IntervalMapImpl {
161
162 // Forward declarations.
163 template <typename, typename, unsigned, typename> class LeafNode;
164 template <typename, typename, unsigned, typename> class BranchNode;
165
166 typedef std::pair<unsigned,unsigned> IdxPair;
167
168
169 //===----------------------------------------------------------------------===//
170 //---                            Node Storage                              ---//
171 //===----------------------------------------------------------------------===//
172 //
173 // Both leaf and branch nodes store vectors of pairs.
174 // Leaves store ((KeyT, KeyT), ValT) pairs, branches use (NodeRef, KeyT).
175 //
176 // Keys and values are stored in separate arrays to avoid padding caused by
177 // different object alignments. This also helps improve locality of reference
178 // when searching the keys.
179 //
180 // The nodes don't know how many elements they contain - that information is
181 // stored elsewhere. Omitting the size field prevents padding and allows a node
182 // to fill the allocated cache lines completely.
183 //
184 // These are typical key and value sizes, the node branching factor (N), and
185 // wasted space when nodes are sized to fit in three cache lines (192 bytes):
186 //
187 //   T1  T2   N Waste  Used by
188 //    4   4  24   0    Branch<4> (32-bit pointers)
189 //    8   4  16   0    Leaf<4,4>, Branch<4>
190 //    8   8  12   0    Leaf<4,8>, Branch<8>
191 //   16   4   9  12    Leaf<8,4>
192 //   16   8   8   0    Leaf<8,8>
193 //
194 //===----------------------------------------------------------------------===//
195
196 template <typename T1, typename T2, unsigned N>
197 class NodeBase {
198 public:
199   enum { Capacity = N };
200
201   T1 first[N];
202   T2 second[N];
203
204   /// copy - Copy elements from another node.
205   /// @param Other Node elements are copied from.
206   /// @param i     Beginning of the source range in other.
207   /// @param j     Beginning of the destination range in this.
208   /// @param Count Number of elements to copy.
209   template <unsigned M>
210   void copy(const NodeBase<T1, T2, M> &Other, unsigned i,
211             unsigned j, unsigned Count) {
212     assert(i + Count <= M && "Invalid source range");
213     assert(j + Count <= N && "Invalid dest range");
214     std::copy(Other.first + i, Other.first + i + Count, first + j);
215     std::copy(Other.second + i, Other.second + i + Count, second + j);
216   }
217
218   /// moveLeft - Move elements to the left.
219   /// @param i     Beginning of the source range.
220   /// @param j     Beginning of the destination range.
221   /// @param Count Number of elements to copy.
222   void moveLeft(unsigned i, unsigned j, unsigned Count) {
223     assert(j <= i && "Use moveRight shift elements right");
224     copy(*this, i, j, Count);
225   }
226
227   /// moveRight - Move elements to the right.
228   /// @param i     Beginning of the source range.
229   /// @param j     Beginning of the destination range.
230   /// @param Count Number of elements to copy.
231   void moveRight(unsigned i, unsigned j, unsigned Count) {
232     assert(i <= j && "Use moveLeft shift elements left");
233     assert(j + Count <= N && "Invalid range");
234     std::copy_backward(first + i, first + i + Count, first + j + Count);
235     std::copy_backward(second + i, second + i + Count, second + j + Count);
236   }
237
238   /// erase - Erase elements [i;j).
239   /// @param i    Beginning of the range to erase.
240   /// @param j    End of the range. (Exclusive).
241   /// @param Size Number of elements in node.
242   void erase(unsigned i, unsigned j, unsigned Size) {
243     moveLeft(j, i, Size - j);
244   }
245
246   /// shift - Shift elements [i;size) 1 position to the right.
247   /// @param i    Beginning of the range to move.
248   /// @param Size Number of elements in node.
249   void shift(unsigned i, unsigned Size) {
250     moveRight(i, i + 1, Size - i);
251   }
252
253   /// transferToLeftSib - Transfer elements to a left sibling node.
254   /// @param Size  Number of elements in this.
255   /// @param Sib   Left sibling node.
256   /// @param SSize Number of elements in sib.
257   /// @param Count Number of elements to transfer.
258   void transferToLeftSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize,
259                          unsigned Count) {
260     Sib.copy(*this, 0, SSize, Count);
261     erase(0, Count, Size);
262   }
263
264   /// transferToRightSib - Transfer elements to a right sibling node.
265   /// @param Size  Number of elements in this.
266   /// @param Sib   Right sibling node.
267   /// @param SSize Number of elements in sib.
268   /// @param Count Number of elements to transfer.
269   void transferToRightSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize,
270                           unsigned Count) {
271     Sib.moveRight(0, Count, SSize);
272     Sib.copy(*this, Size-Count, 0, Count);
273   }
274
275   /// adjustFromLeftSib - Adjust the number if elements in this node by moving
276   /// elements to or from a left sibling node.
277   /// @param Size  Number of elements in this.
278   /// @param Sib   Right sibling node.
279   /// @param SSize Number of elements in sib.
280   /// @param Add   The number of elements to add to this node, possibly < 0.
281   /// @return      Number of elements added to this node, possibly negative.
282   int adjustFromLeftSib(unsigned Size, NodeBase &Sib, unsigned SSize, int Add) {
283     if (Add > 0) {
284       // We want to grow, copy from sib.
285       unsigned Count = std::min(std::min(unsigned(Add), SSize), N - Size);
286       Sib.transferToRightSib(SSize, *this, Size, Count);
287       return Count;
288     } else {
289       // We want to shrink, copy to sib.
290       unsigned Count = std::min(std::min(unsigned(-Add), Size), N - SSize);
291       transferToLeftSib(Size, Sib, SSize, Count);
292       return -Count;
293     }
294   }
295 };
296
297
298 //===----------------------------------------------------------------------===//
299 //---                             NodeSizer                                ---//
300 //===----------------------------------------------------------------------===//
301 //
302 // Compute node sizes from key and value types.
303 //
304 // The branching factors are chosen to make nodes fit in three cache lines.
305 // This may not be possible if keys or values are very large. Such large objects
306 // are handled correctly, but a std::map would probably give better performance.
307 //
308 //===----------------------------------------------------------------------===//
309
310 enum {
311   // Cache line size. Most architectures have 32 or 64 byte cache lines.
312   // We use 64 bytes here because it provides good branching factors.
313   Log2CacheLine = 6,
314   CacheLineBytes = 1 << Log2CacheLine,
315   DesiredNodeBytes = 3 * CacheLineBytes
316 };
317
318 template <typename KeyT, typename ValT>
319 struct NodeSizer {
320   enum {
321     // Compute the leaf node branching factor that makes a node fit in three
322     // cache lines. The branching factor must be at least 3, or some B+-tree
323     // balancing algorithms won't work.
324     // LeafSize can't be larger than CacheLineBytes. This is required by the
325     // PointerIntPair used by NodeRef.
326     DesiredLeafSize = DesiredNodeBytes /
327       static_cast<unsigned>(2*sizeof(KeyT)+sizeof(ValT)),
328     MinLeafSize = 3,
329     LeafSize = DesiredLeafSize > MinLeafSize ? DesiredLeafSize : MinLeafSize
330   };
331
332   typedef NodeBase<std::pair<KeyT, KeyT>, ValT, LeafSize> LeafBase;
333
334   enum {
335     // Now that we have the leaf branching factor, compute the actual allocation
336     // unit size by rounding up to a whole number of cache lines.
337     AllocBytes = (sizeof(LeafBase) + CacheLineBytes-1) & ~(CacheLineBytes-1),
338
339     // Determine the branching factor for branch nodes.
