include/llvm/ADT/SmallPtrSet.h

   1 //===- llvm/ADT/SmallPtrSet.h - 'Normally small' pointer set ----*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file defines the SmallPtrSet class.  See the doxygen comment for
  11 // SmallPtrSetImpl for more details on the algorithm used.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #ifndef LLVM_ADT_SMALLPTRSET_H
  16 #define LLVM_ADT_SMALLPTRSET_H
  17
  18 #include <cassert>
  19 #include <cstddef>
  20 #include <cstring>
  21 #include <iterator>
  22 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  23 #include "llvm/Support/PointerLikeTypeTraits.h"
  24
  25 namespace llvm {
  26
  27 class SmallPtrSetIteratorImpl;
  28
  29 /// SmallPtrSetImpl - This is the common code shared among all the
  30 /// SmallPtrSet<>'s, which is almost everything.  SmallPtrSet has two modes, one
  31 /// for small and one for large sets.
  32 ///
  33 /// Small sets use an array of pointers allocated in the SmallPtrSet object,
  34 /// which is treated as a simple array of pointers.  When a pointer is added to
  35 /// the set, the array is scanned to see if the element already exists, if not
  36 /// the element is 'pushed back' onto the array.  If we run out of space in the
  37 /// array, we grow into the 'large set' case.  SmallSet should be used when the
  38 /// sets are often small.  In this case, no memory allocation is used, and only
  39 /// light-weight and cache-efficient scanning is used.
  40 ///
  41 /// Large sets use a classic exponentially-probed hash table.  Empty buckets are
  42 /// represented with an illegal pointer value (-1) to allow null pointers to be
  43 /// inserted.  Tombstones are represented with another illegal pointer value
  44 /// (-2), to allow deletion.  The hash table is resized when the table is 3/4 or
  45 /// more.  When this happens, the table is doubled in size.
  46 ///
  47 class SmallPtrSetImpl {
  48   friend class SmallPtrSetIteratorImpl;
  49 protected:
  50   /// SmallArray - Points to a fixed size set of buckets, used in 'small mode'.
  51   const void **SmallArray;
  52   /// CurArray - This is the current set of buckets.  If equal to SmallArray,
  53   /// then the set is in 'small mode'.
  54   const void **CurArray;
  55   /// CurArraySize - The allocated size of CurArray, always a power of two.
  56   /// Note that CurArray points to an array that has CurArraySize+1 elements in
  57   /// it, so that the end iterator actually points to valid memory.
  58   unsigned CurArraySize;
  59
  60   // If small, this is # elts allocated consecutively
  61   unsigned NumElements;
  62   unsigned NumTombstones;
  63
  64   // Helper to copy construct a SmallPtrSet.
  65   SmallPtrSetImpl(const void **SmallStorage, const SmallPtrSetImpl& that);
  66   explicit SmallPtrSetImpl(const void **SmallStorage, unsigned SmallSize) :
  67     SmallArray(SmallStorage), CurArray(SmallStorage), CurArraySize(SmallSize) {
  68     assert(SmallSize && (SmallSize & (SmallSize-1)) == 0 &&
  69            "Initial size must be a power of two!");
  70     // The end pointer, always valid, is set to a valid element to help the
  71     // iterator.
  72     CurArray[SmallSize] = 0;
  73     clear();
  74   }
  75   ~SmallPtrSetImpl();
  76
  77 public:
  78   bool empty() const { return size() == 0; }
  79   unsigned size() const { return NumElements; }
  80
  81   void clear() {
  82     // If the capacity of the array is huge, and the # elements used is small,
  83     // shrink the array.
  84     if (!isSmall() && NumElements*4 < CurArraySize && CurArraySize > 32)
  85       return shrink_and_clear();
  86
  87     // Fill the array with empty markers.
  88     memset(CurArray, -1, CurArraySize*sizeof(void*));
  89     NumElements = 0;
  90     NumTombstones = 0;
  91   }
  92
  93 protected:
  94   static void *getTombstoneMarker() { return reinterpret_cast<void*>(-2); }
  95   static void *getEmptyMarker() {
  96     // Note that -1 is chosen to make clear() efficiently implementable with
  97     // memset and because it's not a valid pointer value.
  98     return reinterpret_cast<void*>(-1);
  99   }
 100
 101   /// insert_imp - This returns true if the pointer was new to the set, false if
 102   /// it was already in the set.  This is hidden from the client so that the
 103   /// derived class can check that the right type of pointer is passed in.