340     BranchSize = AllocBytes /
341       static_cast<unsigned>(sizeof(KeyT) + sizeof(void*))
342   };
343
344   /// Allocator - The recycling allocator used for both branch and leaf nodes.
345   /// This typedef is very likely to be identical for all IntervalMaps with
346   /// reasonably sized entries, so the same allocator can be shared among
347   /// different kinds of maps.
348   typedef RecyclingAllocator<BumpPtrAllocator, char,
349                              AllocBytes, CacheLineBytes> Allocator;
350
351 };
352
353
354 //===----------------------------------------------------------------------===//
355 //---                              NodeRef                                 ---//
356 //===----------------------------------------------------------------------===//
357 //
358 // B+-tree nodes can be leaves or branches, so we need a polymorphic node
359 // pointer that can point to both kinds.
360 //
361 // All nodes are cache line aligned and the low 6 bits of a node pointer are
362 // always 0. These bits are used to store the number of elements in the
363 // referenced node. Besides saving space, placing node sizes in the parents
364 // allow tree balancing algorithms to run without faulting cache lines for nodes
365 // that may not need to be modified.
366 //
367 // A NodeRef doesn't know whether it references a leaf node or a branch node.
368 // It is the responsibility of the caller to use the correct types.
369 //
370 // Nodes are never supposed to be empty, and it is invalid to store a node size
371 // of 0 in a NodeRef. The valid range of sizes is 1-64.
372 //
373 //===----------------------------------------------------------------------===//
374
375 struct CacheAlignedPointerTraits {
376   static inline void *getAsVoidPointer(void *P) { return P; }
377   static inline void *getFromVoidPointer(void *P) { return P; }
378   enum { NumLowBitsAvailable = Log2CacheLine };
379 };
380
381 class NodeRef {
382   PointerIntPair<void*, Log2CacheLine, unsigned, CacheAlignedPointerTraits> pip;
383
384 public:
385   /// NodeRef - Create a null ref.
386   NodeRef() {}
387
388   /// operator bool - Detect a null ref.
389   operator bool() const { return pip.getOpaqueValue(); }
390
391   /// NodeRef - Create a reference to the node p with n elements.
392   template <typename NodeT>
393   NodeRef(NodeT *p, unsigned n) : pip(p, n - 1) {
394     assert(n <= NodeT::Capacity && "Size too big for node");
395   }
396
397   /// size - Return the number of elements in the referenced node.
398   unsigned size() const { return pip.getInt() + 1; }
399
400   /// setSize - Update the node size.
401   void setSize(unsigned n) { pip.setInt(n - 1); }
402
403   /// subtree - Access the i'th subtree reference in a branch node.
404   /// This depends on branch nodes storing the NodeRef array as their first
405   /// member.
406   NodeRef &subtree(unsigned i) {
407     return reinterpret_cast<NodeRef*>(pip.getPointer())[i];
408   }
409
410   /// get - Dereference as a NodeT reference.
411   template <typename NodeT>
412   NodeT &get() const {
413     return *reinterpret_cast<NodeT*>(pip.getPointer());
414   }
415
416   bool operator==(const NodeRef &RHS) const {
417     if (pip == RHS.pip)
418       return true;
419     assert(pip.getPointer() != RHS.pip.getPointer() && "Inconsistent NodeRefs");
420     return false;
421   }
422
423   bool operator!=(const NodeRef &RHS) const {
424     return !operator==(RHS);
425   }
426 };
427
428 //===----------------------------------------------------------------------===//
429 //---                            Leaf nodes                                ---//
430 //===----------------------------------------------------------------------===//
431 //
432 // Leaf nodes store up to N disjoint intervals with corresponding values.
433 //
434 // The intervals are kept sorted and fully coalesced so there are no adjacent
435 // intervals mapping to the same value.
436 //
437 // These constraints are always satisfied:
438 //
439 // - Traits::stopLess(start(i), stop(i))    - Non-empty, sane intervals.
440 //
441 // - Traits::stopLess(stop(i), start(i + 1) - Sorted.
442 //
443 // - value(i) != value(i + 1) || !Traits::adjacent(stop(i), start(i + 1))
444 //                                          - Fully coalesced.
445 //
446 //===----------------------------------------------------------------------===//
447
448 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
449 class LeafNode : public NodeBase<std::pair<KeyT, KeyT>, ValT, N> {
450 public:
451   const KeyT &start(unsigned i) const { return this->first[i].first; }
452   const KeyT &stop(unsigned i) const { return this->first[i].second; }
453   const ValT &value(unsigned i) const { return this->second[i]; }
454
455   KeyT &start(unsigned i) { return this->first[i].first; }
456   KeyT &stop(unsigned i) { return this->first[i].second; }
457   ValT &value(unsigned i) { return this->second[i]; }
458
459   /// findFrom - Find the first interval after i that may contain x.
460   /// @param i    Starting index for the search.
461   /// @param Size Number of elements in node.
462   /// @param x    Key to search for.
463   /// @return     First index with !stopLess(key[i].stop, x), or size.
464   ///             This is the first interval that can possibly contain x.
465   unsigned findFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT x) const {
466     assert(i <= Size && Size <= N && "Bad indices");
467     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
468            "Index is past the needed point");
469     while (i != Size && Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
470     return i;
471   }
472
473   /// safeFind - Find an interval that is known to exist. This is the same as
474   /// findFrom except is it assumed that x is at least within range of the last
475   /// interval.
476   /// @param i Starting index for the search.
477   /// @param x Key to search for.
478   /// @return  First index with !stopLess(key[i].stop, x), never size.
479   ///          This is the first interval that can possibly contain x.
480   unsigned safeFind(unsigned i, KeyT x) const {
481     assert(i < N && "Bad index");
482     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
483            "Index is past the needed point");
484     while (Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
485     assert(i < N && "Unsafe intervals");
486     return i;
487   }
488
489   /// safeLookup - Lookup mapped value for a safe key.
490   /// It is assumed that x is within range of the last entry.
491   /// @param x        Key to search for.
492   /// @param NotFound Value to return if x is not in any interval.
493   /// @return         The mapped value at x or NotFound.
494   ValT safeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const {
495     unsigned i = safeFind(0, x);
496     return Traits::startLess(x, start(i)) ? NotFound : value(i);
497   }
498
499   IdxPair insertFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT a, KeyT b, ValT y);
500   unsigned extendStop(unsigned i, unsigned Size, KeyT b);
501
502 #ifndef NDEBUG
503   void dump(unsigned Size) {
504     errs() << "  N" << this << " [shape=record label=\"{ " << Size << '/' << N;
505     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
506       errs() << " | {" << start(i) << '-' << stop(i) << "|" << value(i) << '}';
507     errs() << "}\"];\n";
508   }
509 #endif
510
511 };
512
513 /// insertFrom - Add mapping of [a;b] to y if possible, coalescing as much as
514 /// possible. This may cause the node to grow by 1, or it may cause the node
515 /// to shrink because of coalescing.
516 /// @param i    Starting index = insertFrom(0, size, a)
517 /// @param Size Number of elements in node.
518 /// @param a    Interval start.
519 /// @param b    Interval stop.
520 /// @param y    Value be mapped.
521 /// @return     (insert position, new size), or (i, Capacity+1) on overflow.
522 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
523 IdxPair LeafNode<KeyT, ValT, N, Traits>::
524 insertFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT a, KeyT b, ValT y) {
525   assert(i <= Size && Size <= N && "Invalid index");
526   assert(!Traits::stopLess(b, a) && "Invalid interval");
527
528   // Verify the findFrom invariant.
529   assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), a)));
530   assert((i == Size || !Traits::stopLess(stop(i), a)));
531
532   // Coalesce with previous interval.
533   if (i && value(i - 1) == y && Traits::adjacent(stop(i - 1), a))
534     return IdxPair(i - 1, extendStop(i - 1, Size, b));
535
536   // Detect overflow.
537   if (i == N)
538     return IdxPair(i, N + 1);
539
540   // Add new interval at end.
541   if (i == Size) {
542     start(i) = a;
543     stop(i) = b;
544     value(i) = y;
545     return IdxPair(i, Size + 1);
546   }
547
548   // Overlapping intervals?
549   if (!Traits::stopLess(b, start(i))) {
550     assert(value(i) == y && "Inconsistent values in overlapping intervals");
551     if (Traits::startLess(a, start(i)))
552       start(i) = a;
553     return IdxPair(i, extendStop(i, Size, b));
554   }
555
556   // Try to coalesce with following interval.
557   if (value(i) == y && Traits::adjacent(b, start(i))) {
558     start(i) = a;
559     return IdxPair(i, Size);
560   }
561
562   // We must insert before i. Detect overflow.
563   if (Size == N)
564     return IdxPair(i, N + 1);
565
566   // Insert before i.
567   this->shift(i, Size);
568   start(i) = a;
569   stop(i) = b;
570   value(i) = y;
571   return IdxPair(i, Size + 1);
572 }
573
574 /// extendStop - Extend stop(i) to b, coalescing with following intervals.
575 /// @param i    Interval to extend.
576 /// @param Size Number of elements in node.
577 /// @param b    New interval end point.
578 /// @return     New node size after coalescing.
579 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
580 unsigned LeafNode<KeyT, ValT, N, Traits>::
581 extendStop(unsigned i, unsigned Size, KeyT b) {
582   assert(i < Size && Size <= N && "Bad indices");
583
584   // Are we even extending the interval?
585   if (Traits::startLess(b, stop(i)))
586     return Size;
587
588   // Find the first interval that may be preserved.
589   unsigned j = findFrom(i + 1, Size, b);
590   if (j < Size) {
591     // Would key[i] overlap key[j] after the extension?
592     if (Traits::stopLess(b, start(j))) {
593       // Not overlapping. Perhaps adjacent and coalescable?
594       if (value(i) == value(j) && Traits::adjacent(b, start(j)))
595         b = stop(j++);
596     } else {
597       // Overlap. Include key[j] in the new interval.
598       assert(value(i) == value(j) && "Overlapping values");
599       b = stop(j++);
600     }
601   }
602   stop(i) =  b;
603
604   // Entries [i+1;j) were coalesced.
605   if (i + 1 < j && j < Size)
606     this->erase(i + 1, j, Size);
607   return Size - (j - (i + 1));
608 }
609
610
611 //===----------------------------------------------------------------------===//
612 //---                             Branch nodes                             ---//
613 //===----------------------------------------------------------------------===//
614 //
615 // A branch node stores references to 1--N subtrees all of the same height.
616 //
617 // The key array in a branch node holds the rightmost stop key of each subtree.
618 // It is redundant to store the last stop key since it can be found in the
619 // parent node, but doing so makes tree balancing a lot simpler.
620 //
621 // It is unusual for a branch node to only have one subtree, but it can happen
622 // in the root node if it is smaller than the normal nodes.
623 //
624 // When all of the leaf nodes from all the subtrees are concatenated, they must
625 // satisfy the same constraints as a single leaf node. They must be sorted,
626 // sane, and fully coalesced.
627 //
628 //===----------------------------------------------------------------------===//
629
630 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
631 class BranchNode : public NodeBase<NodeRef, KeyT, N> {
632 public:
633   const KeyT &stop(unsigned i) const { return this->second[i]; }
634   const NodeRef &subtree(unsigned i) const { return this->first[i]; }
635
636   KeyT &stop(unsigned i) { return this->second[i]; }
637   NodeRef &subtree(unsigned i) { return this->first[i]; }
638
639   /// findFrom - Find the first subtree after i that may contain x.
640   /// @param i    Starting index for the search.
641   /// @param Size Number of elements in node.
642   /// @param x    Key to search for.
643   /// @return     First index with !stopLess(key[i], x), or size.
644   ///             This is the first subtree that can possibly contain x.
645   unsigned findFrom(unsigned i, unsigned Size, KeyT x) const {
646     assert(i <= Size && Size <= N && "Bad indices");
647     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
648            "Index to findFrom is past the needed point");
649     while (i != Size && Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
650     return i;
651   }
652
653   /// safeFind - Find a subtree that is known to exist. This is the same as
654   /// findFrom except is it assumed that x is in range.
655   /// @param i Starting index for the search.
656   /// @param x Key to search for.
657   /// @return  First index with !stopLess(key[i], x), never size.
658   ///          This is the first subtree that can possibly contain x.
659   unsigned safeFind(unsigned i, KeyT x) const {
660     assert(i < N && "Bad index");
661     assert((i == 0 || Traits::stopLess(stop(i - 1), x)) &&
662            "Index is past the needed point");
663     while (Traits::stopLess(stop(i), x)) ++i;
664     assert(i < N && "Unsafe intervals");
665     return i;
666   }
667
668   /// safeLookup - Get the subtree containing x, Assuming that x is in range.
669   /// @param x Key to search for.
670   /// @return  Subtree containing x
671   NodeRef safeLookup(KeyT x) const {
672     return subtree(safeFind(0, x));
673   }
674
675   /// insert - Insert a new (subtree, stop) pair.
676   /// @param i    Insert position, following entries will be shifted.
677   /// @param Size Number of elements in node.
678   /// @param Node Subtree to insert.
679   /// @param Stop Last key in subtree.
680   void insert(unsigned i, unsigned Size, NodeRef Node, KeyT Stop) {
681     assert(Size < N && "branch node overflow");
682     assert(i <= Size && "Bad insert position");
683     this->shift(i, Size);
684     subtree(i) = Node;
685     stop(i) = Stop;
686   }
687
688 #ifndef NDEBUG
689   void dump(unsigned Size) {
690     errs() << "  N" << this << " [shape=record label=\"" << Size << '/' << N;
691     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
692       errs() << " | <s" << i << "> " << stop(i);
693     errs() << "\"];\n";
694     for (unsigned i = 0; i != Size; ++i)
695       errs() << "  N" << this << ":s" << i << " -> N"
696              << &subtree(i).template get<BranchNode>() << ";\n";
697   }
698 #endif
699
700 };
701
702 } // namespace IntervalMapImpl
703
704
705 //===----------------------------------------------------------------------===//
706 //---                          IntervalMap                                ----//
707 //===----------------------------------------------------------------------===//
708
709 template <typename KeyT, typename ValT,
710           unsigned N = IntervalMapImpl::NodeSizer<KeyT, ValT>::LeafSize,
711           typename Traits = IntervalMapInfo<KeyT> >
712 class IntervalMap {
713   typedef IntervalMapImpl::NodeSizer<KeyT, ValT> Sizer;
714   typedef IntervalMapImpl::LeafNode<KeyT, ValT, Sizer::LeafSize, Traits> Leaf;
715   typedef IntervalMapImpl::BranchNode<KeyT, ValT, Sizer::BranchSize, Traits>
716     Branch;
717   typedef IntervalMapImpl::LeafNode<KeyT, ValT, N, Traits> RootLeaf;
718   typedef IntervalMapImpl::IdxPair IdxPair;
719
720   // The RootLeaf capacity is given as a template parameter. We must compute the
721   // corresponding RootBranch capacity.