 104   bool insert_imp(const void * Ptr);
 105
 106   /// erase_imp - If the set contains the specified pointer, remove it and
 107   /// return true, otherwise return false.  This is hidden from the client so
 108   /// that the derived class can check that the right type of pointer is passed
 109   /// in.
 110   bool erase_imp(const void * Ptr);
 111
 112   bool count_imp(const void * Ptr) const {
 113     if (isSmall()) {
 114       // Linear search for the item.
 115       for (const void *const *APtr = SmallArray,
 116                       *const *E = SmallArray+NumElements; APtr != E; ++APtr)
 117         if (*APtr == Ptr)
 118           return true;
 119       return false;
 120     }
 121
 122     // Big set case.
 123     return *FindBucketFor(Ptr) == Ptr;
 124   }
 125
 126 private:
 127   bool isSmall() const { return CurArray == SmallArray; }
 128
 129   unsigned Hash(const void *Ptr) const {
 130     return static_cast<unsigned>(((uintptr_t)Ptr >> 4) & (CurArraySize-1));
 131   }
 132   const void * const *FindBucketFor(const void *Ptr) const;
 133   void shrink_and_clear();
 134
 135   /// Grow - Allocate a larger backing store for the buckets and move it over.
 136   void Grow(unsigned NewSize);
 137
 138   void operator=(const SmallPtrSetImpl &RHS);  // DO NOT IMPLEMENT.
 139 protected:
 140   /// swap - Swaps the elements of two sets.
 141   /// Note: This method assumes that both sets have the same small size.
 142   void swap(SmallPtrSetImpl &RHS);
 143
 144   void CopyFrom(const SmallPtrSetImpl &RHS);
 145 };
 146
 147 /// SmallPtrSetIteratorImpl - This is the common base class shared between all
 148 /// instances of SmallPtrSetIterator.
 149 class SmallPtrSetIteratorImpl {
 150 protected:
 151   const void *const *Bucket;
 152 public:
 153   explicit SmallPtrSetIteratorImpl(const void *const *BP) : Bucket(BP) {
 154     AdvanceIfNotValid();
 155   }
 156
 157   bool operator==(const SmallPtrSetIteratorImpl &RHS) const {
 158     return Bucket == RHS.Bucket;
 159   }
 160   bool operator!=(const SmallPtrSetIteratorImpl &RHS) const {
 161     return Bucket != RHS.Bucket;
 162   }
 163
 164 protected:
 165   /// AdvanceIfNotValid - If the current bucket isn't valid, advance to a bucket
 166   /// that is.   This is guaranteed to stop because the end() bucket is marked
 167   /// valid.
 168   void AdvanceIfNotValid() {
 169     while (*Bucket == SmallPtrSetImpl::getEmptyMarker() ||
 170            *Bucket == SmallPtrSetImpl::getTombstoneMarker())
 171       ++Bucket;
 172   }
 173 };
 174
 175 /// SmallPtrSetIterator - This implements a const_iterator for SmallPtrSet.
 176 template<typename PtrTy>
 177 class SmallPtrSetIterator : public SmallPtrSetIteratorImpl {
 178   typedef PointerLikeTypeTraits<PtrTy> PtrTraits;
 179
 180 public:
 181   typedef PtrTy                     value_type;
 182   typedef PtrTy                     reference;
 183   typedef PtrTy                     pointer;
 184   typedef std::ptrdiff_t            difference_type;
 185   typedef std::forward_iterator_tag iterator_category;
 186
 187   explicit SmallPtrSetIterator(const void *const *BP)
 188     : SmallPtrSetIteratorImpl(BP) {}
 189
 190   // Most methods provided by baseclass.
 191
 192   const PtrTy operator*() const {
 193     return PtrTraits::getFromVoidPointer(const_cast<void*>(*Bucket));
 194   }
 195
 196   inline SmallPtrSetIterator& operator++() {          // Preincrement
 197     ++Bucket;
 198     AdvanceIfNotValid();
 199     return *this;
 200   }
 201
 202   SmallPtrSetIterator operator++(int) {        // Postincrement
 203     SmallPtrSetIterator tmp = *this; ++*this; return tmp;
 204   }
 205 };
 206
 207 /// RoundUpToPowerOfTwo - This is a helper template that rounds N up to the next
 208 /// power of two (which means N itself if N is already a power of two).