722   enum {
723     DesiredRootBranchCap = (sizeof(RootLeaf) - sizeof(KeyT)) /
724       (sizeof(KeyT) + sizeof(IntervalMapImpl::NodeRef)),
725     RootBranchCap = DesiredRootBranchCap ? DesiredRootBranchCap : 1
726   };
727
728   typedef IntervalMapImpl::BranchNode<KeyT, ValT, RootBranchCap, Traits>
729     RootBranch;
730
731   // When branched, we store a global start key as well as the branch node.
732   struct RootBranchData {
733     KeyT start;
734     RootBranch node;
735   };
736
737   enum {
738     RootDataSize = sizeof(RootBranchData) > sizeof(RootLeaf) ?
739                    sizeof(RootBranchData) : sizeof(RootLeaf)
740   };
741
742 public:
743   typedef typename Sizer::Allocator Allocator;
744
745 private:
746   // The root data is either a RootLeaf or a RootBranchData instance.
747   // We can't put them in a union since C++03 doesn't allow non-trivial
748   // constructors in unions.
749   // Instead, we use a char array with pointer alignment. The alignment is
750   // ensured by the allocator member in the class, but still verified in the
751   // constructor. We don't support keys or values that are more aligned than a
752   // pointer.
753   char data[RootDataSize];
754
755   // Tree height.
756   // 0: Leaves in root.
757   // 1: Root points to leaf.
758   // 2: root->branch->leaf ...
759   unsigned height;
760
761   // Number of entries in the root node.
762   unsigned rootSize;
763
764   // Allocator used for creating external nodes.
765   Allocator &allocator;
766
767   /// dataAs - Represent data as a node type without breaking aliasing rules.
768   template <typename T>
769   T &dataAs() const {
770     union {
771       const char *d;
772       T *t;
773     } u;
774     u.d = data;
775     return *u.t;
776   }
777
778   const RootLeaf &rootLeaf() const {
779     assert(!branched() && "Cannot acces leaf data in branched root");
780     return dataAs<RootLeaf>();
781   }
782   RootLeaf &rootLeaf() {
783     assert(!branched() && "Cannot acces leaf data in branched root");
784     return dataAs<RootLeaf>();
785   }
786   RootBranchData &rootBranchData() const {
787     assert(branched() && "Cannot access branch data in non-branched root");
788     return dataAs<RootBranchData>();
789   }
790   RootBranchData &rootBranchData() {
791     assert(branched() && "Cannot access branch data in non-branched root");
792     return dataAs<RootBranchData>();
793   }
794   const RootBranch &rootBranch() const { return rootBranchData().node; }
795   RootBranch &rootBranch()             { return rootBranchData().node; }
796   KeyT rootBranchStart() const { return rootBranchData().start; }
797   KeyT &rootBranchStart()      { return rootBranchData().start; }
798
799   Leaf *allocLeaf()  {
800     return new(allocator.template Allocate<Leaf>()) Leaf();
801   }
802   void deleteLeaf(Leaf *P) {
803     P->~Leaf();
804     allocator.Deallocate(P);
805   }
806
807   Branch *allocBranch() {
808     return new(allocator.template Allocate<Branch>()) Branch();
809   }
810   void deleteBranch(Branch *P) {
811     P->~Branch();
812     allocator.Deallocate(P);
813   }
814
815
816   IdxPair branchRoot(unsigned Position);
817   IdxPair splitRoot(unsigned Position);
818
819   void switchRootToBranch() {
820     rootLeaf().~RootLeaf();
821     height = 1;
822     new (&rootBranchData()) RootBranchData();
823   }
824
825   void switchRootToLeaf() {
826     rootBranchData().~RootBranchData();
827     height = 0;
828     new(&rootLeaf()) RootLeaf();
829   }
830
831   bool branched() const { return height > 0; }
832
833   ValT treeSafeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const;
834   void visitNodes(void (IntervalMap::*f)(IntervalMapImpl::NodeRef,
835                   unsigned Level));
836   void deleteNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Level);
837
838 public:
839   explicit IntervalMap(Allocator &a) : height(0), rootSize(0), allocator(a) {
840     assert((uintptr_t(data) & (alignOf<RootLeaf>() - 1)) == 0 &&
841            "Insufficient alignment");
842     new(&rootLeaf()) RootLeaf();
843   }
844
845   ~IntervalMap() {
846     clear();
847     rootLeaf().~RootLeaf();
848   }
849
850   /// empty -  Return true when no intervals are mapped.
851   bool empty() const {
852     return rootSize == 0;
853   }
854
855   /// start - Return the smallest mapped key in a non-empty map.
856   KeyT start() const {
857     assert(!empty() && "Empty IntervalMap has no start");
858     return !branched() ? rootLeaf().start(0) : rootBranchStart();
859   }
860
861   /// stop - Return the largest mapped key in a non-empty map.
862   KeyT stop() const {
863     assert(!empty() && "Empty IntervalMap has no stop");
864     return !branched() ? rootLeaf().stop(rootSize - 1) :
865                          rootBranch().stop(rootSize - 1);
866   }
867
868   /// lookup - Return the mapped value at x or NotFound.
869   ValT lookup(KeyT x, ValT NotFound = ValT()) const {
870     if (empty() || Traits::startLess(x, start()) || Traits::stopLess(stop(), x))
871       return NotFound;
872     return branched() ? treeSafeLookup(x, NotFound) :
873                         rootLeaf().safeLookup(x, NotFound);
874   }
875
876   /// insert - Add a mapping of [a;b] to y, coalesce with adjacent intervals.
877   /// It is assumed that no key in the interval is mapped to another value, but
878   /// overlapping intervals already mapped to y will be coalesced.
879   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
880     find(a).insert(a, b, y);
881   }
882
883   /// clear - Remove all entries.
884   void clear();
885
886   class const_iterator;
887   class iterator;
888   friend class const_iterator;
889   friend class iterator;
890
891   const_iterator begin() const {
892     iterator I(*this);
893     I.goToBegin();
894     return I;
895   }
896
897   iterator begin() {
898     iterator I(*this);
899     I.goToBegin();
900     return I;
901   }
902
903   const_iterator end() const {
904     iterator I(*this);
905     I.goToEnd();
906     return I;
907   }
908
909   iterator end() {
910     iterator I(*this);
911     I.goToEnd();
912     return I;
913   }
914
915   /// find - Return an iterator pointing to the first interval ending at or
916   /// after x, or end().
917   const_iterator find(KeyT x) const {
918     iterator I(*this);
919     I.find(x);
920     return I;
921   }
922
923   iterator find(KeyT x) {
924     iterator I(*this);
925     I.find(x);
926     return I;
927   }
928
929 #ifndef NDEBUG
930   void dump();
931   void dumpNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Height);
932 #endif
933 };
934
935 /// treeSafeLookup - Return the mapped value at x or NotFound, assuming a
936 /// branched root.
937 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
938 ValT IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
939 treeSafeLookup(KeyT x, ValT NotFound) const {
940   assert(branched() && "treeLookup assumes a branched root");
941
942   IntervalMapImpl::NodeRef NR = rootBranch().safeLookup(x);
943   for (unsigned h = height-1; h; --h)
944     NR = NR.get<Branch>().safeLookup(x);
945   return NR.get<Leaf>().safeLookup(x, NotFound);
946 }
947
948
949 // branchRoot - Switch from a leaf root to a branched root.
950 // Return the new (root offset, node offset) corresponding to Position.
951 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
952 IntervalMapImpl::IdxPair IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
953 branchRoot(unsigned Position) {
954   using namespace IntervalMapImpl;
955   // How many external leaf nodes to hold RootLeaf+1?
956   const unsigned Nodes = RootLeaf::Capacity / Leaf::Capacity + 1;
957
958   // Compute element distribution among new nodes.
959   unsigned size[Nodes];
960   IdxPair NewOffset(0, Position);
961
962   // Is is very common for the root node to be smaller than external nodes.
963   if (Nodes == 1)
964     size[0] = rootSize;
965   else
966     NewOffset = distribute(Nodes, rootSize, Leaf::Capacity,  NULL, size,
967                            Position, true);
968
969   // Allocate new nodes.
970   unsigned pos = 0;
971   NodeRef node[Nodes];
972   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
973     node[n] = NodeRef(allocLeaf(), size[n]);
974     node[n].template get<Leaf>().copy(rootLeaf(), pos, 0, size[n]);
975     pos += size[n];
976   }
977
978   // Destroy the old leaf node, construct branch node instead.
979   switchRootToBranch();
980   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
981     rootBranch().stop(n) = node[n].template get<Leaf>().stop(size[n]-1);
982     rootBranch().subtree(n) = node[n];
983   }
984   rootBranchStart() = node[0].template get<Leaf>().start(0);
985   rootSize = Nodes;
986   return NewOffset;
987 }
988
989 // splitRoot - Split the current BranchRoot into multiple Branch nodes.
990 // Return the new (root offset, node offset) corresponding to Position.
991 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
992 IntervalMapImpl::IdxPair IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
993 splitRoot(unsigned Position) {
994   using namespace IntervalMapImpl;
995   // How many external leaf nodes to hold RootBranch+1?
996   const unsigned Nodes = RootBranch::Capacity / Branch::Capacity + 1;
997
998   // Compute element distribution among new nodes.
999   unsigned Size[Nodes];
1000   IdxPair NewOffset(0, Position);
1001
1002   // Is is very common for the root node to be smaller than external nodes.
1003   if (Nodes == 1)
1004     Size[0] = rootSize;
1005   else
1006     NewOffset = distribute(Nodes, rootSize, Leaf::Capacity,  NULL, Size,
1007                            Position, true);
1008
1009   // Allocate new nodes.
1010   unsigned Pos = 0;
1011   NodeRef Node[Nodes];
1012   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1013     Node[n] = NodeRef(allocBranch(), Size[n]);
1014     Node[n].template get<Branch>().copy(rootBranch(), Pos, 0, Size[n]);
1015     Pos += Size[n];
1016   }
1017
1018   for (unsigned n = 0; n != Nodes; ++n) {
1019     rootBranch().stop(n) = Node[n].template get<Branch>().stop(Size[n]-1);
1020     rootBranch().subtree(n) = Node[n];
1021   }
1022   rootSize = Nodes;
1023   ++height;
1024   return NewOffset;
1025 }
1026
1027 /// visitNodes - Visit each external node.
1028 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1029 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1030 visitNodes(void (IntervalMap::*f)(IntervalMapImpl::NodeRef, unsigned Height)) {
1031   if (!branched())
1032     return;
1033   SmallVector<IntervalMapImpl::NodeRef, 4> Refs, NextRefs;
1034
1035   // Collect level 0 nodes from the root.
1036   for (unsigned i = 0; i != rootSize; ++i)
1037     Refs.push_back(rootBranch().subtree(i));
1038
1039   // Visit all branch nodes.
1040   for (unsigned h = height - 1; h; --h) {
1041     for (unsigned i = 0, e = Refs.size(); i != e; ++i) {
1042       for (unsigned j = 0, s = Refs[i].size(); j != s; ++j)
1043         NextRefs.push_back(Refs[i].subtree(j));
1044       (this->*f)(Refs[i], h);
1045     }
1046     Refs.clear();
1047     Refs.swap(NextRefs);
1048   }
1049
1050   // Visit all leaf nodes.
1051   for (unsigned i = 0, e = Refs.size(); i != e; ++i)
1052     (this->*f)(Refs[i], 0);
1053 }
1054
1055 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1056 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1057 deleteNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Level) {
1058   if (Level)
1059     deleteBranch(&Node.get<Branch>());
1060   else
1061     deleteLeaf(&Node.get<Leaf>());
1062 }
1063
1064 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1065 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1066 clear() {
1067   if (branched()) {
1068     visitNodes(&IntervalMap::deleteNode);
1069     switchRootToLeaf();
1070   }
1071   rootSize = 0;
1072 }
1073
1074 #ifndef NDEBUG
1075 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1076 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1077 dumpNode(IntervalMapImpl::NodeRef Node, unsigned Height) {
1078   if (Height)
1079     Node.get<Branch>().dump(Node.size());
1080   else
1081     Node.get<Leaf>().dump(Node.size());
1082 }
1083
1084 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1085 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1086 dump() {
1087   errs() << "digraph {\n";
1088   if (branched())
1089     rootBranch().dump(rootSize);
1090   else
1091     rootLeaf().dump(rootSize);
1092   visitNodes(&IntervalMap::dumpNode);
1093   errs() << "}\n";
1094 }
1095 #endif
1096
1097 //===----------------------------------------------------------------------===//
1098 //---                             const_iterator                          ----//
1099 //===----------------------------------------------------------------------===//
1100
1101 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1102 class IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::const_iterator :
1103   public std::iterator<std::bidirectional_iterator_tag, ValT> {
1104 protected:
1105   friend class IntervalMap;
1106   typedef std::pair<IntervalMapImpl::NodeRef, unsigned> PathEntry;
1107   typedef SmallVector<PathEntry, 4> Path;
1108
1109   // The map referred to.
1110   IntervalMap *map;
1111
1112   // The offset into map's root node.
1113   unsigned rootOffset;
1114
1115   // We store a full path from the root to the current position.
1116   //
1117   // When rootOffset == map->rootSize, we are at end() and path() is empty.
1118   // Otherwise, when branched these conditions hold:
1119   //
1120   // 1. path.front().first == rootBranch().subtree(rootOffset)
1121   // 2. path[i].first == path[i-1].first.subtree(path[i-1].second)
1122   // 3. path.size() == map->height.
1123   //
1124   // Thus, path.back() always refers to the current leaf node unless the root is
1125   // unbranched.
1126   //
1127   // The path may be partially filled, but never between iterator calls.
1128   Path path;
1129
1130   explicit const_iterator(IntervalMap &map)
1131     : map(&map), rootOffset(map.rootSize) {}
1132
1133   bool branched() const {
1134     assert(map && "Invalid iterator");
1135     return map->branched();
1136   }
1137
1138   IntervalMapImpl::NodeRef pathNode(unsigned h) const { return path[h].first; }
1139   IntervalMapImpl::NodeRef  &pathNode(unsigned h) { return path[h].first; }
1140   unsigned  pathOffset(unsigned h) const { return path[h].second; }
1141   unsigned &pathOffset(unsigned h)       { return path[h].second; }
1142
1143   Leaf &treeLeaf() const {
1144     assert(branched() && path.size() == map->height);
1145     return path.back().first.template get<Leaf>();
1146   }
1147   unsigned treeLeafSize() const {
1148     assert(branched() && path.size() == map->height);
1149     return path.back().first.size();
1150   }
1151   unsigned &treeLeafOffset() {
1152     assert(branched() && path.size() == map->height);
1153     return path.back().second;
1154   }
1155   unsigned treeLeafOffset() const {
1156     assert(branched() && path.size() == map->height);
1157     return path.back().second;
1158   }
1159
1160   // Get the next node ptr for an incomplete path.