 209 template<unsigned N>
 210 struct RoundUpToPowerOfTwo;
 211
 212 /// RoundUpToPowerOfTwoH - If N is not a power of two, increase it.  This is a
 213 /// helper template used to implement RoundUpToPowerOfTwo.
 214 template<unsigned N, bool isPowerTwo>
 215 struct RoundUpToPowerOfTwoH {
 216   enum { Val = N };
 217 };
 218 template<unsigned N>
 219 struct RoundUpToPowerOfTwoH<N, false> {
 220   enum {
 221     // We could just use NextVal = N+1, but this converges faster.  N|(N-1) sets
 222     // the right-most zero bits to one all at once, e.g. 0b0011000 -> 0b0011111.
 223     Val = RoundUpToPowerOfTwo<(N|(N-1)) + 1>::Val
 224   };
 225 };
 226
 227 template<unsigned N>
 228 struct RoundUpToPowerOfTwo {
 229   enum { Val = RoundUpToPowerOfTwoH<N, (N&(N-1)) == 0>::Val };
 230 };
 231
 232
 233 /// SmallPtrSet - This class implements a set which is optimized for holding
 234 /// SmallSize or less elements.  This internally rounds up SmallSize to the next
 235 /// power of two if it is not already a power of two.  See the comments above
 236 /// SmallPtrSetImpl for details of the algorithm.
 237 template<class PtrType, unsigned SmallSize>
 238 class SmallPtrSet : public SmallPtrSetImpl {
 239   // Make sure that SmallSize is a power of two, round up if not.
 240   enum { SmallSizePowTwo = RoundUpToPowerOfTwo<SmallSize>::Val };
 241   /// SmallStorage - Fixed size storage used in 'small mode'.  The extra element
 242   /// ensures that the end iterator actually points to valid memory.
 243   const void *SmallStorage[SmallSizePowTwo+1];
 244   typedef PointerLikeTypeTraits<PtrType> PtrTraits;
 245 public:
 246   SmallPtrSet() : SmallPtrSetImpl(SmallStorage, SmallSizePowTwo) {}
 247   SmallPtrSet(const SmallPtrSet &that) : SmallPtrSetImpl(SmallStorage, that) {}
 248
 249   template<typename It>
 250   SmallPtrSet(It I, It E) : SmallPtrSetImpl(SmallStorage, SmallSizePowTwo) {
 251     insert(I, E);
 252   }
 253
 254   /// insert - This returns true if the pointer was new to the set, false if it
 255   /// was already in the set.
 256   bool insert(PtrType Ptr) {
 257     return insert_imp(PtrTraits::getAsVoidPointer(Ptr));
 258   }
 259
 260   /// erase - If the set contains the specified pointer, remove it and return
 261   /// true, otherwise return false.
 262   bool erase(PtrType Ptr) {
 263     return erase_imp(PtrTraits::getAsVoidPointer(Ptr));
 264   }
 265
 266   /// count - Return true if the specified pointer is in the set.
 267   bool count(PtrType Ptr) const {
 268     return count_imp(PtrTraits::getAsVoidPointer(Ptr));
 269   }
 270
 271   template <typename IterT>
 272   void insert(IterT I, IterT E) {
 273     for (; I != E; ++I)
 274       insert(*I);
 275   }
 276
 277   typedef SmallPtrSetIterator<PtrType> iterator;
 278   typedef SmallPtrSetIterator<PtrType> const_iterator;
 279   inline iterator begin() const {
 280     return iterator(CurArray);
 281   }
 282   inline iterator end() const {
 283     return iterator(CurArray+CurArraySize);
 284   }
 285
 286   // Allow assignment from any smallptrset with the same element type even if it
 287   // doesn't have the same smallsize.
 288   const SmallPtrSet<PtrType, SmallSize>&
 289   operator=(const SmallPtrSet<PtrType, SmallSize> &RHS) {
 290     CopyFrom(RHS);
 291     return *this;
 292   }
 293
 294   /// swap - Swaps the elements of two sets.
 295   void swap(SmallPtrSet<PtrType, SmallSize> &RHS) {
 296     SmallPtrSetImpl::swap(RHS);
 297   }
 298 };
 299
 300 }
 301
 302 namespace std {
 303   /// Implement std::swap in terms of SmallPtrSet swap.
 304   template<class T, unsigned N>
 305   inline void swap(llvm::SmallPtrSet<T, N> &LHS, llvm::SmallPtrSet<T, N> &RHS) {
 306     LHS.swap(RHS);
 307   }
 308 }
 309
 310 #endif