1161   IntervalMapImpl::NodeRef pathNextDown() {
1162     assert(path.size() < map->height && "Path is already complete");
1163
1164     if (path.empty())
1165       return map->rootBranch().subtree(rootOffset);
1166     else
1167       return path.back().first.subtree(path.back().second);
1168   }
1169
1170   void pathFillLeft();
1171   void pathFillFind(KeyT x);
1172   void pathFillRight();
1173
1174   IntervalMapImpl::NodeRef leftSibling(unsigned level) const;
1175   IntervalMapImpl::NodeRef rightSibling(unsigned level) const;
1176
1177   void treeIncrement();
1178   void treeDecrement();
1179   void treeFind(KeyT x);
1180
1181 public:
1182   /// valid - Return true if the current position is valid, false for end().
1183   bool valid() const {
1184     assert(map && "Invalid iterator");
1185     return rootOffset < map->rootSize;
1186   }
1187
1188   /// start - Return the beginning of the current interval.
1189   const KeyT &start() const {
1190     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1191     return branched() ? treeLeaf().start(treeLeafOffset()) :
1192                         map->rootLeaf().start(rootOffset);
1193   }
1194
1195   /// stop - Return the end of the current interval.
1196   const KeyT &stop() const {
1197     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1198     return branched() ? treeLeaf().stop(treeLeafOffset()) :
1199                         map->rootLeaf().stop(rootOffset);
1200   }
1201
1202   /// value - Return the mapped value at the current interval.
1203   const ValT &value() const {
1204     assert(valid() && "Cannot access invalid iterator");
1205     return branched() ? treeLeaf().value(treeLeafOffset()) :
1206                         map->rootLeaf().value(rootOffset);
1207   }
1208
1209   const ValT &operator*() const {
1210     return value();
1211   }
1212
1213   bool operator==(const const_iterator &RHS) const {
1214     assert(map == RHS.map && "Cannot compare iterators from different maps");
1215     return rootOffset == RHS.rootOffset &&
1216              (!valid() || !branched() || path.back() == RHS.path.back());
1217   }
1218
1219   bool operator!=(const const_iterator &RHS) const {
1220     return !operator==(RHS);
1221   }
1222
1223   /// goToBegin - Move to the first interval in map.
1224   void goToBegin() {
1225     rootOffset = 0;
1226     path.clear();
1227     if (branched())
1228       pathFillLeft();
1229   }
1230
1231   /// goToEnd - Move beyond the last interval in map.
1232   void goToEnd() {
1233     rootOffset = map->rootSize;
1234     path.clear();
1235   }
1236
1237   /// preincrement - move to the next interval.
1238   const_iterator &operator++() {
1239     assert(valid() && "Cannot increment end()");
1240     if (!branched())
1241       ++rootOffset;
1242     else if (treeLeafOffset() != treeLeafSize() - 1)
1243       ++treeLeafOffset();
1244     else
1245       treeIncrement();
1246     return *this;
1247   }
1248
1249   /// postincrement - Dont do that!
1250   const_iterator operator++(int) {
1251     const_iterator tmp = *this;
1252     operator++();
1253     return tmp;
1254   }
1255
1256   /// predecrement - move to the previous interval.
1257   const_iterator &operator--() {
1258     if (!branched()) {
1259       assert(rootOffset && "Cannot decrement begin()");
1260       --rootOffset;
1261     } else if (valid() && treeLeafOffset())
1262       --treeLeafOffset();
1263     else
1264       treeDecrement();
1265     return *this;
1266   }
1267
1268   /// postdecrement - Dont do that!
1269   const_iterator operator--(int) {
1270     const_iterator tmp = *this;
1271     operator--();
1272     return tmp;
1273   }
1274
1275   /// find - Move to the first interval with stop >= x, or end().
1276   /// This is a full search from the root, the current position is ignored.
1277   void find(KeyT x) {
1278     if (branched())
1279       treeFind(x);
1280     else
1281       rootOffset = map->rootLeaf().findFrom(0, map->rootSize, x);
1282   }
1283
1284   /// advanceTo - Move to the first interval with stop >= x, or end().
1285   /// The search is started from the current position, and no earlier positions
1286   /// can be found. This is much faster than find() for small moves.
1287   void advanceTo(KeyT x) {
1288     if (branched())
1289       treeAdvanceTo(x);
1290     else
1291       rootOffset = map->rootLeaf().findFrom(rootOffset, map->rootSize, x);
1292   }
1293
1294 };
1295
1296 // pathFillLeft - Complete path by following left-most branches.
1297 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1298 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1299 const_iterator::pathFillLeft() {
1300   IntervalMapImpl::NodeRef NR = pathNextDown();
1301   for (unsigned i = map->height - path.size() - 1; i; --i) {
1302     path.push_back(PathEntry(NR, 0));
1303     NR = NR.subtree(0);
1304   }
1305   path.push_back(PathEntry(NR, 0));
1306 }
1307
1308 // pathFillFind - Complete path by searching for x.
1309 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1310 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1311 const_iterator::pathFillFind(KeyT x) {
1312   IntervalMapImpl::NodeRef NR = pathNextDown();
1313   for (unsigned i = map->height - path.size() - 1; i; --i) {
1314     unsigned p = NR.get<Branch>().safeFind(0, x);
1315     path.push_back(PathEntry(NR, p));
1316     NR = NR.subtree(p);
1317   }
1318   path.push_back(PathEntry(NR, NR.get<Leaf>().safeFind(0, x)));
1319 }
1320
1321 // pathFillRight - Complete path by adding rightmost entries.
1322 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1323 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1324 const_iterator::pathFillRight() {
1325   IntervalMapImpl::NodeRef NR = pathNextDown();
1326   for (unsigned i = map->height - path.size() - 1; i; --i) {
1327     unsigned p = NR.size() - 1;
1328     path.push_back(PathEntry(NR, p));
1329     NR = NR.subtree(p);
1330   }
1331   path.push_back(PathEntry(NR, NR.size() - 1));
1332 }
1333
1334 /// leftSibling - find the left sibling node to path[level].
1335 /// @param level 0 is just below the root, map->height - 1 for the leaves.
1336 /// @return The left sibling NodeRef, or NULL.
1337 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1338 IntervalMapImpl::NodeRef IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1339 const_iterator::leftSibling(unsigned level) const {
1340   using namespace IntervalMapImpl;
1341   assert(branched() && "Not at a branched node");
1342   assert(level <= path.size() && "Bad level");
1343
1344   // Go up the tree until we can go left.
1345   unsigned h = level;
1346   while (h && pathOffset(h - 1) == 0)
1347     --h;
1348
1349   // We are at the first leaf node, no left sibling.
1350   if (!h && rootOffset == 0)
1351     return NodeRef();
1352
1353   // NR is the subtree containing our left sibling.
1354   NodeRef NR = h ?
1355     pathNode(h - 1).subtree(pathOffset(h - 1) - 1) :
1356     map->rootBranch().subtree(rootOffset - 1);
1357
1358   // Keep right all the way down.
1359   for (; h != level; ++h)
1360     NR = NR.subtree(NR.size() - 1);
1361   return NR;
1362 }
1363
1364 /// rightSibling - find the right sibling node to path[level].
1365 /// @param level 0 is just below the root, map->height - 1 for the leaves.
1366 /// @return The right sibling NodeRef, or NULL.
1367 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1368 IntervalMapImpl::NodeRef IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1369 const_iterator::rightSibling(unsigned level) const {
1370   using namespace IntervalMapImpl;
1371   assert(branched() && "Not at a branched node");
1372   assert(level <= this->path.size() && "Bad level");
1373
1374   // Go up the tree until we can go right.
1375   unsigned h = level;
1376   while (h && pathOffset(h - 1) == pathNode(h - 1).size() - 1)
1377     --h;
1378
1379   // We are at the last leaf node, no right sibling.
1380   if (!h && rootOffset == map->rootSize - 1)
1381     return NodeRef();
1382
1383   // NR is the subtree containing our right sibling.
1384   NodeRef NR = h ?
1385     pathNode(h - 1).subtree(pathOffset(h - 1) + 1) :
1386     map->rootBranch().subtree(rootOffset + 1);
1387
1388   // Keep left all the way down.
1389   for (; h != level; ++h)
1390     NR = NR.subtree(0);
1391   return NR;
1392 }
1393
1394 // treeIncrement - Move to the beginning of the next leaf node.
1395 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1396 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1397 const_iterator::treeIncrement() {
1398   assert(branched() && "treeIncrement is not for small maps");
1399   assert(path.size() == map->height && "inconsistent iterator");
1400   do path.pop_back();
1401   while (!path.empty() && path.back().second == path.back().first.size() - 1);
1402   if (path.empty()) {
1403     ++rootOffset;
1404     if (!valid())
1405       return;
1406   } else
1407     ++path.back().second;
1408   pathFillLeft();
1409 }
1410
1411 // treeDecrement - Move to the end of the previous leaf node.
1412 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1413 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1414 const_iterator::treeDecrement() {
1415   assert(branched() && "treeDecrement is not for small maps");
1416   if (valid()) {
1417     assert(path.size() == map->height && "inconsistent iterator");
1418     do path.pop_back();
1419     while (!path.empty() && path.back().second == 0);
1420   }
1421   if (path.empty()) {
1422     assert(rootOffset && "cannot treeDecrement() on begin()");
1423     --rootOffset;
1424   } else
1425     --path.back().second;
1426   pathFillRight();
1427 }
1428
1429 // treeFind - Find in a branched tree.
1430 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1431 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1432 const_iterator::treeFind(KeyT x) {
1433   path.clear();
1434   rootOffset = map->rootBranch().findFrom(0, map->rootSize, x);
1435   if (valid())
1436     pathFillFind(x);
1437 }
1438
1439
1440 //===----------------------------------------------------------------------===//
1441 //---                                iterator                             ----//
1442 //===----------------------------------------------------------------------===//
1443
1444 namespace IntervalMapImpl {
1445
1446   /// distribute - Compute a new distribution of node elements after an overflow
1447   /// or underflow. Reserve space for a new element at Position, and compute the
1448   /// node that will hold Position after redistributing node elements.
1449   ///
1450   /// It is required that
1451   ///
1452   ///   Elements == sum(CurSize), and
1453   ///   Elements + Grow <= Nodes * Capacity.
1454   ///
1455   /// NewSize[] will be filled in such that:
1456   ///
1457   ///   sum(NewSize) == Elements, and
1458   ///   NewSize[i] <= Capacity.
1459   ///
1460   /// The returned index is the node where Position will go, so:
1461   ///
1462   ///   sum(NewSize[0..idx-1]) <= Position
1463   ///   sum(NewSize[0..idx])   >= Position
1464   ///
1465   /// The last equality, sum(NewSize[0..idx]) == Position, can only happen when
1466   /// Grow is set and NewSize[idx] == Capacity-1. The index points to the node
1467   /// before the one holding the Position'th element where there is room for an
1468   /// insertion.
1469   ///
1470   /// @param Nodes    The number of nodes.
1471   /// @param Elements Total elements in all nodes.
1472   /// @param Capacity The capacity of each node.
1473   /// @param CurSize  Array[Nodes] of current node sizes, or NULL.
1474   /// @param NewSize  Array[Nodes] to receive the new node sizes.
1475   /// @param Position Insert position.
1476   /// @param Grow     Reserve space for a new element at Position.
1477   /// @return         (node, offset) for Position.
1478   IdxPair distribute(unsigned Nodes, unsigned Elements, unsigned Capacity,
1479                      const unsigned *CurSize, unsigned NewSize[],
1480                      unsigned Position, bool Grow);
1481
1482 }
1483
1484 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1485 class IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::iterator : public const_iterator {
1486   friend class IntervalMap;
1487   typedef IntervalMapImpl::IdxPair IdxPair;
1488
1489   explicit iterator(IntervalMap &map) : const_iterator(map) {}
1490
1491   void setNodeSize(unsigned Level, unsigned Size);
1492   void setNodeStop(unsigned Level, KeyT Stop);
1493   bool insertNode(unsigned Level, IntervalMapImpl::NodeRef Node, KeyT Stop);
1494   template <typename NodeT> bool overflow(unsigned Level);
1495   void treeInsert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
1496
1497 public:
1498   /// insert - Insert mapping [a;b] -> y before the current position.
1499   void insert(KeyT a, KeyT b, ValT y);
1500
1501 };
1502
1503 /// setNodeSize - Set the size of the node at path[level], updating both path
1504 /// and the real tree.
1505 /// @param level 0 is just below the root, map->height - 1 for the leaves.
1506 /// @param size  New node size.
1507 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1508 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1509 iterator::setNodeSize(unsigned Level, unsigned Size) {
1510   this->pathNode(Level).setSize(Size);
1511   if (Level)
1512     this->pathNode(Level-1).subtree(this->pathOffset(Level-1)).setSize(Size);
1513   else
1514     this->map->rootBranch().subtree(this->rootOffset).setSize(Size);
1515 }
1516
1517 /// setNodeStop - Update the stop key of the current node at level and above.
1518 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1519 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1520 iterator::setNodeStop(unsigned Level, KeyT Stop) {
1521   while (Level--) {
1522     this->pathNode(Level).template get<Branch>()
1523       .stop(this->pathOffset(Level)) = Stop;
1524     if (this->pathOffset(Level) != this->pathNode(Level).size() - 1)
1525       return;
1526   }
1527   this->map->rootBranch().stop(this->rootOffset) = Stop;
1528 }
1529
1530 /// insertNode - insert a node before the current path at level.
1531 /// Leave the current path pointing at the new node.
1532 /// @param Level path index of the node to be inserted.
1533 /// @param Node The node to be inserted.
1534 /// @param Stop The last index in the new node.
1535 /// @return True if the tree height was increased.
1536 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1537 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1538 iterator::insertNode(unsigned Level, IntervalMapImpl::NodeRef Node, KeyT Stop) {
1539   bool SplitRoot = false;
1540
1541   if (!Level) {
1542     // Insert into the root branch node.
1543     IntervalMap &IM = *this->map;
1544     if (IM.rootSize < RootBranch::Capacity) {
1545       IM.rootBranch().insert(this->rootOffset, IM.rootSize, Node, Stop);
1546       ++IM.rootSize;
1547       return SplitRoot;
1548     }
1549
1550     // We need to split the root while keeping our position.
1551     SplitRoot = true;
1552     IdxPair Offset = IM.splitRoot(this->rootOffset);
1553     this->rootOffset = Offset.first;
1554     this->path.insert(this->path.begin(),std::make_pair(
1555       this->map->rootBranch().subtree(Offset.first), Offset.second));
1556     Level = 1;
1557   }
1558
1559   // When inserting before end(), make sure we have a valid path.
1560   if (!this->valid()) {
1561     this->treeDecrement();
1562     ++this->pathOffset(Level-1);
1563   }
1564
1565   // Insert into the branch node at level-1.
1566   if (this->pathNode(Level-1).size() == Branch::Capacity) {
1567     assert(!SplitRoot && "Cannot overflow after splitting the root");
1568     SplitRoot = overflow<Branch>(Level - 1);
1569     Level += SplitRoot;
1570   }
1571   IntervalMapImpl::NodeRef NR = this->pathNode(Level-1);
1572   unsigned Offset = this->pathOffset(Level-1);
1573   NR.get<Branch>().insert(Offset, NR.size(), Node, Stop);
1574   setNodeSize(Level - 1, NR.size() + 1);
1575   return SplitRoot;
1576 }
1577
1578 // insert
1579 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1580 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1581 iterator::insert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
1582   if (this->branched())
1583     return treeInsert(a, b, y);
1584   IdxPair IP = this->map->rootLeaf().insertFrom(this->rootOffset,
1585                                                 this->map->rootSize,
1586                                                 a, b, y);
1587   if (IP.second <= RootLeaf::Capacity) {
1588     this->rootOffset = IP.first;
1589     this->map->rootSize = IP.second;
1590     return;
1591   }
1592   IdxPair Offset = this->map->branchRoot(this->rootOffset);
1593   this->rootOffset = Offset.first;
1594   this->path.push_back(std::make_pair(
1595     this->map->rootBranch().subtree(Offset.first), Offset.second));
1596   treeInsert(a, b, y);
1597 }
1598
1599
1600 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1601 void IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1602 iterator::treeInsert(KeyT a, KeyT b, ValT y) {
1603   if (!this->valid()) {
1604     // end() has an empty path. Go back to the last leaf node and use an
1605     // invalid offset instead.
1606     this->treeDecrement();
1607     ++this->treeLeafOffset();
1608   }
1609   IdxPair IP = this->treeLeaf().insertFrom(this->treeLeafOffset(),
1610                                            this->treeLeafSize(), a, b, y);
1611   this->treeLeafOffset() = IP.first;
1612   if (IP.second <= Leaf::Capacity) {
1613     setNodeSize(this->map->height - 1, IP.second);
1614     if (IP.first == IP.second - 1)
1615       setNodeStop(this->map->height - 1, this->treeLeaf().stop(IP.first));
1616     return;
1617   }
1618   // Leaf node has no space.
1619   overflow<Leaf>(this->map->height - 1);
1620   IP = this->treeLeaf().insertFrom(this->treeLeafOffset(),
1621                                    this->treeLeafSize(), a, b, y);
1622   this->treeLeafOffset() = IP.first;
1623   setNodeSize(this->map->height-1, IP.second);
1624   if (IP.first == IP.second - 1)
1625     setNodeStop(this->map->height - 1, this->treeLeaf().stop(IP.first));
1626
1627   // FIXME: Handle cross-node coalescing.
1628 }
1629
1630 /// overflow - Distribute entries of the current node evenly among
1631 /// its siblings and ensure that the current node is not full.
1632 /// This may require allocating a new node.
1633 /// @param NodeT The type of node at Level (Leaf or Branch).
1634 /// @param Level path index of the overflowing node.
1635 /// @return True when the tree height was changed.
1636 template <typename KeyT, typename ValT, unsigned N, typename Traits>
1637 template <typename NodeT>
1638 bool IntervalMap<KeyT, ValT, N, Traits>::
1639 iterator::overflow(unsigned Level) {
1640   using namespace IntervalMapImpl;
1641   unsigned CurSize[4];
1642   NodeT *Node[4];
1643   unsigned Nodes = 0;
1644   unsigned Elements = 0;
1645   unsigned Offset = this->pathOffset(Level);
1646
1647   // Do we have a left sibling?
1648   NodeRef LeftSib = this->leftSibling(Level);
1649   if (LeftSib) {
1650     Offset += Elements = CurSize[Nodes] = LeftSib.size();
1651     Node[Nodes++] = &LeftSib.get<NodeT>();
1652   }
1653
1654   // Current node.
1655   NodeRef CurNode = this->pathNode(Level);
1656   Elements += CurSize[Nodes] = CurNode.size();
1657   Node[Nodes++] = &CurNode.get<NodeT>();
1658
1659   // Do we have a right sibling?
1660   NodeRef RightSib = this->rightSibling(Level);
1661   if (RightSib) {
1662     Offset += Elements = CurSize[Nodes] = RightSib.size();
1663     Node[Nodes++] = &RightSib.get<NodeT>();
1664   }
1665
1666   // Do we need to allocate a new node?
1667   unsigned NewNode = 0;
1668   if (Elements + 1 > Nodes * NodeT::Capacity) {
1669     // Insert NewNode at the penultimate position, or after a single node.
1670     NewNode = Nodes == 1 ? 1 : Nodes - 1;
1671     CurSize[Nodes] = CurSize[NewNode];
1672     Node[Nodes] = Node[NewNode];
1673     CurSize[NewNode] = 0;
1674     Node[NewNode] = new(this->map->allocator.template Allocate<NodeT>())NodeT();
1675     ++Nodes;
1676   }
1677
1678   // Compute the new element distribution.
1679   unsigned NewSize[4];
1680   IdxPair NewOffset = distribute(Nodes, Elements, NodeT::Capacity,
1681                                  CurSize, NewSize, Offset, true);
1682
1683   // Move current location to the leftmost node.
1684   if (LeftSib)
1685     this->treeDecrement();
1686
1687   // Move elements right.
1688   for (int n = Nodes - 1; n; --n) {
1689     if (CurSize[n] == NewSize[n])
1690       continue;
1691     for (int m = n - 1; m != -1; --m) {
1692       int d = Node[n]->adjustFromLeftSib(CurSize[n], *Node[m], CurSize[m],
1693                                         NewSize[n] - CurSize[n]);
1694       CurSize[m] -= d;
1695       CurSize[n] += d;
1696       // Keep going if the current node was exhausted.
1697       if (CurSize[n] >= NewSize[n])
1698           break;
1699     }
1700   }
1701
1702   // Move elements left.
1703   for (unsigned n = 0; n != Nodes - 1; ++n) {
1704     if (CurSize[n] == NewSize[n])
1705       continue;
1706     for (unsigned m = n + 1; m != Nodes; ++m) {
1707       int d = Node[m]->adjustFromLeftSib(CurSize[m], *Node[n], CurSize[n],
1708                                         CurSize[n] -  NewSize[n]);
1709       CurSize[m] += d;
1710       CurSize[n] -= d;
1711       // Keep going if the current node was exhausted.
1712       if (CurSize[n] >= NewSize[n])
1713           break;
1714     }
1715   }
1716
1717 #ifndef NDEBUG
1718   for (unsigned n = 0; n != Nodes; n++)
1719     assert(CurSize[n] == NewSize[n] && "Insufficient element shuffle");
1720 #endif
1721
1722   // Elements have been rearranged, now update node sizes and stops.
1723   bool SplitRoot = false;
1724   unsigned Pos = 0;
1725   for (;;) {
1726     KeyT Stop = Node[Pos]->stop(NewSize[Pos]-1);
1727     if (NewNode && Pos == NewNode) {
1728       SplitRoot = insertNode(Level, NodeRef(Node[Pos], NewSize[Pos]), Stop);
1729       Level += SplitRoot;
1730     } else {
1731       setNodeSize(Level, NewSize[Pos]);
1732       setNodeStop(Level, Stop);
1733     }
1734     if (Pos + 1 == Nodes)
1735       break;
1736     this->treeIncrement();
1737     ++Pos;
1738   }
1739
1740   // Where was I? Find NewOffset.
1741   while(Pos != NewOffset.first) {
1742     this->treeDecrement();
1743     --Pos;
1744   }
1745   this->pathOffset(Level) = NewOffset.second;
1746   return SplitRoot;
1747 }
1748
1749 } // namespace llvm
1750
1751 #endif